CN103887760B - 故障保护系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种故障保护系统，其包括控制模块，开关和感性装置。控制模块根据检测装置测量的检测信号来提供控制信号和开关信号。控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，第一控制信号对应于正常模式，第二控制信号对应于故障模式。开关根据开关信号开通和关断。感性装置根据第一控制信号工作在第一感抗值状态，根据第二控制信号工作在第二感抗值状态。本发明还揭示了一种故障保护方法。本发明揭示的故障保护系统和故障保护方法，可快速切断故障并可重复使用。

Description

故障保护系统和方法
技术领域
本发明公开的实施方式涉及故障保护系统和方法，特别涉及过电流故障保护。
背景技术
直流系统广泛应用于多种领域如自动化传输系统，直流微网系统和船舶系统。在这些领域，直流系统用于给接入的多个串联或并联的负载提供电能。然而，由如负载短路等情况引起的过电流故障会在直流母线，直流电容器或功率变换器上产生大电流从而造成负载的损毁。因此过电流保护是直流系统中需要解决的关键问题。通过接入故障保护系统来检测和处理故障可对故障区域进行有效隔离。
传统的故障保护系统常采用机械断路器和保险丝。当检测到直流系统中电流超过承受能力时，这些保护系统可通过断开电流路径来对电装置进行保护。然而，在故障状态下断开机械断路器时，无法实现瞬间断开并且会伴随有电弧产生。在故障状态下熔断保险丝时需满足过热条件，然而过热条件的发生往往滞后于故障的发生，而且每次保险丝熔断后需要更换新的保险丝。当故障发生后，一些常用的保护系统仍旧能够允许故障电流在直流系统中流通长达几十毫秒的时间，这会造成电装置的损毁。
另一种故障保护系统采用基于半导体器件如集成门极换向晶闸管（IGCT）的结构。由于半导体器件本身的特性，故障电流被隔离的断开时间可缩短到几十微秒。然而，将流经该半导体器件的故障电流限制在可控范围以保证半导体器件的重复利用是一个亟待解决的问题。
因此，有必要提供一种改进的系统和方法来解决上述技术问题。
发明内容
鉴于上面提及的技术问题，本发明的一个方面在于提供一种改进的故障保护系统。该故障保护系统包括控制模块，开关和感性装置。该控制模块根据检测装置测量的检测信号来提供控制信号和开关信号，该控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，该第一控制信号对应于正常模式，该第二控制信号对应于故障模式。该开关根据该开关信号开通和关断。该感性装置与该开关相连接，该感性装置根据该第一控制信号工作在第一感抗值状态，该感性装置根据该第二控制信号工作在第二感抗值状态。
如上所述的故障保护系统，其中，该检测装置至少连接在电源侧和负载侧其中一侧，以用于得到该检测信号，该检测信号包括电流幅值信号和电流变化率信号其中之一，该检测信号用于判断该正常模式和该故障模式。
如上所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括带磁芯的互感器，至少一个开关装置和缓冲电路，该带磁芯的互感器包括原边电感和副边电感，该原边电感与该开关相连接，该副边电感与该至少一个开关装置相串联，该至少一个开关装置根据该第一控制信号开通，该至少一个开关装置根据该第二控制信号关断，该缓冲电路与该至少一个开关装置相并联。
如上所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括带磁芯的互感器和偏置电流电路，该带磁芯的互感器包括原边电感和副边电感，该原边电感与该开关相连接，该副边电感与该偏置电流电路相串联，该偏置电流电路用于根据该第一控制信号提供第一电流，该偏置电流电路用于根据该第二控制信号提供第二电流。
如上所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括电感，至少一个开关装置和缓冲电路。该电感包括第一端口、第二端口和第三端口，该电感通过该第一端口和该第二端口连接在电源装置和电装置之间。该至少一个开关装置连接在该第三端口与至少该第一端口和该第二端口其中一个端口之间，该至少一个开关装置根据该第一控制信号开通，该至少一个开关装置根据该第二控制信号关断。该缓冲电路与该至少一个开关装置相并联。
如上所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括第一电感，第二电感，至少一个开关装置和缓冲电路。该第一电感和该第二电感与该开关相串联。该至少一个开关装置至少与该第一电感和该第二电感其中之一相并联，该至少一个开关装置根据该第一控制信号开通，该至少一个开关装置根据该第二控制信号关断。该缓冲电路与该至少一个开关装置相并联。
