CN102971819B

CN102971819B - 高压dc断路器设备

Info

Publication number: CN102971819B
Application number: CN201180034238.0A
Authority: CN
Inventors: P·斯卡比
Original assignee: ABB T&D Technology AG
Current assignee: Hitachi Energy Co ltd
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: WO2011141055A1; US20130070492A1; US8995097B2; CN102971819A; WO2011141428A1

Abstract

配置成中断在高压DC导体（1）中出现的故障电流的高压DC断路器设备包括：机械中断器（2），与该中断器串联连接的至少一个半导体器件（3），与该半导体器件并联连接的放电器（5）以及与该半导体器件和该中断器的串联连接并联连接的LC电路（6）。控制单元（12）配置成在检测到故障电流时以适应于LC电路的电感（7）和电容（8）的值的频率控制所述半导体器件（3）的开关用于由故障电流对所述电容充电同时使通过中断器（2）的电流以增加的幅度振荡，并且控制中断器断开用于使其机械触点在达到电流零交叉时分离，用于获得通过中断器的故障电流的中断。

Description

高压DC断路器设备

技术领域

本发明涉及DC断路器设备，其配置成中断在高压DC导体中出现的故障电流。

背景技术

高压DC断路器设备可设置在携有高DC电压的系统中，例如在基于电压源转换器的多端HVDC（高压直流）网络中，其中快速上升的DC故障电流必须在高电压被迅速中断。这样的故障可以是线路接线路故障或线路接地故障，即DC导体接地的短路。就高压而论，在这里意指相对于地≥10kV的电压（并且常常是几百kV的电压）。

在一个类型的已知这样的断路器设备中，配置成获得通过中断器的故障电流的零交叉的所述设置包括无源LC电路，其产生通过中断器的故障电流的振荡，旨在获得故障电流的零交叉。使用这样的设置的劣势是关于电流的零交叉实际上将何时出现的不确定性，这导致在中断电流是可能时灭弧窗出故障的风险，使得不能可靠地确保故障电流的中断。

另一个类型的已知高压DC断路器设备使用所述设置，其具有与机械中断器并联连接的预充电电容器用于获得故障电流的电流零交叉。然而，该技术方案成本相对高，因为需要大的电容器以及用于对该电容器充电的独立高压充电装置。

US 5 517 378公开了高压DC断路器，其具有适应于由线路电流横过并且断开用于开断电流的两个机械断路器。电容器与串联连接的断路器并联连接。半导体构件与断路器中的第一个并联连接。当断开断路器时，控制构件控制半导体构件使得获得通过第二断路器的电流的零交叉，由此线路电流被换向至电容器。

发明内容

本发明的目的是提供DC断路器设备，其可以以较高的速度提供高DC电流的可靠开断。

该目的通过提供配置成中断在高压DC导体中出现的故障电流的DC断路器设备而获得。所设备包括：

●至少一个机械中断器，其配置成与所述DC导体串联连接，

●设置，其配置成当在所述导体中出现故障电流时获得通过所述中断器的电流的零交叉，以及

●控制单元，其配置成控制所述设置和机械中断器。

配置成中断故障电流的设置包括：

●与所述机械中断器串联连接的至少一个关断型半导体器件，

●与所述半导体器件并联连接用于限定跨所述器件的最大电压的放电器，以及

●LC电路，其采用电感和电容串联连接的形式，该串联连接与所述半导体器件和机械中断器的串联连接并联连接。

DC断路器设备包括控制单元，其配置成控制机械中断器和该设置以用于获得电流零交叉，其中该控制单元配置成在检测到故障电流时用于

●控制开关，以适应于所述电感和电容的值的频率控制所述至少一个半导体器件中的至少一个的开关，以便由故障电流对所述电容充电同时使通过机械中断器（2）的电流以增加的幅度振荡，以及

●控制机械中断器的脱扣使得其机械触点在达到电流零交叉时将分离，使得获得通过机械中断器的故障电流的中断。

与US 5 517 378的DC断路器相比，发明性DC断路器设备可以

更快，因为电流到用于开关的半导体器件内的换向不是必需的。

通过使用故障电流对电容充电，不需要高压充电装置，但精确限定的故障电流的零交叉仍将由半导体器件的所述开关的适当控制而获得。此外，将仅需要小的电容用于获得所述故障电流的零交叉。

