CN104221239B - 用于控制hvdc输电系统中的电力传输的装置 - Google Patents

用于控制hvdc输电系统中的电力传输的装置 Download PDF

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Abstract

一种用于控制高压直流（HVDC）输电系统中的电力传输的装置（101），该HVDC输电系统包括用于运送直流DC的至少一个HVDC传输或分配线（102，104，106，108，110，112，114），并且该装置包括能连接到HVDC传输或分配线（102）的设备（302；502；702；902），该设备布置成通过引入与HVDC传输或分配线串联的DC电压而控制HVDC传输或分配线的直流。该装置包括保护装置（136；155；159；164；174；903），用于保护设备以避免出现过电流或过电压。该保护装置包括旁路装置（138；153；161；172），其能连接到HVDC传输或分配线并且与设备并联连接。旁路装置布置成采用非传导模式并且布置成设置成传导模式。当处于传导模式时，旁路装置布置成传导HVDC传输或分配线的直流以电绕过设备。HVDC输电系统包括上文提到的种类的至少一个装置（101）。一种用于保护设备以避免出现过电流或过电压的方法，该设备包括在上文提到的种类的装置中。

Description

用于控制 HVDC 输电系统中的电力传输的装置
技术领域
本发明涉及用于控制高压直流（HVDC）输电系统（其包括用于运送直流（DC）的至少一个HVDC传输或分配线）中的电力传输的装置。该装置包括能连接到HVDC传输或分配线的设备，该设备布置成通过引入与HVDC传输或分配线串联的DC电压来控制HVDC传输或分配线的直流。此外，本发明涉及HVDC输电系统，其包括用于运送直流的至少一个HVDC传输或分配线，以及连接到该至少一个HVDC传输或分配线的多个转换器站，这些转换器中的每个适于将交流（AC）转换成直流以供输入到该至少一个HVDC传输或分配线，和/或将直流转换成交流，其中该系统包括上文提到的种类的至少一个装置。本发明还涉及用于保护设备以避免出现过电流或过电压的方法，该设备包括在上文提到的种类的装置中。
背景技术
与更常见的AC系统相比之下，HVDC配电网络或HVDC输电系统使用直流用于电力的传输。对于长距离传输和分配，HVDC系统可不太昂贵并且可经受更低的电损耗。一般，HVDC输电系统包括至少一个长距离HVDC链路或电缆用于长距离地运送直流（例如在海下），和用于将交流转换成直流以供输入到HVDC输电系统的转换器站，以及用于将直流转换回交流的转换器站。
US-B2-6,788,033和US-A-5,734,258公开了DC-DC转换并且涉及由DC电池供电的静止或便携式系统，并且涉及电动车辆。US-B2-6,914,420描述了用于在第一和第二电压之间转换电力的电力转换器，并且涉及电动车辆。
US-B2-7,518,266公开了AC输电系统，其中使用DC传输环，其在多馈入-馈出装置中利用可控AC-DC转换器。
US 3,694,728描述了HVDC网状操作网络，其包括若干互连站用于通过位于这些站处并且连接到AC网络的转换器而实现电力交换。
DE 2530789公开了用于保护连接到DC线的转换器的装置，该装置包括与非线性电阻器串联连接的电涌放电器。
US 3,694,728描述用于更改网状操作HVDC传输网络中的电流分配的电路装置。
JP2000-175361公开了交流直流混合输电系统。
WO 2007/022744描述限流开关，其可连接到DC网络，该DC网络包括机械开关单元、功率电子开关单元、电容短路限制单元和变阻器。
WO 2011/095624公开了用于使车辆的可赋能电系统与电网连接和断开的电路，该电路包括机械断路器和半导体开关。
WO 2011/124258描述供在HVDC输电中使用的功率电子转换器。
DE 1513827公开了用于影响HVDC网络中的电流分配的设备。
发明目标
为了控制HVDC输电系统（其包括至少一个HVDC线和多个转换器站，用于在交流与直流之间转换以便避免或减少系统中的DC负载流量拥塞）中的电力传输，这些转换器站中的每个可例如通过控制每个转换器站的DC节点电压而受到控制。然而，本发明的发明者已经发现转换器站的DC节点电压控制或DC电网的并联连接的转换器DC电压的控制对于避免或减少系统的负载流量拥塞可能不是足够的。
本发明的目标是改进HVDC输电系统中的电力传输。在HVDC输电系统中提供改进的电力传输控制，这也是本发明的目标。本发明的另外的目标是避免、减少或防止系统中的负载流量拥塞。本发明的另一个目标是提供改进的HVDC输电系统。
发明内容
上文提到的本发明的目标通过提供用于控制高压直流（HVDC）输电系统（其包括用于运送直流电DC的至少一个HVDC传输线）中的电力传输的装置而达到，并且该装置包括能连接到HVDC传输或分配线的设备，该设备布置成通过引入与HVDC传输或分配线串联的DC电压而控制HVDC传输或分配线的直流，其中该装置包括保护装置，用于保护设备以避免出现过电流或过电压，其中该保护装置包括旁路装置，其能连接到HVDC传输或分配线并且与设备并联连接，其中该旁路装置设置成采用非传导模式，其中该旁路装置布置成设置成传导模式，并且其中当处于传导模式时，旁路装置布置成传导HVDC传输或分配线的直流以电绕过设备。
凭借本发明的发明性装置，HVDC输电系统中的电力传输和其的控制被有效地改进，并且该系统中的负载流量拥塞可被避免、减少或防止。此外，凭借装置的保护装置，设备被有效地保护以避免过电流和/或过电压而不中断HVDC传输或分配线中的输电。凭借装置（其包括旁路装置）的保护装置，对设备的损坏被有效避免。凭借装置的保护装置，在出现故障后，设备还可以以高效的方式重新插入HVDC传输或分配线中。
当处于传导模式时，旁路装置可布置成电绕过设备用于保护设备以避免出现过电流或过电压。当处于传导模式时，旁路装置可布置成电绕过设备以用于设备在HVDC传输或分配线中的零电压插入。
本发明的装置对于在图1中示出的那类HVDC输电系统（其可叫作DC电网概念）尤其有利和有效，其中该系统包括用于运送直流电的若干HVDC传输或分配线和连接到这些HVDC传输线的若干转换器站。装置的设备在转换器站的DC节点电压的控制或DC电网的并联连接的转换器DC电压的控制不足时尤其有利。凭借根据本发明的装置的设备，该设备所连接的HVDC传输线的直流可以增加或减少以便控制输电。直流控制通过与HVDC传输线串联的设备的DC电压的引入或注入而达到。注入的DC电压产生虚构电阻△Rinj。在该虚构电阻对应于电阻的增加（即正的△Rinj（因为电阻消耗电力/能量））时，该虚构电阻提供从HVDC传输线的有功功率提取或输出，或在虚构电阻对应于电阻的减小（即负的△Rinj）时提供到HVDC传输线的有功功率输入。在设备引入与HVDC传输线串联的正的DC电压时产生正的△Rinj，并且在设备引入与HVDC传输线串联的负的DC电压时产生负的△Rinj。从而，凭借本发明的装置，装置所连接的HVDC传输线的负载可减少或增加。设备从HVDC传输线的有功功率提取或输出导致线路的直流减小，并且设备对HVDC传输线的有功功率输入导致线路的直流增加。通过HVDC传输线的直流的增加和减小，控制了输电并且负载流拥塞可被避免、减少或防止。从而，根据本发明的装置的设备布置成调整它的输出处的电压来控制HVDC传输线中的电流流动。