本发明的另一个方面在于提供故障保护方法。该方法至少包括以下步骤：提供第一控制信号给该故障保护系统的感性装置，以用于控制该感性装置在正常模式下工作于第一感抗值状态。提供第二控制信号给该故障保护系统的感性装置，以用于控制该感性装置在故障模式下工作于第二感抗值状态。
如上所述的方法，该方法包括测量得到电源侧和负载侧至少其中一侧的检测信号，用于判断该正常模式和该故障模式。
如上所述的方法，该方法包括提供第一控制信号和第二控制信号，用以控制该感性装置从该第一感抗值状态连续变化到该第二感抗值状态。
本发明的另一个方面在于提供一种应用故障保护系统的电路系统。该电路系统包括故障保护系统和电装置。该故障保护系统用于保护该电装置，该故障保护系统包括控制模块，感性装置和开关，该控制模块根据检测装置测量的检测信号来提供控制信号和开关信号，该控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，该第一控制信号对应于正常模式，该第二控制信号对应于故障模式。该感性装置与该开关相连接，该感性装置根据该第一控制信号工作在第一感抗值状态，该感性装置根据该第二控制信号工作在第二感抗值状态。该开关根据该开关信号开通和关断。
如上所述的电路系统，该电路系统包括直流总线，该故障保护系统与该直流总线相连接用于保护该电装置，以隔离至少发生在该直流总线上的故障。
如上所述的电路系统，该电路系统包括直流支路，该故障保护系统与该直流支路相连接，该故障保护系统用于保护该电装置以隔离至少发生在该直流支路上的故障。
本发明的另一个方面在于提供一种应用故障保护系统的电路系统。该电路系统包括故障保护系统和电装置。该故障保护系统用于保护该电装置，该故障保护系统包括控制模块和感性装置，该控制模块根据检测装置测量的检测信号来提供控制信号和开关信号，该控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，该第一控制信号对应于正常模式，该第二控制信号对应于故障模式。该感性装置根据该第一控制信号工作在第一感抗值状态，该感性装置根据该第二控制信号工作在第二感抗值状态。该电装置包括开关，该开关根据该开关信号开通和关断。
如上所述的电路系统，该电路系统包括直流支路，该故障保护系统与该直流支路相连接，该故障保护系统用于保护该电装置以隔离至少发生在该直流支路上的故障。
本发明提供的故障保护系统以及故障保护方法与传统的方法相比，将具有快速关断特性的半导体器件应用于该故障保护系统中，并采用具有可变感抗特性的感性装置来限制故障电流在半导体器件中的变化率，以保证半导体器件被安全地开通和关断。因此，故障发生时，该故障保护系统可快速安全地保护电装置免遭损毁。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1所示为故障保护系统的一种实施方式的模块图；
图2所示为对如图1所示感性装置的具体结构进行详细说明的故障保护系统的一种实施方式的示意图；
图3所示为对如图1所示感性装置的具体结构进行详细说明的故障保护系统的另一种实施方式的示意图；
图4所示为用于图3的磁滞回线曲线示意图；
图5所示为对如图1所示感性装置的具体结构进行详细说明的故障保护系统的另一种实施方式的示意图；
图6所示为对如图1所示感性装置的具体结构进行详细说明的故障保护系统的另一种实施方式的示意图；
图7所示为故障保护系统的另一种实施方式的模块图；
图8所示为故障保护系统的另一种实施方式的模块图；
图9所示为应用如图1所示的故障保护系统的电路系统的一种实施方式的示意图；以及
图10所示为应用如图1或图7或图8所示的故障保护系统的电路系统的一种实施方式的示意图。
具体实施方式
以下将描述本发明的一个或者多个具体实施方式。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。
除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，“电路”以及“控制模块”等可以包括单一组件或者由多个主动元件或者被动元件直接或者间接相连的集合，例如一个或者多个集成电路芯片，以提供所对应描述的功能。
本发明中使用的“可”、“可以”与“可能”等词语表明在某些环境中事件发生的可能性；拥有一种特定属性、特征或功能；和/或通过与某一合格动词结合表示一个或多个能力、性能或可能性。相应地，“可能”的使用表明：被修饰的术语对于所示的能力、功能或用途是明显适当、可匹配或合适的；同时考虑到在某些情况的存在，被修饰的术语有时可能不适当，不匹配或不合适。例如，在某些情况下，可能预期出现某一结果或性能；而在其他情况下，该结果或性能可能不出现。这一区别由表示“可能”的词语体现。
图1所示为本发明揭示的故障保护系统10的一种实施方式的模块图。该故障保护系统10用来保护电装置24，以避免该电装置24在发生故障时被损毁。在一些实施方式中，该故障可包括发生在电源侧11的短路故障，其中，在该电源侧11，电源装置12用于给该电装置24提供电能，该电能流经该故障保护系统10。
