[发明专利]利用功率电子接口的对能量资源的故障电流增强

说明书

本发明涉及用于触发在以高效且经济的方式来保护功率分配网络的配电线路中使用的诸如保险丝或电路断路器或保护继电器的保护装置的故障电流增强。感应电机（IM）与经由功率电子学（PE）接口而连接至配电线路的能量源并行地操作，从而提供与同步发电机的故障电流特性类似的复合的PE接口和IM的故障电流特性。可比较的故障电流使得相同保护装置能够被提供用于保护配电线路，不管用于向配电线路提供能量的接口的种类。

发明领域

本发明涉及电功率分配网络的领域，具体地，涉及来源于功率电子学接口型分布式能量资源的配电馈线线路的故障保护。

背景技术

功率分配网络在1 kV与72 kV之间的中压操作，并且，沿着配电馈线线路给多个电功率消费者提供电功率。分配网络受具有各种保护装置的保护系统保护，并且，适应于在故障的情况下，使分配网络的多个部分与分配网络的其余部分断开。虽然常规的功率分配电网是不具有本地能量源且完全地由传输电网供应的无源电网，但关于包括光电系统、小规模水电功率发生器、风力涡轮机和/或使用生物气的燃气涡轮机的可再生能量的更新近的焦点已看出，在分配电网中，出现小尺寸和中等尺寸的分布式能量资源（DER）。在大量的可控制且协调的DER的情况下，分配电网的一部分能够在紧急情况下特意地与传输电网断开，且在孤岛模式下持续操作。

通过将能量源转换成旋转动能，且然后，经由同步发电机而将旋转动能转换成电能，从而完成大部分的电能生成。诸如风力和太阳能功率的可再生能量源包括经由功率电子学（PE）接口而至电能的最终转换，所述功率电子学（PE）接口包括基于功率电子半导体构件的转换器或逆变器。另外，诸如飞轮、电池、超导体或超级电容器能量存储系统的能量存储系统还典型地将PE接口用作最终转换方法。

在功率系统中的短路的情况下，产生大量的故障电流，所述大量的故障电流转而用于使诸如电路断路器或保护继电器的保护装置跳闸，和/或通过使保险丝内部的熔融导体熔化而烧断一次性保险丝。PE接口的故障电流能力和故障电流特性可与同步发电机的故障电流能力和故障电流特性非常不同，达到在功率系统中所使用的一些保护装置将不如计划的一样操作的程度。例如，当受制于来源于同步发电机的故障电流时，保险丝将在短时间内烧断，但当故障电流源为PE接口时，烧断保险丝将花费太久。除了以附加的成本和空间为代价而增大PE接口的逆变器的额定值或尺寸之外，对此问题的常规的解决方案包括以下的途径。

i）保护装置上的设置被改变成更敏感的值。当使用此解决方案时，对于仅仅利用PE接口型能量源的操作和对于利用同步发电机的操作，将要求不同的设置。对于所使用的多个同步发电机，可要求第三设置，因为，此时的故障电流将更大。可能还要求第四设置，以避免在执行冷负载启动（cold-load pickup）或黑起动（black starting）时的误跳闸。

ii）在保险丝用作保护装置的情况下，没有可用的可修改的设置，但当受制于来自PE接口的故障电流时，可能必须改变保险丝的额定值或类型，以确保符合要求的操作。关于此解决方案的潜在的问题是，要求保险丝尺寸和类型的仔细选择，以确保维持下游保护的辨别，并且，防止下游故障烧断保险丝，而不是使故障附近的电路断路器跳闸。此外，在冷负载启动的期间，适合于来自PE接口的故障电流的额定值和类型的保险丝可能误烧断。

iii）同步补偿器联机地操作，并且，提供与同步发电机类似的故障电流。同步补偿器使用同步电机来提供功率系统中的正确功率因数或电压控制，并且，具有能够提供与同步发电机类似的故障电流的附加的影响。此方法的缺点是同步补偿器的附加的成本和空间以及损失和操作成本。

iv）连同添加到同步发电机的飞轮或其它惯量一起，柴油发电机与从同步发电机断开的原动机联机地操作，导致所谓的柴油不间断电源或D-UPS。除了惯量和UPS能力之外，同步发电机还提供附加的故障电流。此方法的缺点是常规/柴油发电机或D-UPS的附加的投资成本、空间要求、操作损失和成本。