由于所述半导体器件仅需要大约所述放电器的保护电压水平的额定电压（其可以是系统电压、即所述高压DC导体相对于地的电压的仅一小部分）这一事实，投入成本将是低的。所述半导体器件中的导通态损耗在谈论的高压DC系统的正常操作下将也是低的。

根据本发明的设备的另一个优势是通过中断器的逐渐增长的电流振荡防止电流零过冲并且产生机械中断器的可行的开关占空比，即足够低的电流和电压时间导数。可选择所述放电器的保护电压水平以及LC电路的所述电感和电容的值用于在所述故障出现后的可接受时段内获得由机械中断器的安全中断。因此，用于获得故障电流中断的电流零交叉的产生由半导体器件应对，而故障电流的中断由机械中断器处理。这结合了半导体器件快速开关和精确限定的阻断电压的益处以及机械中断器涉及高介电承受能力和低损耗的优势。

配置成获得零交叉的设置可以有利地包括与所述至少一个半导体器件反并联连接的整流元件。在一个实现中，该整流元件是二极管。为了获得双向DC电流断路器，设置可以包括传导方向相反的两个半导体器件的串联连接，其中这些半导体器件中的每个与传导方向与该半导体器件相反的二极管并联连接。在该配置中，这两个二极管（其是反并联的）串联连接。在用于获得零交叉的设置的备选实现中，提供采用额外的半导体器件形式的整流元件，使得两个半导体器件反并联连接，从而促进双向开断的可能性。

根据本发明的实施例，控制单元配置成以所述LC电路的本征频率的90%-110%的频率实施半导体器件的所述开关。接近于LC电路的本征频率的开关频率可以导致期望的通过中断器的故障电流的振荡以及在电流导数是零或接近于零时达到故障电流的零交叉，使得然后中断电流将是有利的。

根据一个实施例，开关频率是固定的并且根据LC电路的本征频率设置。根据本发明的另一个实施例，该设备进一步包括至少一个测量装置，其配置成在出现所述故障时测量涉及所述设置的操作的至少一个参数并且将该测量的结果发送到所述控制单元，其配置成使所述开关适应该测量结果。对于半导体器件的开关的这样的反馈导致控制故障电流的零交叉将如何以及何时出现用于获得故障电流的可靠中断的可能性。适合的要测量的参数可以是通过所述半导体器件的电流和/或跨所述电容的电压，其构成本发明的另外的实施例。

根据本发明的实施例，所述控制单元配置成将中断器的机械触点的分离的发起相对于所述半导体器件的开关的开始延迟确定时段以便万一在该时段内所述控制单元接收关于所述故障消失的信息则可能制止断开中断器。已经证实即使使用这样的延迟（其然后可导致在故障状况迅速消失的情况下避免不必要的中断），获得中断也是可能的。

根据本发明的实施例，设备包括与所述LC电路并联连接的另外的放电器。该另外的放电器将在故障电流中断后限制跨机械中断器的上升的恢复电压。

根据本发明的实施例，与LC电路并联连接的所述放电器的保护电压水平是对所述DC导体规定的相对于地的DC电压的至少120%或130%-200%。大约系统电压的150%的保护电压水平通常适合于与这样的机械中断器并联的放电器。

根据本发明的实施例，设备包括电流导数限制电抗器，其配置成与LC电路的所述并联连接和半导体器件与所述DC导体中的机械中断器的串联连接串联地连接。这样的电抗器将限制故障电流的上升。

根据本发明的实施例，所述控制单元配置成用100Hz-10kHz或500Hz-5kHz的频率实施半导体器件的所述开关。这样的开关频率适合于该类型的设备中的开关装置的操作，其中电感可典型地具有0.1mH-10mH的值并且电容具有10nF-100μF或0.5μF-5μF的值。