或者说，根据本发明的装置的设备布置成通过引入与HVDC传输线串联的虚构电阻（通过引入与HVDC传输线串联的DC电压）而控制HVDC传输线的直流。
此外，HVDC输电系统（例如DC电网系统）中的直流可反转，并且因此，需要维持的虚构电阻的电压极性反转，这也凭借根据本发明的装置的设备而达到。
根据本发明的装置的各种部件（其连接或能连接到彼此或其他单元）可例如经由导电体（例如母线或DC线）电连接或能电连接到彼此或其他单元，并且/或可经由定位在（例如变压器、另一个转换器等）之间并且在这些部件之间连接/能连接的额外的中间电设备或单元而间接地（例如电或感应地）连接或能连接。
一般，高压可以是大约1-1.5kV及以上。然而，对于HVDC应用和系统，高压可以是大约100kV及以上，例如150kV、320kV、500 kV、800 kV或1000 kV，及以上。根据本发明的装置和/或系统有利地适合于上文提到的HVDC电压水平及以上。设备的额定电压可以是HVDC传输线电压的1-5%。
旁路装置可布置成从非传导模式设置成传导模式。旁路装置可布置成在非传导模式与传导模式之间设置。
设置的保护装置可包括检测部件，例如检测器，用于检测HVDC输电系统、HVDC传输或分配线和/或设备中出现的过电流和/或过电压。该检测部件可设置成检测HVDC输电系统、HVDC传输或分配线和/或设备中的过电流和/或过电压。检测部件可采用技术人员所知的常规检测单元或设备的形式。
根据本发明的装置的有利实施例，旁路装置包括至少一个开关，其能在非传导模式与传导模式之间切换，并且在处于传导模式时，该至少一个开关布置成传导HVDC传输或分配线的直流来电绕过设备用于保护设备以避免出现过电流或过电压。备选地，旁路装置可包括等离子体开关，或强制触发火花间隙。该强制触发火花间隙可包括在等离子体开关中。
开关可具有至少两个位置、模式或状态，其包括传导模式和非传导模式。在传导模式（其可以是闭合位置）中，开关传导电流。在非传导模式（其可以是断开位置）中，开关开断/中断电流路径并且开关大致上是非传导的并且不传导任何电流。
旁路装置在未检测到过电流出现时可布置成采用非传导模式并且在检测到过电流出现时可布置成设置成传导模式来电绕过设备。旁路装置在未检测到过电压出现时可布置成采用非传导模式并且在检测到过电压出现时可布置成设置成传导模式。
至少一个开关在未检测到过电流出现时可布置成采用非传导模式并且在检测到过电流出现时可布置成设置成传导模式来电绕过设备。至少一个开关在未检测到过电压出现时可布置成采用非传导模式并且在检测到过电压出现时可布置成设置成传导模式来电绕过设备。
检测部件可包括用于测量HVDC传输或分配线和/或设备的电流和/或电压的测量部件。该测量部件可采用技术人员所知的常规测量单元或测量设备的形式，例如至少一个电流传感器和/或至少一个电压传感器。
保护装置可包括用于控制旁路装置的控制设备。该保护装置可包括用于控制至少一个开关的控制设备。该控制设备可连接到检测部件。控制设备可布置成在检测到过电流或过电压出现时将旁路装置设置成传导模式。控制设备可布置成在检测到过电流或过电压出现时将至少一个开关设置成传导模式。控制设备可包括适合的处理部件，例如CPU。此外，控制设备可布置成将旁路装置设置成非传导模式。控制设备可布置成将至少一个开关设置成非传导模式。
根据本发明的装置的另一个有利实施例，装置包括用于控制设备的控制部件，其中该控制部件布置成控制设备以引入与HVDC传输或分配线串联的正的DC电压用于使HVDC传输或分配线的直流减少，并且其中该控制部件布置成控制设备以引入与HVDC传输或分配线串联的负的DC电压用于使HVDC传输或分配线的直流增加。凭借该实施例的控制部件，HVDC传输线中的电流被有效地控制。控制部件可以采用控制单元的形式并且可能连接到HVDC输电系统，例如到HVDC传输线。控制部件可包括计算机和/或CPU。或者说，控制部件可布置成控制设备以通过引入与HVDC传输线串联的正的DC电压而引入与HVDC传输线串联的正的虚构电阻用于使HVDC传输线的直流减少，并且控制部件可布置成控制设备以通过引入与HVDC传输线串联的负的DC电压而引入与HVDC传输线串联的负的虚构电阻用于使HVDC传输线的直流增加。
根据本发明的装置的另外的有利实施例，装置包括用于测量HVDC输电系统的DC负载流量拥塞的测量部件，并且该DC负载流量拥塞测量部件可布置成与控制部件通信。DC负载流量拥塞测量部件可连接到控制部件。DC负载流量拥塞测量部件可布置成测量HVDC线的直流电或直流电压，并且DC负载流量拥塞测量部件本身可具有本领域内技术人员已知的结构。DC负载流量拥塞测量部件或DC负载流量拥塞测量设备，可包括常规的传感器，例如用于测量直流电或电压的传感器。
根据本发明的装置的另一个有利实施例，至少一个开关包括高速开关。凭借该实施例，HVDC输电系统中的电力传输及其控制被有效提高，并且有效保护设备以避免过电流和/或过电压同时确保HVDC传输或分配线中的输电而没有任何中断。高速开关可以是这样的开关，其布置成在4ms内切换到传导模式。
根据本发明的装置的再另一个有利实施例，旁路装置包括第一旁路单元，其包括第一开关和与该第一开关串联连接的第二开关，第一和第二开关中的每个能在非传导模式与传导模式之间切换，并且第一开关包括机械开关并且第二开关包括至少一个电子开关。凭借第二开关，在故障情况后或在维修工作后，在设备要重新插入HVDC传输或分配线中时，第一开关可有效设置成非传导模式。凭借该实施例，HVDC输电系统中的电力传输及其控制被提高，并且有效保护设备以避免过电流和/或过电压同时维持HVDC传输或分配线中的输电。第二开关可布置成在第一开关切换到传导模式之前切换到传导模式。
有利地，第二开关的至少一个电子开关可包括至少一个功率半导体开关。有利地，第一开关可以是高速机械开关。凭借这两个实施例，HVDC输电系统中的电力传输及其控制被改进，并且有效保护设备以避免过电流和/或过电压同时维持HVDC传输或分配线中的输电。高速机械开关可以是机械开关，其布置成在5ms或甚至在4ms内切换到传导模式。