在一些实施方式中，该短路故障可造成过电流（电流超出正常电流值）流经该电装置24。在一些实施方式中，该过电流可由其他故障或异常电路情况造成，例如该电装置24过载和/或该电装置24与该电源装置12的阻抗不匹配。
更具体地，在一些实施方式中，当无过电流故障发生时，该电装置24工作在正常模式，该故障保护系统10用于提供电流路径，由该电源装置12提供的正常电流可流经该电流路径。在这种实施方式中，为保证该正常电流顺利流经该故障保护系统10，该故障保护系统10可工作在小阻抗或小感抗状态。当有过电流故障发生时，该故障保护系统10用于断开该电流路径，由该电源装置12提供的电流不能流经该电流路径。在这种情况下，为了防止该故障电流上升过快和电流值过大，该故障保护系统10可工作在大阻抗或大感抗状态。
在一些实施方式中，该电装置24接收来自直流母线上的电能，该故障保护系统10可连接至该直流母线。在一些实施方式中，该电装置24包括直流电装置例如直流电机，该直流电装置可直接连接至该直流母线。在一些实施方式中，该电装置24也可以包括交流电装置例如交流电机，该交流电装置可通过直流/交流变换器间接连接至该直流母线。
在如上所述的实施方式中，该故障保护系统10包括开关16，感性装置14，检测装置18和控制模块20。
该开关16连接在该电源装置12和该电装置24之间。更具体地，在如图1所示的实施方式中，该开关16连接在该感性装置14和该电装置24之间。在其他实施方式中，该开关16可连接在该电源装置12和该感性装置14之间。该开关16可包括电力开关，如半导体开关。该开关16可开通和关断，该开关16开通时用于在该电源装置12和该电装置24之间提供电流路径，该开关16关断时用于断开该电源装置12和该电装置24之间的电流路径。该开关16包括但不限于如下器件：集成门极换向晶闸管（IGCT），绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和其他任何合适的元件。
在如图1所示的实施方式中，该感性装置14与该开关16相串联。该检测装置18具有故障检测时间，该开关16具有关断延迟时间，因此直到经过该故障检测时间和该关断延迟时间后，该故障保护系统10才能完全断开该电源装置12和该电装置24之间的电流路径。在该故障检测时间和该关断延迟时间内，该故障电流可能会快速增大并超出该开关16的安全关断能力范围。在如图1所示的实施方式中，该感性装置14用于限制电流变化率来使该故障保护系统10可控并可安全重复工作。
该感性装置14具有可变感抗特性。更具体地，该感性装置14可根据该控制模块20提供的不同指令工作在不同感抗状态。在一些实施方式中，该感性装置14可根据第一指令工作在第一感抗状态，此时对应于该电装置24工作在正常模式。该感性装置14可根据第二指令工作在第二感抗状态，此时对应于该电装置24工作在故障模式。
在一些实施方式中，当该故障保护系统10从该正常模式过渡到该故障模式时，该感性装置14可工作在由第一感抗状态连续变化到第二感抗状态。同理，当该故障保护系统10从该故障模式过渡到该正常模式时，该感性装置14可工作在由第二感抗状态连续变化到第一感抗状态。
在如图1所示的实施方式中，该检测装置18与该电源装置12相连接，以用于检测发生在该电源侧11上的至少一个过流故障。更具体地，该检测装置18可包括任何合适的电流传感器例如电阻，霍尔电流传感器和光纤电流传感器，该检测装置18用于测量该电源侧11的电流21。
在一些实施方式中，该检测装置18可用于输出该电源侧11的该电流21的幅值来表示检测信号23。在一些实施方式中，该检测装置18可用于输出该电源侧11的该电流21的变化率来表示检测信号23。该检测装置18还与该控制模块20相连接用于提供该检测信号23给该控制模块20。
该控制模块20至少与该检测装置18，该感性装置14和该开关16进行通讯，并提供控制信号25和开关信号27，该控制信号25和开关信号27分别用于控制该感性装置14和该开关16。在一些实施方式中，该控制模块20可以包括任何合适的可编程电路或者装置，包括数字信号处理器（DigitalSignal Processor，DSP）、现场可编程门阵列（Field ProgrammableGate Array，FPGA）、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）以及专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）等。在一些实施方式中，该控制模块20可以通过硬件或软件或软硬件结合的形式实现。下面将详细描述该控制信号25和该开关信号27的产生过程。