根据本发明的实施例，设备配置成中断在高压DC导体中出现的故障电流，该高压DC导体规定为在相对于地≥10kV的电压水平，例如在下列范围中的一个内的电压水平：相对于地10kV-1000kV、100 kV-1000kV或300kV-1000kV，或更高。

根据本发明的实施例，与所述半导体器件并联连接的所述放电器的保护水平小于对所述高压DC导体规定的相对于地的电压水平的50%或小于其的10%。可提出在对所述高压DC导体规定的相对于地的电压水平可以是400kV的同时所述保护电压水平例如可以是大约10kV。

根据本发明的实施例，设备配置成连接到AC/DC转换器站中的所述高压DC导体，并且根据另一个实施例，设备配置成设置在DC电网中用于保护连接于其中的设备。

本发明还涉及用于通过高压直流传输电力的电厂，其特征在于其提供有根据本发明的DC断路器设备。这样的电厂可从上文提到的这样的设备的积极特征中获益。

本发明还涉及用于控制根据本发明的高压DC断路器设备以便中断在所述高压DC导体中检测的故障电流的方法以及与这样的方法关联的计算机程序产品和计算机可读介质。

本发明的另外的优势以及有利特征将从下列描述显现。

附图说明

参照附图，下文接着是引用为示例的本发明的实施例的具体描述。

在图中：

图1是根据本发明的实施例的高压DC断路器设备的示意图，

图2a-c示意地图示用于获得电流零交叉的设置的不同实施例，

图3是在图1中示出的高压DC导体中出现故障时通过根据图1的设备的机械中断器的故障电流I vs.时间t的曲线图，

图4是出现所述故障时跨图1中示出的设备的半导体器件的电压U vs.时间t的曲线图，以及

图5是示意地图示由用于控制DC断路器设备（其包括用于获得电流零交叉的设置）的操作的控制单元进行的方法的实施例。

具体实施方式

图1示意地示出根据本发明的实施例的高压DC断路器设备100。该DC断路器设备100配置成中断在高压DC导体1中出现的故障电流并且包括机械中断器2（其可代表一个或几个机械中断器，例如SF6或真空中断器或其组合），以及与之串联连接的关断型半导体器件3（即可以控制成切断以及接通的器件）。在图1的实施例中，该半导体器件3是IGBT，其配置成在朝中断器的方向上传导。整流二极管4与该半导体器件3反并联连接，使得该整流二极管的传导方向与该半导体器件的传导方向相反。放电器5与该半导体器件并联连接用于通过具有适合的保护电压水平而限定跨该半导体器件的最大电压。在一个实施例中，该保护电压水平是10kV。然而，可以使用其他值，并且特别地，适合水平的范围将随着中断器设备的额定电压而变化。

图1的半导体器件3是IGBT（绝缘栅双极晶体管）器件。可以在半导体器件3中备选地使用其他类型的关断型半导体器件，例如GTO（门极关断晶闸管）和IGCT（绝缘栅换向晶闸管）。半导体器件3可以实现为单个半导体元件，或作为一个以上半导体元件的串和/或并联连接。

半导体器件3的阻断电压能力应该高于该保护电压水平。因此，放电器5确保跨半导体器件的电压在其关断时将从未达到半导体器件的电压阻断能力的水平。

此外，采用电感7和电容8串联连接形式的LC电路6与半导体器件3和机械中断器2的串联连接并联连接。另外的放电器9与LC电路6并联连接，并且该放电器具有超出对所述DC导体1规定的相对于地的DC电压水平的保护电压水平并且例如是该电压水平的150%。

DC断路器设备100还包括设置10，其配置成在DC导体1或在连接到DC导体的设备中出现故障时获得通过中断器2的故障电流的零交叉，并且该设置将部分由已经描述的设置的部件形成。在下面，该设置将称为用于获得电流零交叉的设置10。电流零交叉是通过机械中断器2的电流反转处的时间实例。图1的设置10示出为包括半导体器件3、整流二极管4和放电器5的并联连接以及脉冲发生器13，其连接到半导体器件3的控制端并且设置成生成用于使半导体器件3导通和关断的脉冲信号。IGBT的控制段典型地是栅极端，而其他类型的半导体器件的控制段可以是，例如栅极或基极端。用于获得电流零交叉的设置10进一步包括LC电路6。