根据本发明的装置的有利实施例，旁路装置包括第二旁路单元，其与第一旁路单元并联连接，并且该第二旁路单元包括至少一个高速开关。有利地，第二旁路单元的至少一个高速开关可布置成在比第一和第二开关中的任一个的闭合时期更短的闭合时期内切换到它的传导模式。因此，在过电流时，电流可在第一旁路单元的第一和第二开关设置成传导模式之前快速从设备转移到第二旁路单元，并且设备上的应力快速减少。凭借这些实施例，开关（其非常快但未配置成持续长时间地运送电流）可与第一旁路单元（其可包括配置成持续更长时间地运送电流的开关）并联使用。因此，提供设备的快速保护，同时确保HVDC传输或分配线中的输电持续长的时期。
根据本发明的装置的另外的有利实施例，第二旁路单元可包括第三开关和与该第三开关并联连接的第四开关，第三和第四开关中的每个能在非传导模式与传导模式之间切换，第三开关可包括机械开关并且第四开关可包括等离子体开关。有利地，第三开关可包括高速机械开关。有利地，第四开关可布置成在比第一和第二开关中的任一个的闭合时期更短的闭合时期内切换到它的传导模式。凭借这些实施例，提供设备的快速保护，同时确保HVDC传输或分配线中的输电持续长的时期。
根据本发明的装置的另一个有利实施例，保护装置包括与设备并联连接的电压依赖型非线性电阻器。该电压依赖型非线性电阻器可包括电涌放电器。凭借这些实施例，HVDC输电系统中的电力传输及其控制被改进，并且避免过电流和/或过电压的设备保护进一步提高。电压依赖型非线性电阻器是这样的装置，其具有电压依赖型非线性电阻。一般，电压依赖型非线性电阻器传导非常低的电流，但当跨电压依赖型非线性电阻器的电压超出某一水平时，它将传导大大增加的电流。每个电压依赖型非线性电阻器的阈值或钳位电压可适应于特定应用。在跨设备和跨电压依赖型非线性电阻器的过电压时，电流可在旁路装置的至少一个开关设置成传导模式之前快速从设备转移到传导电压依赖型非线性电阻器，并且设备上的应力快速减少。
根据本发明的装置的再另一个有利实施例，设备包括用于将交流AC转换成直流和/或将直流转换成交流的至少一个第一转换器，该至少一个第一转换器具有用于输出和/或输入交流的AC侧和用于输出和/或输入直流的DC侧。凭借该实施例，HVDC输电系统中的电力传输及其控制被有效改进。第一转换器可包括至少一个功率半导体开关或多个功率半导体开关。至少一个第一转换器可包括多个功率半导体开关。
根据本发明的装置的再另一个有利实施例，至少一个第一转换器包括电压源转换器VSC。凭借该实施例，HVDC输电系统中的电力传输及其控制被进一步改进。
根据本发明的装置的有利实施例，至少一个第一转换器包括线路换向转换器LCC。凭借该实施例，HVDC输电系统中的电力传输及其控制被进一步改进。
根据本发明的装置的另外的有利实施例，其中至少一个第一转换器包括线路换向转换器LCC，保护装置包括能与HVDC传输或分配线串联连接的第五开关，该第五开关能在非传导模式与传导模式之间切换，其中装置包括设备和第五开关的串联连接，第五开关包括至少一个电子开关，并且旁路装置与所述串联连接并联连接。凭借该实施例，HVDC输电系统中的电力传输及其控制被改进，并且避免过电流和/或过电压的设备保护被进一步改进。第五开关的至少一个电子开关包括至少一个功率半导体开关。
根据本发明的装置的另一个有利实施例，设备能连接到DC源或AC源。凭借该实施例，HVDC输电系统中的电力传输及其控制被进一步改进。为了引起或引入正的虚构电阻+△Rinj，有功功率应该被DC或AC源吸收，并且为了引起或引入负的虚构电阻-△Rinj，有功功率应该由DC或AC源注入和从DC或AC源注入。DC源和AC源的示例在优选实施例的详细描述中给出。设备可包括DC源或AC源。
根据本发明的装置的有利实施例，设备包括电力变压器。
根据本发明的装置的另外的有利实施例，至少一个第一转换器能经由它的DC侧而连接到HVDC传输或分配线。
根据本发明的装置的另一个有利实施例，至少一个第一转换器能与HVDC传输或分配线串联连接。
根据本发明的装置的有利实施例，每个功率半导体开关可包括绝缘栅双极晶体管IGBT或双模式绝缘栅晶体管BiGT或任何其他适合的功率半导体开关。备选地，每个功率半导体开关可包括晶闸管，例如栅极可关断晶闸管GTO、集成栅极换向晶闸管IGCT或强迫换向晶闸管。然而，还可使用其他适合的晶闸管。
上文提到的本发明的目标还通过提供高压直流（HVDC）输电系统而达到，该高压直流输电系统包括用于运送直流电DC的至少一个HVDC传输和分配线以及连接到该至少一个HVDC传输或分配线的多个转换器站，这些转换器站中的每个布置成将交流AC转换成直流以供输入到该至少一个HVDC传输或分配线，和/或将直流转换成交流，其中该系统包括如在权利要求1-21中的任一项中要求保护的用于控制该系统中的电力传输的至少一个装置，和/或根据上文提到的装置的实施例中的任一个的至少一个装置。根据本发明的HVDC输电系统和它的实施例的积极技术效果对应于连同根据本发明的装置和它的实施例提到的上文提到的技术效果。该至少一个HVDC传输线可以是一个或多个HVDC传输线。
根据本发明的HVDC输电系统的有利实施例，该系统包括多个HVDC传输或分配线。
多个HVDC传输或分配线或转换器站可以分别是两个或以上的HVDC传输或分配线或转换器站。至少一个装置可以是一个或多个装置，例如两个或以上的装置。多个装置可连接到相同的HVDC传输或分配线，或到不同的HVDC传输或分配线。
根据本发明的HVDC输电系统的另外的有利实施例，该系统包括至少三个转换器站，或至少四个转换器站。该系统包括至少五个转换器站。
根据本发明的HVDC输电系统的另一个有利实施例，至少一个HVDC传输或分配线包括至少一个长距离HVDC链路。有利地，HVDC传输或分配线可包括至少两个长距离HVDC链路或电缆。
上文分别提到的装置和HVDC输电系统的特征和实施例可以各种可能的方式组合，从而提供另外的有利实施例。
上文提到的本发明的目标还通过提供用于保护设备以避免出现过电流或过电压的方法而达到，该设备包括如在权利要求1-21中的任一项中要求保护和/或根据上文提到的装置的实施例中的任一个的用于控制HVDC传输或分配线的直流（通过引入与HVDC传输或分配线串联的DC电压）的装置中，其中方法包括以下步骤：检测过电流或过电压出现；并且在检测到过电流或过电压出现时电绕过设备。
分别根据本发明的装置和HVDC输电系统的另外的有利实施例以及本发明的另外的优势从附属的权利要求和实施例的详细描述显露。
附图说明
为了示范性目的，现在将通过实施例并且参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1是图示根据本发明的HVDC输电系统的方面和装置的方面的示意框图；
图2A是图示在图1中示出的转换器站的第一实施例的示意框图；
图2B是图示在图1中示出的转换器站的第二实施例的示意框图；
