[发明专利]HVDC电路断路器的断路器故障保护

说明书

技术领域

本发明总体上涉及高压直流(HVDC)输电，更具体而言涉及HVDC电路断路器的断路器故障保护。

背景技术

由于大规模电力输送和电网互连需求的稳定增长，HVDC输电变得越来越重要。特别是，采用基于电压源换流器(VSC)的HVDC输电，可使用地下电缆或者架空线路传输电力，地下电缆或者架空线路接入高压交流(AC)输电网络或与之重叠。HVDC输电的一个吸引人的特征是可以通过改变电流方向来改变输电的方向。

HVDC电网包括多个VSC，也称为端口，其转换AC电源以便在HVDC输电线路(即电缆或架空线路)上传输。已知HVDC输电线路的不同配置，诸如单极、对称单极以及双极。例如，双极HVDC输电线路包括正极线路，负极线路，以及接地金属回线。在电网中，每个端口可以通过HVDC输电线路连接至多个端口，导致形成不同类型的拓扑。这样的多端电网使得能够进行有效的拥塞管理并且具有改善的抗干扰的稳定性。

直流(DC)电路断路器通常用于隔离HVDC电网中的故障元件，例如输电电路。由于与AC系统相比，DC输电线路电感低，因而HVDC系统承受故障感应电流的高上升率。因此DC断路器在上升电流超过断路器的断开容量前必须有效跳闸。为了提供这种电网的改善的稳定性，DC电路断路器的断路器故障保护是期望的。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种比上述技术和现有技术更有效的替代方案。

更具体的说，本发明的一个目的是提出一种高压直流(HVDC)电路断路器的改进的断路器故障保护。

本发明的这些和其他目的借助于具有在独立权利要求1中限定的特征的断路器故障保护系统并且借助于独立权利要求4限定的断路器故障保护方法来实现。本发明的实施例通过从属权利要求描述。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于HVDC电路断路器的断路器故障保护系统。该电路断路器被布置当收到跳闸信号时断开DC电路。该系统包括电流传感器，至少一个电感器以及断路器故障检测单元。该电流传感器被布置为用于测量流过所述DC电路的电流I(t)。该至少一个电感器与该DC电路串联。该断路器故障检测单元被布置为用于评估电路断路器是否故障以及如果电路断路器故障，则向相邻电路断路器发送跳闸信号。电路断路器是否故障的评估基于测量的电流。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于HVDC电路断路器的断路器故障保护方法。该电路断路器被布置为用于当收到跳闸信号时断开DC电路。该方法包括步骤：测量流过该DC电路的电流I(t)，评估该电路断路器是否故障以及如果该电路断路器故障则向相邻电路断路器发送跳闸信号。电路断路器是否故障的评估基于测量的电流。

出于描述本发明的目的，DC电路是用于在两个连接点之间承载直流电流的连接，其中电路断路器在该连接点处电气连接至外部电路。

本发明利用了这样一种认识，可以通过连接与DC电路断路器串联的至少一个电感器(也称为站电抗器)来改进该DC电路断路器的断路器故障保护。优选地，使用两个电感器，电路断路器的每边一个。在DC系统中，由于电流上升率与系统的电感成比例，电感器的作用是在故障期间当电流从故障电路断路器转换方向时阻碍电流的流动。根据本发明的实施例，一个或多个电感的存在是有利的，因为它降低了电流超出相邻电路断路器断开容量的风险。另外，降低了相邻电路断路器的故障电流负荷。另一个优点在于在断路器故障的情况下，通过向相邻电路断路器发送跳闸信号可以改善HVDC电网的稳定性。

根据本发明的一个实施例，断路器故障检测单元还被布置为用于如果在流逝了预定时间间隔Δt₁后|I(t)＞0|，则确定电路断路器已故障，以此来评估断路器是否故障。Δt₁自电路断路器接收到电路断路器的跳闸信号开始。时间延迟是为了使断路器完成跳闸动作。在评估电路断路器是否成功跳闸中利用电流是有利的，因为这提供了检测断路器故障的简单有效的方式。从电路断路器接收到跳闸信号开始特定时间周期后检测到的非零电流被理解为断路器故障的指示。