图1的设置10进一步示出为包括设置成测量通过半导体器件3的电流的电流测量装置和设置成测量跨电容器8的电压的电压测量装置15。

图1的电流测量装置14和电压测量装置15的输出连接到脉冲发生器13，可能地经由控制单元12，使得在一个实施例中由脉冲发生器13产生并且提供给半导体器件3的控制端的脉冲的频率可以根据通过半导体器件3的电流和跨电容器8的电压而调整。开关频率的这样的调整将进一步关于图5描述。

电流测量装置14例如可以是光电流换能器（OCT）或DC电流反馈补偿换能器（DCCT），或任何其他适合的电流换能器、传感器或其他电流测量装置。电压测量装置15例如可以是直流分压器，或任何其他适合的电压测量装置。

图1的DC断路器设备100进一步包括设置并且配置成检测所述DC导体1中故障电流的出现的装置，所述装置在图1中示出为故障电流检测器11。故障电流检测器11例如可以包括光电流换能器（OCT）或DC电流反馈补偿换能器（DCCT），或任何其他适合的电流换能器、传感器或用于检测故障电流的装置。故障电流检测器11例如可以进一步包括硬件或软件，用于将来自电流换能器的测量（或一组测量）与电流和/或电流导数阈值比较以便检测故障，该故障引起或有风险引起通过DC断路器设备100的电流增加而超过可接受水平。此外，故障电流检测器11可以设置成响应于故障电流的检测而生成信号。将生成这样的信号时的输出可以有利地连接到控制单元12的输入。

图1的DC断路器设备100包括控制单元12，其配置成控制设置10用于获得电流零交叉以及用于控制机械中断器2。该控制单元12配置成万一已经检测到故障则通过发送控制信号到脉冲发生器13而控制半导体器件3的开关。由脉冲发生器13引发的开关然后以适应于用于由故障电流对所述电容充电的电感7和电容8的值的频率实施，如将进一步在下文更详细描述的。在图1中，图示DC断路器设备100还可具有测量装置，所述测量装置在图1中示出为用于测量通过半导体器件3的电流的电流测量装置14和用于测量跨电容8的电压的电压测量装置15，如在上文论述的。图1的电压和电流测量装置14、15配置成发送测量结果到控制单元12（脉冲发生器13），其然后在控制半导体器件3的开关时可考虑这些结果。在图1中，为了说明目的，脉冲发生器13已经图示为相对于控制单元12的独立单元。然而，脉冲发生器13通常视为控制单元12的一部分。

图1的DC断路器设备100还包括电流导数限制电抗器16，其与LC电路6与半导体器件3和所述DC导体1中的机械中断器2的串联连接的并联连接串联地连接。在图1中，电流导数限制电抗器16在半导体器件的传导方向上所看到的该并联连接的上游连接。然而，电抗器16备选地可以在该并联连接下游连接。采用关断型半导体器件（例如IGBT）与放电器的并联连接的至少一个模块形式的电流限制装置可与电抗器16串联连接并且有助于限制故障电流或甚至替换电抗器。

图1的DC断路器设备100的部件的可能值可如下：电抗器16具有100mH的电感并且电感7具有0.6mH的电感。电容8是1μF。DC导体1相对于地处于320kV的电压并且放电器5的保护水平是10kV。这些值仅作为示例给出，并且可以对320kV DC断路器设备使用部件的其他值。此外，适合的值范围取决于DC断路器设备100的额定电压，并且当设计不同额定电压的DC断路器设备时，部件的值可以因此有利地调整。

指出如在图1中示出的DC断路器设备100配置成在中断器右侧上出现故障17（如在图中看到的）时中断故障电流，但更改DC断路器设备100以便相反能够处理在中断器左侧上出现的故障并且以便同样能够处理在DC断路器设备100的两侧上出现的故障（这例如可以通过使另外的放电器与关断型半导体器件的并联连接与在图1中示出的并联连接以及与具有相反传导方向的该半导体器件串联连接而获得），这当然在本发明的范围内。设置10的这样的备选实施例的示例将关于图2a-c进一步描述。为了简化图，设置10的LC电路6已经在图2a-c中省略。另一个选项将是在相邻开关设备中具有防止在一个以上方向上的电流的断路器配置。