图3是图示根据本发明的装置的第一实施例的示意框图；
图4是图示根据本发明的装置的第二实施例的示意框图；
图5A是图示旁路装置的第二旁路单元的第一实施例的示意框图；
图5B是图示旁路装置的第二旁路单元的第二实施例的示意框图；
图6A是图示根据本发明的装置的第三实施例的示意框图；
图6B是图示根据本发明的装置的第四实施例的示意框图；
图7是图示根据本发明的装置的第四实施例的示意框图；
图8是图示根据本发明的装置的第五实施例的示意框图；
图9是图示根据本发明的设备的第一实施例的示意框图；
图10是更详细图示图9的设备的方面的示意图；
图11是图示根据本发明的设备的第二实施例的示意框图；
图12是更详细图示图11的设备的方面的示意图；
图13是图示根据本发明的设备的第三实施例的示意框图；
图14是更详细图示图13的设备的方面的示意图；以及
图15是图示根据本发明的装置的第六实施例的示意框图。
具体实施方式
缩写
交流 AC
双模式绝缘栅晶体管 BiGT
直流 DC
中央处理单元 CPU
栅极可关断晶闸管 GTO
高压直流 HVDC
绝缘栅双极晶体管 IGBT
集成栅极换向晶闸管 IGCT
线路换向转换器 LCC
电压源转换器 VSC
图1示意地图示根据本发明的HVDC输电系统的方面和用于控制HVDC输电系统中的电力传输的装置101的方面。尽管仅标号101用于装置的不同实施例，要理解装置101可在附上的权利要求内具有各种不同的结构和设计，例如如在下文图示的。HVDC输电系统包括用于运送直流电的多个HVDC传输或分配线（在下文叫作HVDC线）中的至少一个，例如多个HVDC线102、104、106、108、110、112、114。这些HVDC线例如可包括HVDC电缆、母线或其他DC导体。这些HVDC线102、104、106、108、110、112、114可包括至少一个长距离HVDC链路。在图1中，提供第一和第二长距离HVDC链路102、108。HVDC线和链路对于技术人员是众所周知的并且从而未进一步详细地论述。HVDC输电系统包括电连接到HVDC线102、104、106、108、110、112、114的多个转换器站116、118、120、122、124。在图1中，提供五个转换器站116、118、120、122、124，但可存在更多或更少的转换器站。HVDC输电系统可例如包括两个、至少三个或至少四个转换器站。转换器站116、118、120、122、124中的每个可布置成将交流转换成直流以供输入到HVDC线102、104、106、108、110、112、114以及将直流转换成交流以供输入到相邻的AC系统。每个转换器站116、118、120、122、124可以技术人员已知的常规方式电连接到常规的电力变压器126、128、130、132、134。电力变压器和它们的功能对于本领域内技术人员是众所周知的并且因此未详细论述。
每个转换器站116、118、120、122、124（其可叫作DC电网转换器站），可具有带正和负极性的不对称单极子的独立转换器，如在图2A中图示的。备选地，每个转换器站116、118、120、122、124可采用平衡双极转换器的形式，如在图2B中图示的。图2A和2B的备选方案还可在相同的系统中组合。
参考图1，本发明的装置101包括能连接到HVDC线102的设备302；502；702；902。该设备302；502；702；902布置成通过引入与HVDC线102串联的DC电压而控制HVDC线102的直流。设备302；502；702；902在位置A与B之间连接，如在图1中图示的。然而，其他位点和连接点是可能的，并且设备302；502；702；902例如可连接到其他HVDC线104、106、108、110、112、114中的任一个。因此，装置101也可定位在除图1中图示的位置以外的位点处。设备302、502、702的若干实施例连同图10-15更详细地描述。
参考图1，本发明的装置101包括保护装置136；155；159；164；174；903，用于保护设备302；502；702；902以避免出现过电流或过电压。保护装置136；155；159；164；174；903包括旁路装置138；153；161；172，其能连接到HVDC线并且与设备302；502；702；902并联连接。
旁路装置138；153；161；172布置成采用非传导模式，并且旁路装置138；153；161；172布置成设置成传导模式。当处于传导模式时，旁路装置138；153；161；172布置成传导HVDC线102的直流电来电绕过设备302；502；702；902。当处于传导模式时，旁路装置138；153；161；172可布置成电绕过设备302；502；702；902，用于保护设备302；502；702；902以避免出现过电流或过电压，和/或设备302；502；702；902在HVDC线102中的零电压插入。
旁路装置138；153；161；172可包括至少一个开关，其能在非传导模式与传导模式之间切换，并且当处于传导模式时，至少一个开关布置成传导HVDC线102的直流来电绕过设备302；502；702；902，用于保护设备302；502；702；902以避免出现过电流或过电压。至少一个开关可包括高速开关，其可在5ms或甚至在4ms内切换到传导模式。
图1的HVDC线102的Rline图示HVDC线102的电阻，并且图1中的IDC是通过HVDC线102的直流，即由HVDC线102运送的直流。HVDC输电系统可适合于单相电力或多相电力，例如三相电力，并且系统和装置的部件可相应地采用技术人员已知的方式配置。
HVDC输电系统包括用于控制根据本发明的实施例的系统中的电力传输的装置101的至少一个实施例。HVDC输电系统可包括装置101的多个实施例。装置101的方面将在下文公开。
参考图3，示意地图示根据本发明的装置的第一实施例。装置包括保护装置136，用于保护设备302；502；702以避免出现过电流或过电压。保护装置136包括旁路装置138，其能连接到HVDC线102并且与设备302；502；702并联连接。旁路装置138可包括第一旁路单元140，其包括第一开关142和第二开关144，该第二开关144与该第一开关142串联连接。第一和第二开关142、144中的每个能在非传导模式与传导模式之间切换。第一开关142可包括机械开关并且第二开关144可包括至少一个电子开关。第二开关144的该至少一个电子开关可包括至少一个功率半导体开关。第一开关142可以是高速机械开关。高速机械开关可以是机械开关，其布置成在5ms内或甚至在4ms内切换到传导模式。备选地，旁路装置可包括单个开关，例如第一和第二开关142、144中的一个，而可排除其他。