在一些实施方式中，通过该控制模块20将该检测信号23与预设的电流值进行比较来判断在该电源侧11是否发生一个或多个故障。在一些实施方式中，通过该控制模块20将该检测信号23与预设的电流变化率值进行比较来判断在该电源侧11是否发生一个或多个故障。根据比较结果，该控制模块20输出相应的控制信号25和开关信号27。在一些实施方式中，该控制信号25包括第一控制信号251和第二控制信号252，该开关信号27包括开通信号271和关断信号272。
在一些实施方式中，当表示该电流21幅值的检测信号23小于预设的电流值或表示该电流21变化率的检测信号23小于预设的电流变化率值时，该电装置24被判断为工作在正常模式或该电源侧11被判断为没有发生过电流故障。在该正常模式下，该控制模块20用于提供该第一控制信号251来控制该感性装置14工作在该第一感抗状态。同时，该控制模块20用于提供该开通信号271来开通该开关16。
否则，当表示该电流21幅值的检测信号23大于或等于该预设的电流值或表示该电流21变化率的检测信号23大于或等于该预设的电流变化率值时，该电装置24被判断为工作在故障模式或该电源侧11被判断为发生过电流故障。在该故障模式下，该控制模块20用于提供该第二控制信号252来控制该感性装置14工作在该第二感抗状态。同时，该控制模块20用于提供该关断信号272来关断该开关16。
正常运行时，当该检测装置18没有检测到发生在电源侧11的过电流故障时，该开关16根据该控制模块20提供的该开通信号271开通。由于该感性装置14被控制为工作在该第一感抗状态例如低感抗状态，根据该控制模块20提供的该第一控制信号251，该故障保护系统10用于在该电源装置12和该电装置24之间提供电流路径，通过该感性装置14和该开关16来保持该故障保护系统10正常运行。
故障运行时，当电源侧11至少有一个过电流故障被该检测装置18检测到时，该开关16根据该控制模块20提供的该关断信号272关断。由于该感性装置14被控制为工作在该第二感抗状态例如高感抗状态，根据该控制模块20提供的该第二控制信号252，该电源装置12和该电装置24之间的电流路径被快速断开。从而，该开关16可被安全地断开，以将故障部分与该电装置24进行隔离。
图2，图3，图5和图6所示为本发明揭示的对如图1所示的该感性装置14的具体结构进行详细描述的故障保护系统的一些实施方式。这些实施方式与如图1所示的该故障保护系统10相似。例如，图2，图3，图5和图6中所显示的故障保护系统都包括该控制模块20，该感性装置14，该开关16和该检测装置18。因此对该控制模块20，该开关16和该检测装置18的具体描述在此省略。尽管在这些实施方式中的感性装置具有不同的结构，这些感性装置都具有可变感抗特性。下面将对每个实施方式中的感性装置的结构和工作方式进行描述。
图2是将带磁芯的互感器141应用于如图1所示的感性装置14的故障保护系统100的一种实施方式示意图。如图2所示，该带磁芯的互感器141包括原边电感142和副边电感144。该带磁芯的互感器141的该原边电感142的感抗值与该副边电感144的感抗值具有相同的变化趋势。因此，通过合适的电路控制该副边电感144的感抗值可改变该原边电感142的感抗值。
该原边电感142与该开关16相串联。该副边电感144与至少一个开关装置143例如IGBT相串联。在一些实施方式中，当该开关装置143两端电压过大时，两个或多个开关装置143可与该副边电感144相串联。该至少一个开关装置143与该控制模块20相连接。该至少一个开关装置143可根据由该控制模块20提供的控制信号25开通和关断。
在如上所述的实施方式中，该感性装置114可包括缓冲电路（Snubbercircuit）29，该缓冲电路29与该至少一个开关装置143相并联。当该副边电感144开路时，电能可存储在该副边电感144。在此条件下，该缓冲电路29可与该副边电感144相串联形成一个闭合回路，以用于通过该闭合回路来消耗存储在该副边电感144中的电能。该缓冲电路29可包括但不限于如下器件：压敏元件，电阻和电容。
在正常模式下，该第一控制信号或该开通信号251被提供给该至少一个开关装置143，用以开通该至少一个开关装置143。在一些实施方式中，该副边电感144可被短路而工作在漏感抗状态，从而该原边电感142工作在另一种漏感抗状态。因此，该带磁芯的互感器141工作在第一感抗状态。
在如上所述的实施方式中，在该正常模式下，该原边电感142和该开通的开关16都用于在该电源装置12和该电装置24之间提供正常电流路径。该故障保护系统100相当于被用作导线，从而对该电装置24的正常运行产生较小的影响。
在该故障模式下，该第二控制信号或该关断信号252被提供给该至少一个开关装置143用以关断该至少一个开关装置143。在该实施方式中，该副边电感144被开路而工作在最大感抗状态，从而该原边电感142工作在另一最大感抗状态。因此，该带磁芯的互感器141工作在第二感抗状态。