图2a示出用于获得电流零交叉的设置10的实施例，其中设置10包括关断型半导体器件3、整流二极管4和放电器5的并联连接。图2a的设置10与图1的设置10的不同之处在于图2a的半导体器件3和整流二极管4设置成在与图1的对应部件相反的方向上传导。图1和图2a的设置10能够引发振荡，其引起在半导体器件3的传导方向上流动的DC电流的电流零交叉。因此，图1或图2a的设置10可以在其中DC电流将仅在一个方向上（例如在单向DC断路器设备100中）流动的应用中有用，或至少在其中将仅关于单方向的DC电流需要开断DC电流的能力的应用中有用。图1和图2a的设置可以连接使得半导体器件3将在朝机械中断器2的方向上传导，或使得半导体器件3将在沿半导体器件3与机械中断器2的串联连接远离机械中断器2的方向上传导。

图2b和2c每个示出设置10的实施例，其中设置10能够引发振荡，其引起在DC导体1的两个方向上流动的DC电流的电流零交叉。因此，在图2b和2c中示出的设置10的实施例可以有利地在双向DC断路器设备100中使用。

图2b的设置10包括第一关断型半导体器件3a与第二关断型半导体器件3b的并联连接，其中该第一和第二半导体器件3a和3b能够在相反方向上传导电流，半导体器件3a和3b从而反并联连接。两个半导体器件的并联连接与放电器5并联连接。当由故障电流检测器11在第一电流方向上检测到过多电流时，能够在该第一方向上传导的半导体器件将接通和切断以便引入振荡（相反电流方向的半导体器件可以同时以相同的频率接通和切断，或可以根据期望导通或关断）。第一电流测量装置14a设置成测量第一半导体器件3a中的电流，而第二电流测量装置14b设置成测量第二半导体器件3b中的电流。电流测量装置14a和14b连接到脉冲发生器13的输入，以便允许根据通过半导体器件的电流调整开关。

图2c的设置10包括两个半导体器件3a和3b，其串联连接并且设置成在相反的方向上传导电流。每个半导体器件3a、3b分别具有反并联连接的整流二极管4a、4b。此外，放电器5与半导体器件3a、3b的串联连接并联连接。当由故障电流检测器11在第一电流方向上检测到过多电流时，能够在该第一方向上传导的半导体器件将接通和切断以便引入振荡（相反电流方向的半导体器件可以同时以相同的频率接通和切断，或可以根据期望导通或关断）。如在图2b的设置10中，第一电流测量装置14a设置成测量第一半导体器件3a中的电流，而第二电流测量装置14b设置成测量第二半导体器件3b中的电流。电流测量装置14a和14b连接到脉冲发生器13的输入，以便允许根据通过超导体器件的电流调整开关。

在下面，术语正向传导半导体器件3将用于指代这样的半导体器件，其能够在要开断的DC电流的方向上传导电流并且因此可以用于获得通过机械中断器2的振荡电流，以便简化与DC开断设备（其包括传导方向相反的半导体器件3a、3b）有关的描述。哪个半导体器件充当这样的DC开断设备的正向传导半导体器件取决于流过导体1的DC电流的方向。当前不是正向传导半导体器件的半导体器件可能以与正向传导半导体器件相同的频率开关（如上文提到的），以便简化开关的控制。标号3将在大体上指代半导体器件时使用，从而包括半导体器件3、3a和3b；标号14将在大体上指代电流测量装置时使用，从而包括电流测量装置14、14a或14b；等。

现在将解释在故障出现情况下DC断路器设备100的操作示例，同时还参考图3和4。图3图示在故障情形下作为时间t的函数的通过机械中断器2的故障电流I，而图4图示在相同情形下作为时间t的函数的跨正向传导半导体器件3的电压。