有利地，当需要使设备302；502；702重新插入HVDC线102中时，例如在出现故障后或在维修工作后，旁路装置138可包括第一旁路单元140，其包括第一开关142和第二开关144。当设备302；502；702要重新插入HVDC线102中时，设备302；502；702已经在被绕过的位置中，其中第一旁路单元140的第一和第二开关142、144处于传导模式并且运送电流。当将设备302；502；702插入HVDC线102中时并且为了使电流流过设备302；502；702，旁路装置138的电流应被开断或中断。旁路装置138的电流可通过将第二开关144（其可包括至少一个电子开关）设置成非传导模式而中断，从而导致通过第一开关142的零电流，并且然后第一开关142（其可以是机械开关）设置成非传导模式。
备选地，设备302；502；702可自身切换来产生负电压，或相对于跨旁路装置138的电压降更少的电压，使得设备302；502；702开始接收电流，并且然后第一开关142（其可以是机械开关）可设置成非传导模式。或者说，设备302；502；702可布置成产生或给予交流并且在旁路装置138中提供电流零交叉，使得第一开关142（其可以是机械开关）可设置成非传导模式。从而，可排除第二开关144。
当第一和第二开关142、144处于传导模式时，它们布置成传导HVDC线102的直流来电绕过设备302；502；702，用于保护设备302；502；702以避免重新过电流或过电压。保护装置136可包括检测部件146，例如检测器，用于检测HVDC输电系统、HVDC线102和/或设备302；502；702中出现的过电流和/或过电压。该检测部件146可布置成检测过电流和/或过电压。在图3中，检测部件146图示为连接到HVDC线102，但其他连接是可能的，例如到设备302；502；702的连接。第一和第二开关142、144可在由检测部件146未检测到过电流或过电压出现时布置成采用非传导模式并且可在由检测部件146检测到过电流或过电压出现时布置成设置成传导模式来电绕过设备302；502；702。检测部件146可包括测量部件148，用于测量HVDC线102和/或设备302；502；702的电流和/或电压。测量部件148可采用至少一个电流传感器和/或至少一个电压传感器的形式。保护装置136可包括控制设备150，用于控制旁路装置138。更准确地，控制设备150可设置成控制第一和第二开关142、144。控制设备150可连接到检测部件146。控制设备150可布置成在检测到过电流或过电压出现时将第一和第二开关142、144设置成传导模式。此外，控制设备150可布置成将每个开关142、144设置成非传导模式。控制设备150可包括适合的处理部件，例如CPU。装置可包括多个空心感应器或电抗器152、154，其与HVDC线102和设备302；502；702串联连接。电流中的任何增加的速率因为出现故障而将受到空心感应器或电抗器152、154的限制。然而，可排除空心感应器或电抗器152、154。第二开关144可布置成在第一开关142切换到传导模式之前切换到传导模式。第二开关144可布置成在第一开关142切换到非传导模式之前切换到非传导模式。
参考图4和图5A-B，示意地图示根据本发明的装置的第二实施例。该装置的第二实施例可包括图3的第一实施例的所有部件，但另外，保护装置155的旁路装置153可包括第二旁路单元156;157，其与第一旁路单元140并联连接。第二旁路单元156可包括至少一个高速开关。第二旁路单元156的该至少一个高速开关可布置成在比第一和第二开关142、144中的任一个的闭合时期更短的闭合时期内切换到它的传导模式。
参考图5A，第二旁路单元156可包括第三开关158和与该第三开关158并联连接的第四开关160，第三和第四开关中的每个能在非传导模式与传导模式之间切换。第三开关158可包括机械开关并且第四开关160可包括等离子体开关，或强迫触发火花间隙，例如快速作用高功率等离子体开关。第三开关158可包括高速机械开关。第四开关160可布置成在比第一和第二开关142、144中的任一个的闭合时期更短的闭合时期内切换到它的传导模式。
备选地，参考图5B，第二旁路单元157可包括第四开关160，其中排除第三开关158。
装置的第二实施例的保护装置155可包括对应于图3的第一实施例的那些的检测部件和控制设备，但另外，装置的第二实施例的控制设备可布置成也控制第二旁路单元156；157的开关158、160。第二旁路单元156可以具有CapThor™型。第三感应器162可与HVDC线102串联连接来向第二旁路单元156提供电压并且在第四开关160是等离子体开关或强迫触发火花间隙时支持第四开关160的操作。当检测到过电流或过电压出现时，第四开关160可第一个切换到传导模式，并且电流从设备302；502；702转移到第二旁路单元156；157。当第一和第二开关142、144已经设置成传导模式时，电流可从第二旁路单元156；157转移到第一旁路单元140，在这之后，第二旁路单元156；157不必运送任何电流。从而，第二旁路单元156；157的开关可以配置成是非常快的但不必配置成持续长时间地运送电流。因此，提供设备302；502；702的快速保护，同时确保HVDC线102中的输电持续长的时期。
参考图6A，示意地图示根据本发明的装置的第三实施例。装置包括保护装置159，用于保护设备302；502；702以避免出现过电流或过电压。保护装置159包括旁路装置161，其能连接到HVDC线102并且与设备302；502；702并联连接。旁路装置161布置成采用非传导模式，并且旁路装置161布置成设置成传导模式。旁路装置161可布置成从非传导模式设置到传导模式。旁路装置161可布置成在非传导模式与传导模式之间设置。旁路装置161可包括开关，其对应于如上文公开的第一开关142或第二开关144。备选地，旁路装置161可包括如上文公开的第二旁路单元156；157。
当旁路装置161处于传导模式时，它布置成传导HVDC线102的直流来电绕过设备302；502；702用于保护设备302；502；702以避免出现过电流或过电压。装置的第三实施例的保护装置159可包括基本上对应于图3的第一实施例的那些的检测部件和控制设备。旁路装置161可在由检测部件未检测到过电流或过电压出现时布置为非传导模式并且可在由检测部件检测到过电流或过电压出现时布置成设置成传导模式来电绕过设备302；502；702。装置可包括如上文公开的多个空心感应器或电抗器152、154。然而，可排除空心感应器或电抗器152、154。