在如上所述的实施方式中，在该故障模式下，该故障保护系统100用于断开该电装置24与该电源装置12之间的电流路径。更具体地，通过该原边电感142的最大感抗作用来限制流经该开关16的故障电流，从而可以安全地关断该开关16。
图3是将带磁芯的互感器141应用于如图1所示的感性装置14的故障保护系统200的一种实施方式示意图。图3所示的感性装置214与图2中所示的该感性装置114相似，其都包括该带磁芯的互感器141。该原边电感142与该开关16相串联。然而，该副边电感144与偏置电流电路243相串联。该偏置电流电路243与该控制模块20相连接。
根据如图4所示的磁滞回线曲线30，带有磁性材料的磁芯具有非饱和特性和饱和特性。该偏置电流电路243根据该控制信号25被控制为提供不同的控制电流，以用于控制该带磁芯的互感器141工作在不同的感抗值状态。例如，当该磁芯工作于饱和区域33时，该偏置电流电路243提供大电流I3，该带磁芯的互感器141可工作于小感抗状态的工作点36。当该磁芯工作于非饱和区域31时，该偏置电流电路243提供小电流I1，I2，该带磁芯的互感器141可工作于大感抗状态的工作点32，34。其中，工作点32的感抗值大于工作点34的感抗值。
更具体地，在正常模式下，该第一控制信号251被提供给该偏置电流电路243，该偏置电流电路243被控制为提供第一电流来让该带磁芯的互感器141工作在第一感抗状态。在如上所述的实施方式中，该原边电感142和该开通的开关16都用于在该电源装置12和该电装置24之间提供正常电流路径。该故障保护系统200相当于被用作导线，从而对该电装置24的正常运行产生较小的影响。
在故障模式下，该第二控制信号252被提供给该偏置电流电路243，该偏置电流电路243被控制为提供第二电流来让该带磁芯的互感器141工作在第二感抗状态例如高感抗状态。在如上所述的实施方式中，该故障保护系统200用于断开该电装置24与该电源装置12之间的电流路径。更具体地，通过该原边电感142的大感抗作用来限制流经该开关16的故障电流，从而可以安全地关断该开关16。
更具体地，当该原边电感142的该左侧端口和该副边电感144的该左侧端口属于同名端时，在该正常模式下，该偏置电流电路243中的该第一电流从该副边电感144的该左侧端口流入来减小该副边电感144的感抗值。该副边电感144工作在低感抗的第一感抗状态。在该故障模式下，该偏置电流电路243中的该第二电流从该副边电感144的该左侧端口流出来增大该副边电感144的感抗值。该副边电感144工作在高感抗的第二感抗状态。
当该原边电感142的该右侧端口和该副边电感144的该左侧端口属于同名端时，在该正常模式下，该偏置电流电路243中的该第一电流从该副边电感144的该左侧端口流出来减小该副边电感144的感抗值。该副边电感144工作在低感抗的第一感抗状态。在该故障模式下，该偏置电流电路243中的该第二电流从该副边电感144的该左侧端口流入来增大该副边电感144的感抗值。该副边电感144工作在高感抗的第二感抗状态。
图5是将电感145应用于如图1所示的感性装置14的故障保护系统300的一种实施方式示意图。如图5所示，该电感145包括第一端口146，第二端口148和第三端口150。该电感145通过该第一端口146和该第二端口148连接在该电源装置12和该电装置24之间。至少一个开关装置343连接在该第三端口150与该第一端口146和该第二端口148其中一个端口之间。缓冲电路29与该至少一个开关装置343相并联，以避免换流过程中在该电感145上产生的电压和/或电流应力。
在正常模式下，该第一控制信号或该开通信号251被提供给该至少一个开关装置343用以开通该至少一个开关装置343，在该第二端口148和该第一或第三端口（如图1所示为该第三端口150）之间的电感被短路。在该故障保护系统300中，该电感145的该第一端口146和该第三端口150之间的电感被控制为工作在第一感抗状态。
在如上所述的实施方式中，该第一端口146和该第三端口150之间的电感和该开通的开关16都用于在该电源装置12和该电装置24之间提供正常电流路径。该故障保护系统300相当于被用作导线，从而对该电装置24的正常运行产生较小的影响。
在正常模式下，该第二控制信号或该关断信号252被提供给该至少一个开关装置343用以关断该至少一个开关装置343。在该故障保护系统300中，该电感145被控制为工作在第二感抗状态。
在如上所述的实施方式中，该故障保护系统300用于断开该电装置24与该电源装置12之间的电流路径。更具体地，通过该原边电感142的大感抗作用来限制流经该开关16的故障电流，从而安全地关断该开关16。
图6是将至少两个电感应用于如图1所示的感性装置14的故障保护系统400的一种实施方式示意图。如图6所示，该感性装置414包括第一电感152和与该第一电感152相串联的第二电感154。该第一电感152和该第二电感154连接在该电源装置12和该电装置24之间。至少一个开关装置443与至少该第一电感152和该第二电感154相并联。在一些实施方式中，该感性装置414包括多于两个电感。更具体地，在如上所述的实施方式中，该第二电感154的感抗值大于该第一电感152的感抗值。缓冲电路29与该至少一个开关装置443相并联，以避免换流过程中在该第二电感154上产生的电压和/或电流应力。