在正常操作期间，正向传导半导体器件3和机械中断器2将闭合。电流（例如大约2000A大小的电流）将在DC导体1中流动通过正向传导半导体器件3和机械中断器2。因为只需将半导体器件3额定成略高于放电器5的保护电压水平的值，能量转移损耗在半导体器件3中相对低。因此，半导体器件3可以典型地实现而不必使用大量半导体元件。

当在DC线路上出现故障17（其可以是线路接线路故障或线路接地故障）时，这由故障电流检测器11检测并且关于其的信息被发送到控制单元12。这在图3和4中示出的时间t₁出现。在已经出现故障后，通过中断器的故障电流以由DC导体的系统电压与故障电流导数限制电抗器16的电抗之间的比率给定的速率上升。电流的上升在时间t₂之前发生，在该时间控制单元12控制机械中断器2脱扣。当机械中断器2脱扣时，其机械触点开始分离，使得在其之间形成电弧。时间t₂例如可以在自检测到故障经过保护时间t_p时出现，使得t₂=t₁+t_p。持续时间T_p例如可以是2ms。在另一个实施例中，T_p基本上是零，使得一检测到故障电流（其需要脱扣）就进行机械中断器的脱扣。控制单元12进一步以接近于LC电路6的本征频率的频率触发正向传导半导体器件3的开关，使得电容8将由通过中断器2的故障电流充电。故障电流然后将以增加的幅度振荡，如在图3中示出的，该振荡由正向传导半导体器件3的开关引起，并且跨电容8的电压将由发送到正向半导体器件3的每个启动脉冲而增加直到通过中断器2的故障电流达到电流零0。在由图3和4图示的情形下，正向传导半导体器件3的开关在与机械中断器2的脱扣相同的时间发起。

可以有利地进行正向传导半导体器件3的开关使得在电流改变方向时的时间点达到零交叉使得电流导数是零。在电流的振荡部分的幅度接近但略高于DC故障电流时，即当总电流的小电流环是小的时（小电流环是总故障电流的在与故障电流的DC部分相反的方向上流动的部分）也获得对于电流中断有利的电流导数。可以用于限定电流导数何时有利的判据的示例是小电流环小于电流的振荡分量的总幅度的近似5-10%。表达这样的判据的另一个方式是通过中断器2的电流的振荡部分的大小应该大于该电流的DC部分的大小，但仅相差小的量，例如相差大约10-20%。通过在最大电流大小（绝对值）提供电流零交叉，促进通过中断器的电流的正确中断。一旦通过机械中断器2的电流被中断，中断器2将经受上升恢复电压，其将受到与LC电路6并联连接的另外的放电器9的限制。

用于提供反馈的测量装置14和15的存在（然而该存在不是必需的）使得适应性修改正向传导半导体器件3的开关以采用最有利方式（在零或低电流导数处，如在上文描述的）并且在期望的瞬间达到通过中断器的故障电流的零交叉是可能的。这在图3和4中示出的实施例中在中断器脱扣后的大约5.6秒发生。在不存在这样的测量装置的实施例中，可采用预定开关频率。在图1和2a-2c中，已经示出电流测量装置14设置成测量通过正向传导半导体器件3的电流，从而提供通过中断器的电流的测量。备选地，电流测量装置14可以设置成通过测量正向传导半导体器件3与反并联二极管4/反并联半导体器件3的共同电流而获得通过中断器的电流的测量。在另一个实现中，电流测量装置14可以设置在LC电路6中，凭借此可获得通过机械中断器2的电流的振荡分量。然后可以从故障电流检测器11获得通过机械中断器2的电流的DC分量。

尽管在图3和4中示出正向传导半导体器件3的开关在与机械中断器2脱扣相同的时间开始，机械中断器2的脱扣可相对于正向传导半导体器件3的开关的开始延迟预定时段。正向传导半导体器件3的开关的触发与机械中断器2的脱扣之间的确定时期便于万一在该确定时期内控制单元12接收到关于故障消失的信息则制止断开机械中断器2。时常地，断开机械中断器2所花费的时间是期望快速开断操作时的限制因素，在该情况下中断器2的断开可以有利地在与发起开关相同的时间发起。中断器2的触点分离不必在与出现电流的第一零交叉相同的时间达到，而可以在出现第一零交叉之前或之后达到，只要触点将在电流的零交叉出现时分离即可。