参考图6B，示意地图示根据本发明的装置的第四实施例。该装置的第四实施例可包括图4至5A-B的第二实施例的所有部件，但另外，保护装置164包括与设备302；502；702并联连接的电压依赖型非线性电阻器166。图6B的保护装置164从而可包括旁路装置153，其对应于图4的装置的第二实施例的旁路装置153。电压依赖型非线性电阻器166可包括电涌放电器。电压依赖型非线性电阻器166本身（例如电涌放电器或避雷器）可采用技术人员已知的各种方式来构造，并且可例如采用例如氧化锌电涌放电器等金属氧化物变阻器（MOV）的形式。然而，其他类型的电压依赖型非线性电阻器是可能的。当出现过电流或过电压时，电流将立即转移到传导电压依赖型非线性电阻器166，从而给予设备302；502；702瞬间保护，在这之后，电流转移到保护装置164的旁路装置153和它的传导开关142、144。
在图7中，图6B的装置的第四实施例在更大的上下文中图示。图7中的站1对应于图1中左侧上的转换器站，并且站2对应于图1中右侧上的转换器站。极接地故障假设为在如由图7中的箭头170示出的位点中。假设设备302；502；702在操作中并且直流在故障之前从站1流到站2。紧接出现故障后，通过设备302；502；702的电流将开始增加。然而，电流增加的速率将受到空心感应器152、154的限制。在由检测部件检测到故障后，设备302；502；702可凭借设备的电子控制开关（例如，功率半导体开关，例如IGBT（参见图10、12、14））而阻断，即可去除栅极脉冲。该过程可花费近似1ms，或更少。之后，电流将转移到电压依赖型非线性电阻器166并且跨设备302；502；702的电压将局限于保护水平。然而，电压依赖型非线性电阻器166可由于能量限制而不能持续长时间地运送电流，并且从而，在某一时间后，第二旁路单元156；157的至少一个开关设置成传导模式来绕过电压依赖型非线性电阻器166。在第二旁路单元156；157的至少一个开关将采取全电流之后，第一旁路单元140的第一和第二开关142、144可设置成传导模式，并且电流传导通过第一和第二开关142、144，同时设备302；502；702处于被绕过的位置中。第一旁路单元140的第一和第二开关142、144可持续长时间地保持在传导模式，在该时间期间，设备302；502；702可经受服务或维修。当设备302；502；702要重新插入HVDC线102中时，在故障情况后或在维修工作后，设备302；502；702已经处于被绕过的位置中，其中第一旁路单元140的第一和第二开关142、144处于传导模式并且运送电流。第二旁路单元156；157的至少一个开关处于非传导模式并且不必参与使设备重新插入的过程。当将设备302；502；702重新插入HVDC线102中时并且为了使电流流过设备302；502；702，旁路装置153的电流应被开断或中断。旁路装置153的电流通过将第二开关144设置成非传导模式并且在某一时间后将第一旁路单元140的第一开关142设置成非传导模式而中断。
参考图8，示意地图示根据本发明的装置的第五实施例，其基本上对应于图6B的第四实施例，但其中保护装置174的旁路装置172的第一旁路单元140与电压依赖型非线性电阻器166并联连接但不与第三感应器162并联连接。凭借第五实施例，第二开关144的至少一个电子开关大致上不受跨第三感应器162的任何电压增加的影响。
参考图9-14，现在更详细地描述装置101的设备的三个实施例。每个设备302；502；702可包括至少一个第一转换器304；506；704，用于将交流AC转换成直流和/或将直流转换成交流，该至少一个第一转换器具有用于输出和/输入交流的AC侧和用于输出和/或输入直流的DC侧。每个设备302；502；702的至少一个第一转换器可包括电压源转换器VSC。每个设备302；502；702的至少一个第一转换器可包括多个功率半导体开关。每个设备302；502；702可能连接到DC源或AC源和/或可包括DC源或AC源。每个设备302；502；702可包括电力变压器318；512；718。每个设备302；502；702的至少一个第一转换器可经由它的DC侧而能连接到HVDC线102，并且可能与HVDC线102串联连接。
参考图9-10，示意地图示装置101的设备302的第一实施例。该设备302可包括：第一转换器304，用于将交流转换成直流和/或将直流转换成交流；第二转换器306，用于将直流转换成交流和/或将交流转换成直流。第一和第二转换器304、306中的每个具有用于输出和/或输入交流的AC侧308、310和用于输出和/或输入直流的DC侧312、314。第一转换器304可经由它的DC侧312而能电连接到HVDC线102，并且第一转换器304可能与HVDC线串联电连接。第一转换器304的AC侧308可连接到第二转换器306的AC侧310。第二转换器306可经由它的DC侧314而能连接到DC源316，这将在下文更详细地公开。设备302可包括DC源316。设备302还可包括连接在第一和第二转换器304、306之间的电力变压器318，在图10中还指示为Tx，第一和第二转换器304、306中的每个经由它的AC侧308、310而能电连接或连接到电力变压器318。电力变压器318可以是高频变压器，并且第二转换器306可适于将DC电压转换成高频AC电压。电力变压器318可适于使第一转换器304与DC源316隔离，并且从而还可适于使HVDC线102与DC源316隔离。DC源316可包括设备单元电容器320，在图10中还指示为Cdc，第二转换器306经由它的DC侧314而能连接到该设备单元电容器320。DC源316可包括第一级联半桥单元322，设备单元电容器320可连接到其。可使用第一级联全桥单元来代替第一级联半桥单元322。该第一级联半桥单元322的结构可对应于常规的级联半桥单元的结构并且对于技术人员是众所周知的并且因此未更详细地论述。
第一级联半桥单元322可布置成包括在HVDC输电系统（例如如在图1中图示的）中的转换器站116的一部分。DC源316可包括多个级联半桥单元326（第一级联半桥单元322可能连接到其），并且多个级联半桥单元326还可适于成为转换器站116的一部分。多个级联半桥单元中的任一个可形成第一级联半桥单元，设备302布置成连接到该第一级联半桥单元，即设备302可连接到级联半桥单元326中的任一个而不是第一级联半桥单元322，如在图9和10中指示的。可使用多个级联全桥单元或其的混合物来代替多个级联半桥单元。设备302可连接到HVDC输电系统的转换器站116、118、120、122、124中的任何一个。常规的转换器站的结构以及它如何由级联半桥单元322、326构成对于技术人员是众所周知的。