在正常模式下，该第一控制信号或该开通信号251被提供给该至少一个开关装置443用以开通该至少一个开关装置443，该第二电感154被短路。在该故障保护系统400中，该第一电感152和该第二电感154被控制为工作在第一感抗状态，此时，该第一电感152起作用。
在如上所述的实施方式中，该第一电感152和该开通的开关16都用于在该电源装置12和该电装置24之间提供正常电流路径。该故障保护系统400相当于被用作导线，从而对该电装置24的正常运行产生较小的影响。
在故障模式下，该第二控制信号或该关断信号252被提供给该至少一个开关装置443用以关断该至少一个开关装置443。在该故障保护系统400中，该电感145被控制为工作在第二感抗状态，此时，该第一电感152和该第二电感154均起作用。
在如上所述的实施方式中，该故障保护系统400用于断开该电装置24与该电源装置12之间的电流路径。更具体地，通过该第一电感152和该第二电感154的感抗作用来限制流经该开关16的故障电流，从而可以安全地关断该开关16。
图7所示为故障保护系统50的另一种实施方式的模块示意图，与如图1所示的故障保护系统10类似，该故障保护系统50包括该控制模块20，该开关16，该感性装置14和该检测装置18。因此对该控制模块20，该开关16，该感性装置14和该检测装置18的具体描述在此省略。更具体地，在如上所述的实施方式中，该故障保护系统50用于保护该电装置24以避免该电装置24在该负载侧13发生故障时被损毁。
在一些实施方式中，该检测装置18与该电装置24相连接用于检测发生在该负载侧13上发生的至少一个过流故障。更具体地，该检测装置18可用于测量该负载侧13的电流51。在一些实施方式中，该检测装置18可用于输出该负载侧13的该电流51的幅值来表示检测信号23。在一些实施方式中，该检测装置18可用于输出该负载侧13的该电流51的变化率来表示检测信号23。该检测装置18还与该控制模块20相连接用于提供该检测信号23给该控制模块20。
在一些实施方式中，通过该控制模块20将该检测信号23与预设的电流值进行比较来判断在该负载侧13是否发生一个或多个故障。在一些实施方式中，通过该控制模块20将该检测信号23与预设的电流变化率值进行比较来判断在该负载侧13是否发生一个或多个故障。根据比较结果，该控制模块20输出控制信号25和开关信号27。
在一些实施方式中，当表示该电流51的幅值的检测信号23小于预设的电流值或表示该电流51的变化率的检测信号23小于预设的电流变化率值时，该电装置24被判断为工作在正常模式或该负载侧13被判断为没有发生过电流故障。在该正常模式下，该控制模块20用于提供该第一控制信号251来控制该感性装置14工作在该第一感抗状态。同时，该控制模块20用于提供该开通信号271来开通该开关16。
否则，当表示该电流51的幅值检测信号23大于或等于该预设的电流值或表示该电流51的变化率检测信号23大于或等于该预设的电流变化率值时，该电装置24被判断为工作在故障模式或该电源侧11被判断为发生过电流故障。在该故障模式下，该控制模块20用于提供该第二控制信号252来控制该感性装置14工作在该第二感抗状态。同时，该控制模块20用于提供该关断信号272来关断该开关16。
图8所示为故障保护系统90的另一种实施方式的模块示意图，与如图1所示的故障保护系统10类似，该故障保护系统90包括该控制模块20，该感性装置14和该检测装置18。因此对该控制模块20，该感性装置14和该检测装置18的具体描述在此省略。该电装置24至少包括一个开关，该开关16是该电装置24的内部元件。通过使用电装置24内部的开关元件来断开故障例如过电流故障可节约成本。
在正常模式或该负载侧13无过电流故障发生时，该开通信号271被提供给该开关16来开通该开关16，该第一控制信号251被提供给该感性装置14来控制该感性装置14工作在第一感抗状态。在如上所述的实施方式中，该故障保护系统90相当于被用作导线，从而对该电装置24的正常运行产生较小的影响。
在故障模式或至少该负载侧13发生一个过电流故障时，该关断信号272被提供给该开关16来关断该开关16，该第二控制信号252被提供给该感性装置14来控制该感性装置14工作在第二感抗状态。在如上所述的实施方式中，该故障保护系统90用于将该电装置24的故障区域与该电装置24的正常区域进行隔离，该故障区域的隔离可对该电装置24的正常区域造成很小的扰动。
图9所示为电路系统1000的一种实施方式的模块图。该电路系统1000包括电装置1003，1005，1007和故障保护系统1001。该电装置1003，1005和1007可分别通过直流支路1010，1012和1014与直流总线1002相连接。
