[发明专利]高压直流系统中控制直流电弧的高压电子开关及其操作方法

说明书

优先权主张

本申请主张申请日为2010年8月31日的美国临时专利申请No.61/378,672的优先权，该美国临时专利申请的公开内容通过引用结合于此，如同在此阐述了其全文。

技术领域

本发明主题总体上涉及高压直流分配和方法，更具体地涉及用于控制直流电弧的高压电子开关和相关方法。

背景技术

与更常见的交流（AC）系统相反，高压直流（HVDC）电力传输系统使用直流大容量传输电力。HVDC系统可以提供以比AC系统更低的资本成本和更低的损耗远距离传输大量电力的能力。因而，HDVC系统可以允许远离负载中心高效地利用能源。然而，HVDC系统会出现AC系统中不出现的问题。比如，不同于AC系统，HVDC系统电路断路器可能难以建立，因为通常某些机构必须包括在电路断路器中以迫使电流为零，否则电弧放电和接触磨损将太大而不允许可靠切换。

发明内容

本发明构思的一些实施例提供高压直流系统，其包括至少一个插座（outlet）；以及与所述至少一个插座关联的电子限流器电路。电子限流器电路配置成：在与所述至少一个插座关联的直流总线被通电的情况下，当连接器被插入和/或拔离所述至少一个插座时，限制电流涌入以便不损坏连接器；和/或隔离连接到所述至少一个插座的负载中的直流故障和/或过度电流汲取，从而保护该系统不关闭。

在另外实施例中，提供了一种配电单元，其包括所述至少一个插座。在某些实施例中，所述至少一个插座可以是两个或更多个插座，每个插座具有关联的电子限流器电路。

在再另外实施例中，电子限流器电路可包括在直流源和负载之间与电感器串联的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。在某些实施例中，响应于检测到直流故障，MOSFET可以配置成被关断（switch off）并且电感器可以配置成被短路，使得由消除直流故障造成的负载中断时间可以减小。响应于直流故障已被消除的指示，MOSFET可以配置成被接通（switch on）并且可以使电感器不短路。

在一些实施例中，MOSFET可以配置成是接通的，直至故障被检测到，并且可以配置成通过将连接器拔离并且将连接器重新插入所述至少一个插座而被复位。

在另外实施例中，MOSFET可以配置成在第一电流量阈值被关断以及在低于第一电流量阈值的第二电流量阈值被通电，从而将峰值电流限制为容许直流。在某些实施例中，MOSFET可以配置成针对去饱和而被监测以及在故障被用信号发出之前转变到切换模式持续预定时间段。

在再另外实施例中，MOSFET可以配置成周期性地被关断以迫使电流为零。在某些实施例中，MOSFET可以配置成大约每隔0.1μs被关断大约10.0μs。

在一些实施例中，MOSFET可以配置成保持关断，直至连接器在所述至少一个插座被检测到。

在另外实施例中，MOSFET可以配置成周期性地被监测以确定MOSFET是否故障。在某些实施例中，MOSFET可以配置成大约每隔10.0秒至大约每隔1.0分钟被周期性地监测。

在再另外实施例中，该系统可以进一步包括直流额定继电器。当MOSFET的故障被检测到时，负载可以利用直流额定继电器被断电。在某些实施例中，该系统可以进一步包括至少一个直流额定熔断器。所述至少一个直流额定熔断器可以与MOSFET串联布置。所述至少一个直流额定熔断器可以是与每对所述至少一个插座/电子限流器电路关联的一对直流额定熔断器。

在一些实施例中，MOSFET可以配置成将电流保持在所述至少一个直流额定熔断器的曲线内，从而在MOSFET工作时防止直流熔断器断路（open）。

在另外实施例中，该系统可以进一步配置成：监测MOSFET的漏极-源极电压；当漏极-源极电压超过小于去饱和点的预定水平时，估计MOSFET中的电流水平；基于估计的电流水平，响应于所检测的过载，使MOSFET去饱和；触发电流限制突发（burst）持续预定时间，该电流限制突发配置成使得与所述至少一个插座关联的直流熔断器不断路；如果达到该预定时间则关断MOSFET；以及响应于关断MOSFET将故障用信号发出。

在再另外实施例中，该电感器可以为大约2.0μH至大约40μH。在某些实施例中，电感器可以配置成被短路，并且MOSFET可以配置成在故障被检测到时断路大约1.0至大约4.0μs以使电弧淬灭。

在一些实施例中，连接器可以配置成由所述至少一个插座接收，并且可包括受保护的接触，从而在连接器被插入和/或拔离所述至少一个插座时减小对所述接触的损坏。