参考图10，更详细地示意图示图9的设备的方面。第二转换器306可包括VSC并且可包括四对（402、404、406、408，在图10中还指示为S5/D5、S6/D6、S7/D7、S8/D8）电互连的电子控制装置410、412。每对电子控制装置410、412可包括电子控制开关410和二极管412。第一转换器304可包括全桥转换器。第一转换器304可包括四对（414、416、418、420，在图10中还指示为S1/S1’、S2/S2’、S3/S3’、S4/S4’）电互连的电子控制开关422、424。第一转换器304还可包括第五对（430）电子控制开关431、433，还指示为SAB/SAB’。该第五对（430）电子控制开关可与四对（414、416、418、420）电子控制开关并联电连接。第一转换器304可包括连接到电子控制开关422、424的滤波部件426、428，用于平滑由电子控制开关422、424的开关引起的电压和电流纹波。该滤波部件可包括电容器426（在图10还指示为Cf）和感应器428（还指示为Lf）。电容器426可与电子控制开关422、424并联连接。感应器428可与电子控制开关422、424串联电连接。电容器426可与第五对（430）电子控制开关并联连接。
滤波器感应器428可与第一转换器DC端串联连接，其中第一端连接到公共点414、418和430，并且其中第二端连接到滤波电容器426。滤波电容器426的另一端可连接到公共点420、416和430。该连接还可反转，即滤波器感应器428的第一端可连接到公共点420、416和430，并且滤波器感应器428的第二端可连接到滤波电容器426。滤波电容器426的另一端可连接到公共点414、418和430。
第一转换器304的功率要求可从经由电力变压器318而连接的第二转换器306供应。第二转换器306的VSC可包括至少两个相臂，其将直流电转换成交流电和/或反之亦然。为了引起或引入正的虚构电阻+△Rinj，有功功率应该被DC源吸收，并且为了引起或引入负的虚构电阻-△Rinj，有功功率应该由DC源注入并且从DC源注入。为了维持设备单元电容器320的DC电压Vdc，应该在设备单元电容器320和转换器站116（设备302连接到其）之间交换有功功率。可由转换器站单元电压控制达到功率交换。与转换器站116的其他级联半桥单元326相比，第一级联半桥单元322（其连接到设备302）可具有更多的电压变化形式。通过使用已经在转换器站116中存在的级联半桥单元，本发明的设备302的制造成本保持在低水平。然而，还可添加设备所能连接的附加的级联半桥单元以成为转换器站116的一部分。如果未添加附加的级联半桥单元，转换器站116的操作控制改变，而如果添加附加的级联半桥单元，转换器站116的操作控制可不改变。设备302可浮在地电势之上，并且可对设备提供适合的绝缘。
参考图11-12，示意地图示装置101的设备502的第二实施例。该设备502可包括DC-DC转换器504，其具有用于输出和/或输入直流的两个DC侧并且可适于将直流从第一电压水平转换成第二电压水平。DC-DC转换器504可能电连接到HVDC线102，并且DC-DC转换器504可能与HVDC线102串联电连接。DC-DC转换器504可适于调整它的输出电压。设备502可包括第二转换器506，用于将直流转换成交流和/或将交流转换成直流。第二转换器506具有用于输出和/或输入交流的AC侧508和用于输出和/或输入直流的DC侧510。第二转换器506可经由它的DC侧510而连接到DC-DC转换器504。第二转换器506的DC侧510可设置成向DC-DC转换器504提供直流，和/或反之亦然。第二转换器506可经由它的AC侧508而能连接到AC源514。设备502可包括电力变压器512，其电连接到第二转换器506的AC侧508。电力变压器512可以是高频变压器。电力变压器512可能电连接到AC源514，例如AC电网。AC电网对于技术人员是众所周知的并且因此未更详细论述。设备502可包括AC源514。设备502设置成通过引入与HVDC线102串联的DC电压而控制HVDC线102的直流。电力变压器312可适于使DC-DC转换器504与AC源514隔离，并且从而还可适于使HVDC线102与AC源514隔离。
参考图12，更详细地示意图示图11的设备的方面。第二转换器506可包括VSC并且可包括六对（602，604，606，608，610，612）电互连电子控制装置614、616。每对电子控制装置614、616可包括电子控制开关614和二极管616。DC-DC转换器504可包括全桥转换器。DC-DC转换器504可包括四对（618、620、622、624，在图12中还指示为S1/D1、S2/D2、S3/D3、S4/D4）电互连的电子控制装置626、628。DC-DC转换器504的每对电子控制装置626、628还可包括电子控制开关626和二极管628。DC-DC转换器504可包括连接到电子控制开关626的滤波部件630、632，用于平滑由电子控制开关626的开关引起的电压和电流纹波。该滤波部件可包括滤波电容器630（在图12还指示为Cf）和感应器632（还指示为Lf）。滤波电容器630可与电子控制开关626并联连接，和/或与DC-DC转换器504的四对（618，620，622，624）电子控制装置并联连接。感应器632可与电子控制开关626串联电连接，和/或与DC-DC转换器504的四对（618，620，622，624）电子控制装置并联连接。滤波感应器632可通过使一端连接到第一相臂（例如，公共点618和624）的中点并且通过使另一端连接到滤波电容器630而连接，其中滤波电容器630的另一端可在第二相臂（例如，公共点620和622）的中点之间连接。DC-DC转换器504还可包括DC电容器634，其电连接到DC-DC转换器504的电子控制装置。第二转换器506可适于控制DC电容器634的电压Vdc。
参考图13-14，示意地图示装置101的设备702的第三实施例。该设备702可包括：第一转换器704，用于将交流转换成直流和/或将直流转换成交流；第二转换器706，用于将直流转换成交流和/或将交流转换成直流。第一和第二转换器704、706中的每个具有用于输出和/或输入交流的AC侧708、710和用于输出和/或输入直流的DC侧712、714。第一转换器704可经由它的DC侧712而能电连接到HVDC线102，并且第一转换器704可能与HVDC线串联电连接。第一转换器704的AC侧708可连接到第二转换器706的AC侧710。第二转换器706可经由它的DC侧714而能连接到DC源716，例如电池或HVDC电网。电池和HVDC电网对于技术人员是众所周知的并且因此未更详细论述。设备702可包括DC源716。设备702还可包括连接在第一和第二转换器704、706之间的电力变压器718，第一和第二转换器704、706中的每个经由它的AC侧708、710而能电连接或连接到电力变压器718。电力变压器718可适于使第一转换器704与DC源716隔离，并且从而还可适于使HVDC线102与DC源716隔离。DC源716可包括设备电容器720（参见图14），第二转换器706经由它的DC侧714而能连接到该设备电容器720。