该故障保护系统1001与该直流总线1002相连接用于保护该电装置1003，1005和1007，以避免在该直流总线1002上发生故障时该电装置1003，1005和1007被损毁。在一些实施方式中，该故障保护系统1001可包括开关，该开关是该保护电路1001的内部元件，正如图1的故障保护系统10和图7中的故障保护系统50所示。
在正常模式或该直流总线1002上无过电流故障发生时，该开通信号271被提供给如图1所示的该开关16来开通该开关16，该第一控制信号251被提供给如图1所示的该感性装置14来控制该感性装置14工作在第一感抗状态。在如上所述的实施方式中，该故障保护系统1001相当于被用作导线，从而对该电装置1003，1005和1007的正常运行产生较小的影响。
在故障模式或至少该直流总线1002发生一个过电流故障时，该电装置1003，1005和1007与该直流总线1002的电流路径被断开。更具体地，该关断信号272被提供给如图1所示的该开关16来关断该开关16，该第二控制信号252被提供给如图1所示的该感性装置14来控制该感性装置14工作在第二感抗状态。在如上所述的实施方式中，通过感性装置14感抗作用来限制流经该开关16的故障电流，从而可以安全地关断该开关16。
图10所示为电路系统2000的一种实施方式的模块图。该电路系统2000包括多个直流支路如2010，2012和2014。该电路系统2000包括多个电装置如2003，2005和2007。该电路系统2000包括多个故障保护系统如2004，2006和2008。该电装置2003，2005和2007可分别通过直流支路2010，2012和2014与直流总线2002相连接。例如，该故障保护系统2004与该电装置2003相连接。并且，该故障保护系统2004与该电装置2003通过该直流支路2010与该直流总线2002相连接。
在每个直流支路如2010中，每个故障保护系统如2004与对应的电装置如2003相串联用于保护该电装置2003，以避免在该直流支路2010上发生故障时该电装置2003被损毁。
在一些实施方式中，开关是该故障保护系统2004的内部元件，正如图1的故障保护系统10和图7中的故障保护系统50所示。在一些实施方式中，该开关是该电装置2003的内部元件，正如图8的故障保护系统90所示。
在正常模式或该直流支路2010上无过电流故障发生时，该开通信号271被提供给如图1所示的该开关16来开通该开关16，该第一控制信号251被提供给如图1所示的该感性装置14，以控制该感性装置14工作在第一感抗状态。在如上所述的实施方式中，该故障保护系统2004相当于被用作导线，从而对该电装置2003的正常运行产生较小的影响。
在故障模式或至少该直流支路2010发生一个过电流故障时，该电装置2003或该电装置2003的故障部分与该直流总线2002的电流路径被断开。更具体地，该关断信号272被提供给如图1所示的该开关16来关断该开关16，该第二控制信号252被提供给如图1所示的该感性装置14来控制该感性装置14工作在第二感抗状态。在如上所述的实施方式中，通过感性装置14感抗作用来限制流经该开关16的故障电流，从而安全地关断该开关16。
通过采用该故障保护系统2004，当发生故障的直流支路2010被断开时会对该直流总线2002产生微小的扰动。当该直流总线2002上至少发生一个过电流故障时，该过电流故障会对其他正常运行的电装置产生较小的影响。
虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (13)

1.一种故障保护系统，其特征在于：
该故障保护系统包括控制模块，开关和感性装置；
该控制模块根据检测装置测量的检测信号来提供控制信号和开关信号，该控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，该第一控制信号对应于正常模式，该第二控制信号对应于故障模式；
该开关根据该开关信号开通和关断；
该感性装置与该开关相连接，该感性装置根据该第一控制信号工作在第一感抗值状态，该感性装置根据该第二控制信号工作在第二感抗值状态，
其中，当所述故障保护系统从所述正常模式过渡到所述故障模式时，所述感性装置由所述第一感抗值状态连续变化到所述第二感抗值状态；当所述故障保护系统从所述故障模式过渡到所述正常模式时，所述感性装置由所述第二感抗值状态连续变化到所述第一感抗值状态。
2.如权利要求1所述的故障保护系统，其中，该检测装置至少连接在电源侧和负载侧其中一侧，以用于得到该检测信号，该检测信号包括电流幅值信号和电流变化率信号其中之一，该检测信号用于判断该正常模式和该故障模式。