影响中断器过程的参数包括放电器5的保护电压水平，更高的这样的水平意指将更迅速地对电容充电。此外，更高的LC电路6的电感和电容值将导致更低的LC电路的本征频率和更低的适合的半导体器件3的开关频率。应该选择L和C的值用于获得要由机械中断器2管理的例如关于跨中断器2的恢复电压的中断情形。还必须考虑半导体器件3可操作的频率，并且半导体器件3还必须能够在所述开关中被关断时开断通过其的电流。

图5是图示在其中开关频率可以根据涉及设置10的操作的至少一个参数的测量而调整的实施例中万一检测到故障电流则在控制单元12中进行用于控制半导体开关3和机械中断器2的操作的方法的示例的流程图。在步骤500，故障指示由控制单元12典型地从故障电流检测器11接收。正向传导半导体3的开关然后在步骤505发起，其中以预定频率f₀（其典型地设置在LC电路6的本征频率或附近，如在上文描述的）进行开关。中断器2的断开在与开关发起相同的时间或在不同的时间点（如期望的话）也在步骤505发起。在步骤510，控制单元12从电流测量装置14接收通过中断器2的电流I_i的测量结果。在步骤515，检查I_i的振荡部分I_OSC的大小是否小于I_i的DC部分I_DC的大小。如果这样的话，这指示振荡部分I_OSC的大小将必须增加以出现任何电流零交叉。然后进入步骤530，其中检查开关频率f是否小于f₀。如果这样的话，进入步骤535，其中开关频率f增加。然后进入步骤510用于持续监测通过中断器2的电流I_i。如果在步骤520发现f=f₀，则在步骤520后直接重新进入步骤510。

另一方面，如果在步骤515发现I_DC的大小不超出I_OSC的大小，进入步骤530。在步骤530，I_OSC大小与I_DC大小的比率与例如可以设置在110-120%的范围内的预定最大比率M比较。如果发现该比率超出最大比率M，则进入步骤535，其中f减小。例如可以根据I_OSC与I_DC的比率确定该较小。然后重新进入步骤510。如果在步骤530发现比率未超出M，则直接进入步骤510。

根据上文，按照图5的方法可以确保中断器2中的电流零交叉将在电流导数是小的点处出现。在图5中示出的方法仅是示例，并且可预想备选实现。例如，除电流I_i的测量外或代替电流I_i的测量，可以在确定是否以及如何适应性修改开关频率方面考虑跨电容器8的电压的测量；可以允许高于初始频率f₀的开关频率，等。

控制单元12可以实现为适合的硬件和软件的组合。例如，控制单元12可以包括一个或多个处理器和存储器，其存储用于进行在图5中示出的方法的软件，该处理器设置成在该处理器上执行软件时实施图5的方法。例如可以以计算机程序产品的形式提供软件，至少部分通过例如因特网等网络或在计算机可读介质上提供该计算机程序产品。

本发明当然不以任何方式受限于上文描述的实施例，但对其的修改的许多可能性对于本领域内技术人员将是明显的而不偏离如在附上的权利要求中限定的本发明的范围。

使几个中断器级联以便获得更高电压，即将包括图1中示出的元件2-9和13-15的多个模块串联连接，这将是可能的。

Claims

1.一种能够中断在高压DC导体（1）中出现的故障电流的DC断路器设备（100），所述设备包括：

至少一个机械中断器（2），其配置成与所述DC导体串联连接，以及

设置（10），其配置成当在所述导体中出现故障电流时获得通过所述中断器的电流的零交叉，

控制单元（12），其配置成控制所述设置和机械中断器，

其中所述设置包括：

至少一个关断型半导体器件（3；3a，3b），其与所述机械中断器（2）串联连接，

放电器（5），其与所述半导体器件并联连接用于限定跨所述器件的最大电压，以及

LC电路（6），其采用电感（7）和电容（8）的串联连接的形式，其与所述至少一个半导体器件（3；3a，3b）和所述机械中断器（2）的串联连接并联连接，

并且其中

所述控制单元（12）配置成在检测到故障电流时用于：

以适应于所述电感（7）和电容（8）的值的频率控制所述至少一个半导体器件（3；3a，3b）中的至少一个的开关，以便由故障电流对所述电容充电同时使通过所述机械中断器（2）的电流以增加的幅度振荡，以及

