[发明专利]用于电力系统弹性的断路器设计

说明书

自主断路器可以通过阻抗源将电流施加到与断路器的任何一端耦合的母线，以便测量母线的阻抗。可以从测量值确定母线的状态。基于所确定的状态，故障检测过程可以被选择和实现以确定母线上是否存在故障。当故障检测过程已经被实现并且没有检测到故障时，断路器可以闭合，并且由此将母线耦合到另一母线。

相关申请的交叉引用

本申请要求属于Edward Peter Kenneth Bourgeau的在2013年3月13日提交的并且标题为“Breaker Design for Power System Resiliency”的美国临时专利申请No.61/779,391的优先权权益，该申请通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及电力系统。更具体地，本公开涉及用于电力系统的弹性和容错断路器。

背景技术

不论应用如何，弹性都是任何电力系统中的重要考虑因素。电力系统必须对其有弹性的问题基于应用而变化。例如，在海上钻探船上，应当使得电力系统对水灾、火灾或在承载从发电机到整个船的电气设备的电力的电气母线内的故障有弹性。

船上的电气系统通常包括在隔开的单元中的多个发电机，该隔开的单元被分离以抵御火灾和水灾。隔开的单元位防止来自火灾或水灾的对一个单元的损坏传播到另一个隔开的单元。然而，用于电力系统的控制系统不位于隔开的单元中。此外，控制系统依赖于来自每个隔开的单元中的每个发电机的信息来控制电力系统。例如，控制系统可以确定发电机是否可以耦合到主配电母线以及何时可以耦合到主配电母线。虽然发电机或控制系统的损失可能不会导致所有发电机或控制系统的损失，但是发电机及其控制系统无法独立地运行，并且可能遭受降低的性能，或者可能由于由控制系统做出的不正确决定而被进一步损坏。

断路器将发电机耦合到电力母线，并且可以基于来控制系统的命令来中断在电力母线和发电机之间的连接。每个断路器通过信号电缆被链接到其他断路器，并且每个断路器的状态被包括在断路器的控制部分的逻辑中。因此，对一个隔室中的断路器的损坏在另一隔室中的断路器中产生故障行为。这样，电力系统的整体弹性被降低。每个断路器可以包括控制同一机柜中或机柜外部的断路器的逻辑。

图1是用于诸如在海上钻探船中使用电力系统100内的断路器112、114、116的传统方法的示意性表示。断路器112、114、116被分别耦合在主电气母线102和发电机122、124、126之间。挡板150可以被放置在发电机122、124和126之间以在火灾、水灾或其他灾害发生时隔离发电机122、124和126的操作。通信链路113、115把断路器112、114、116彼此耦合。断路器112、114、116还共享用于向断路器112、114、116提供电力的控制电力电缆199。主母线102可以通过连接断路器主/从机组151、152和153、154被分成多个分段或者作为单个导体被连接。通信链路156、157把连接断路器机组151、152和153、154分别彼此耦合。连接断路器主/从机组151、152和153、154还共享用于向连接断路器主/从机组151、152和153、154提供电力的控制电力电缆199。

发电机断路器112、114、116通过通信链路113 115、131来传递发电机122、124和126的状态。断路器112、114、116中每一个内的逻辑取决于断路器112、114、116中每个其他断路器的行为。例如，如果指令断路器112执行与主母线102的同步，则断路器112必须首先向断路器114指示不执行同步，或者反之亦然。如果断路器114指示其正在执行同步，则即使这样的指示是错误的，也没有其他断路器可以执行同步。因此，如果在管理系统130和发电机断路器112、114、116之间的通信链路131、132、133发生故障，或者如果任何断路器112、114、116本身发生故障，则对其他健康断路器的接入被中断。