3.如权利要求1所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括带磁芯的互感器，至少一个开关装置和缓冲电路，该带磁芯的互感器包括原边电感和副边电感，该原边电感与该开关相连接，该副边电感与该至少一个开关装置相串联，该至少一个开关装置根据该第一控制信号开通，该至少一个开关装置根据该第二控制信号关断，该缓冲电路与该至少一个开关装置相并联。
4.如权利要求1所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括带磁芯的互感器和偏置电流电路，该带磁芯的互感器包括原边电感和副边电感，该原边电感与该开关相连接，该副边电感与该偏置电流电路相串联，该偏置电流电路用于根据该第一控制信号提供第一电流，该偏置电流电路用于根据该第二控制信号提供第二电流。
5.如权利要求1所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括电感，至少一个开关装置和缓冲电路；
该电感包括第一端口、第二端口和第三端口，该电感通过该第一端口和该第二端口连接在电源装置和电装置之间；
该至少一个开关装置连接在该第三端口与至少该第一端口和该第二端口其中一个端口之间，该至少一个开关装置根据该第一控制信号开通，该至少一个开关装置根据该第二控制信号关断；
该缓冲电路与该至少一个开关装置相并联。
6.如权利要求1所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括第一电感，第二电感，至少一个开关装置和缓冲电路；
该第一电感和该第二电感与该开关相串联；
该至少一个开关装置至少与该第一电感和该第二电感其中之一相并联，该至少一个开关装置根据该第一控制信号开通，该至少一个开关装置根据该第二控制信号关断；
该缓冲电路与该至少一个开关装置相并联。
7.一种故障保护方法，其特征在于：该方法至少包括以下步骤：
提供第一控制信号给故障保护系统的感性装置，以用于控制该感性装置在正常模式下工作于第一感抗值状态；以及
提供第二控制信号给该故障保护系统的感性装置，以用于控制该感性装置在故障模式下工作于第二感抗值状态，
其中，当所述故障保护系统从所述正常模式过渡到所述故障模式时，所述感性装置由所述第一感抗值状态连续变化到所述第二感抗值状态；当所述故障保护系统从所述故障模式过渡到所述正常模式时，所述感性装置由所述第二感抗值状态连续变化到所述第一感抗值状态。
8.如权利要求7所述的方法，该方法包括测量得到电源侧和负载侧至少其中一侧的检测信号，用于判断该正常模式和该故障模式。
9.一种电路系统，其特征在于：
该电路系统包括故障保护系统和电装置；
该故障保护系统用于保护该电装置，该故障保护系统包括控制模块，感性装置和开关，该控制模块根据检测装置测量的检测信号来提供控制信号和开关信号，该控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，该第一控制信号对应于正常模式，该第二控制信号对应于故障模式；该感性装置与该开关相连接，该感性装置根据该第一控制信号工作在第一感抗值状态，该感性装置根据该第二控制信号工作在第二感抗值状态；该开关根据该开关信号开通和关断，
其中，当所述故障保护系统从所述正常模式过渡到所述故障模式时，所述感性装置由所述第一感抗值状态连续变化到所述第二感抗值状态；当所述故障保护系统从所述故障模式过渡到所述正常模式时，所述感性装置由所述第二感抗值状态连续变化到所述第一感抗值状态。
10.如权利要求9所述的电路系统，该电路系统包括直流总线，该故障保护系统与该直流总线相连接用于保护该电装置，以隔离至少发生在该直流总线上的故障。
11.如权利要求9所述的电路系统，该电路系统包括直流支路，该故障保护系统与该直流支路相连接，该故障保护系统用于保护该电装置以隔离至少发生在该直流支路上的故障。
12.一种电路系统，其特征在于：
该电路系统包括故障保护系统和电装置；
该故障保护系统用于保护该电装置，该故障保护系统包括控制模块和感性装置，该控制模块根据检测装置测量的检测信号来提供控制信号和开关信号，该控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，该第一控制信号对应于正常模式，该第二控制信号对应于故障模式；该感性装置根据该第一控制信号工作在第一感抗值状态，该感性装置根据该第二控制信号工作在第二感抗值状态；
该电装置包括开关，该开关根据该开关信号开通和关断，
其中，当所述故障保护系统从所述正常模式过渡到所述故障模式时，所述感性装置由所述第一感抗值状态连续变化到所述第二感抗值状态；当所述故障保护系统从所述故障模式过渡到所述正常模式时，所述感性装置由所述第二感抗值状态连续变化到所述第一感抗值状态。
13.如权利要求12所述的电路系统，该电路系统包括直流支路，该故障保护系统与该直流支路相连接，该故障保护系统用于保护该电装置以隔离至少发生在该直流支路上的故障。
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