控制所述机械中断器的脱扣使得其机械触点在达到电流零交叉时将分离，使得获得通过所述机械中断器的故障电流的中断，所述DC断路器设备进一步包括

至少一个测量装置（14，15），其配置成在出现所述故障时测量涉及所述设置（10）的操作的至少一个参数并且将测量结果发送到所述控制单元，并且其中所述控制单元配置成响应于所述测量结果适应性地修改所述开关。

2.如权利要求1所述的设备，其中

所述设置包括与所述半导体器件反并联连接的整流二极管（4）。

3.如权利要求2所述的设备，其中

所述设置包括传导方向相反的两个半导体器件（3a，3b）的串联连接以及传导方向相反的两个整流二极管（4a，4b）的串联连接，其中所述半导体器件和整流二极管连接使得每个半导体器件与整流二极管反并联连接。

4.如权利要求1所述的设备，其中

所述设置包括反并联连接的相反电流方向的两个半导体器件（3a，3b），半导体器件的所述反并联连接与所述放电器（5）并联连接。

5.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其中

所述控制单元配置成以所述LC电路（6）的本征频率的90%-110%的频率实施半导体器件（3）的所述开关。

6.如权利要求1所述的设备，其中

所述测量装置（14）配置成测量通过所述半导体器件（3）的电流。

7.如权利要求1或6所述的设备，其中所述测量装置（15）配置成测量跨所述电容（8）的电压。

8.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其中所述控制单元（12）配置成将所述中断器（2）的机械触点的分离的发起相对于所述半导体器件（3）的开关的开始延迟确定时段以便万一在该时段内所述控制单元接收关于所述故障消失的信息则制止断开所述中断器。

9.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其进一步包括与所述LC电路（6）并联连接的另外的放电器（9）。

10.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其中

所述控制单元（12）配置成用100Hz-10kHz或500Hz-5kHz的频率实施半导体器件的所述开关。

11.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其中

所述电感（7）具有0.1mH-10mH的值。

12.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其中所述电容（8）具有10nF-100μF或0.5μF-5μF的值。

13.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其中

与所述半导体器件（3）并联连接的所述放电器（5）的保护水平小于对所述高压DC导体（1）规定的相对于地的电压水平的50%或小于其的10%。

14.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其进一步包括配置成检测导体中故障电流的出现的故障电流检测器（11），所述设备在所述导体中连接。

15.一种包括如权利要求1-14中任一项所述的设备的AC/DC转换器站，其中所述DC断路器设备连接到所述AC/DC转换器站中的所述高压DC导体（1）。

16.一种包括如权利要求1-15中任一项所述的设备的DC电网，其中所述设备配置成保护所述DC电网的装备。

17.一种控制DC断路器设备用于中断在高压DC导体中出现的故障电流的方法，所述DC断路器设备包括机械中断器（2）和设置（10），其配置成当在所述DC导体中出现故障电流时获得通过所述中断器的电流的零交叉，所述设置包括至少一个关断型半导体器件（3；3a，3b）和采用电感（7）和电容（8）的串联连接（6）形式的LC电路（6），其中所述方法包括：

以适应于所述电感和电容的值的第一频率发起（505）所述关断型半导体器件的开关；

发起（505）所述机械中断器的断开；

接收（505）涉及通过所述机械中断器的电流的大小的至少一个参数的测量；

检查（515，530）所述电流的振荡部分与所述电流的DC部分的比率是否大于1但小于预定值；并且如果否，

调整（535，525）所述半导体器件的开关频率。