参考图14，更详细地示意图示图13的设备的方面。第二转换器706可包括VSC并且可包括四对（802、804、806、808，在图14中还指示为S5/S5’、S6/S6’、S7/S7’、S8/S8’）电互连的电子控制装置810、812。第一转换器704可包括全桥转换器。第一转换器704可包括四对（814、816、818、820，在图14中还指示为S1/S1’、S2/S2’、S3/S3’、S4/S4’）电互连的电子控制开关822、824。第一转换器704还可包括第五对（830）电子控制开关831、833，在图14中还指示为SAB/SAB’。该第五对（830）电子控制开关可与四对（814、816、818、820）电子控制开关并联电连接。第五对（830）电子控制开关可用于在绕过第一转换器704来给出零电压时给出直流路径。第一转换器704可包括连接到电子控制开关822、824的滤波部件826、828，用于平滑由电子控制开关822、824的开关引起的电压和电流纹波。该滤波部件可包括电容器826（在图14还指示为Cf）和感应器428（还指示为Lf）。电容器826可与电子控制开关822、824并联连接。感应器828可与电子控制开关822、824串联电连接。电容器826可与第五对（430）电子控制开关并联连接。
滤波感应器828可与第一转换器DC端子（其具有连接到公共点814、818和830的第一端并且具有连接到滤波电容器826的第二端）串联连接。滤波电容器826的另一端可连接到公共点820、816和830该连接还可反转，即滤波器感应器828的第一端可连接到公共点820、816和830，并且滤波器感应器828的第二端可连接到滤波电容器826。滤波电容器826的另一端可连接到公共点814、818和830。第一转换器704的功率要求可从经由电力变压器718而连接的第二转换器706供应。第二转换器706的VSC可包括至少两个相臂，其将直流转换成交流和/或反之亦然。为了引起或引入正的虚构电阻+△Rinj，有功功率应该被DC源716吸收，并且为了引起或引入负的虚构电阻-△Rinj，有功功率应该由DC源716注入并且从DC源716注入。
上文提到的电子控制开关（例如，如在图10、12和14中示出的）中的每个可包括例如晶体管等功率半导体开关，例如IGBT、BIGT或任何其他适合的晶体管。备选地，上文提到的电子控制开关中的每个可包括晶闸管，例如GTO、IGCT或强迫换向晶闸管。
参考图9、11和13，并且如之前在上文阐述的，每个设备302；502；702布置成通过引入与HVDC线102串联的DC电压VAB而控制HVDC线的直流电。每个设备302；502；702可包括控制部件324；516；724，例如计算机或CPU，用于控制设备302；502；724和它的各种部件。控制部件324；516；724可布置成控制设备302；502；702以引入与HVDC线102串联的正的DC电压（VAB>0）用于使HVDC线102的直流电（即，IDC）减少，并且控制部件324；516；724可布置成控制设备302；502；702以引入与HVDC线102串联的负的DC电压（VAB<0）用于使HVDC线102的IDC增加。上文提到的虚构电阻△Rinj可由下列表达式限定：△Rinj =VAB/IDC。
参考图15，示意地图示根据本发明的装置101的第六实施例。图15的装置包括设备902的第四实施例，该设备902能连接到HVDC线102并且布置成通过引入与HVDC线102串联的DC电压而控制HVDC线102的直流。设备902可包括至少一个第一转换器，用于将交流AC转换成直流和/或将直流转换成交流，该至少一个第一转换器具有用于输出和/输入交流的AC侧和用于输出和/或输入直流的DC侧。设备902的至少一个第一转换器可包括多个功率半导体开关。设备902的至少一个第一转换器可包括线路换向转换器LCC，并且可以是基于晶闸管的。设备902可能连接到AC源。图15的装置包括保护装置903，其可包括电压依赖型非线性电阻器166，其与设备902并联连接。此外，图15的保护装置903包括能与HVDC线102串联连接的第五开关904，该第五开关904能在非传导模式与传导模式之间切换。图15的装置可包括设备902与第五开关904的串联连接906。第五开关904可包括至少一个电子开关，并且第五开关904的该至少一个电子开关可包括至少一个功率半导体开关。保护装置903可包括旁路装置138，其对应于图3的设置的第一实施例的旁路装置，但图15的保护装置903的旁路装置138与第五开关904的设备902的所述串联连接906并联连接。对于基于LCC的设备902的保护策略可如下。第五开关904在正常操作期间处于传导模式。在故障后，第二开关144并且随后第一开关142设置成传导模式。随后，第五开关904设置成非传导模式来使电流转移到第一旁路单元140。设备902中晶闸管的过载容量用于承受从故障初始直到将第一开关142设置成非传导模式的时间的增加电流。在将设备902重新插入时，第一旁路单元140的第一和第二开关142、144已经处于传导模式，第五开关904设置成传导模式。在这之后，第一旁路单元140的第一和第二开关142、144设置成非传导模式并且电流转移到设备902。
本发明不应视为局限于图示的实施例，相反可以以许多方式被本领域内技术人员修改和更改，而不偏离附上的权利要求的范围。例如，公开的实施例可以各种可能的方式组合，并且另外的电设备、装置或单元可连接到实施例的部件以及连接在实施例的部件之间。

Claims (24)

1.一种用于控制高压直流HVDC输电系统中的电力传输的装置（101），所述高压直流HVDC输电系统包括用于运送直流DC的至少一个HVDC传输或分配线（102，104，106，108，110，112，114），并且所述装置包括能连接到所述HVDC传输或分配线（102）的设备（302；502；702；902），所述设备布置成通过引入与所述HVDC传输或分配线串联的DC电压而控制所述HVDC传输或分配线的直流，其特征在于，
所述装置包括保护装置（136；155；159；164；174；903）用于保护所述设备以避免出现过电流或过电压，所述保护装置包括旁路装置（138；153；161；172），其能连接到所述HVDC传输或分配线并且与所述设备并联连接，所述旁路装置布置成采用非传导模式，所述旁路装置布置成设置成传导模式，并且当处于传导模式时，所述旁路装置布置成传导所述HVDC传输或分配线的直流以电绕过所述设备，
所述旁路装置（136）包括第一旁路单元（140），其包括第一开关（142）和与所述第一开关串联连接的第二开关（144），所述第一和第二开关中的每个能在非传导模式与传导模式之间切换，并且所述第一开关包括机械开关并且所述第二开关包括至少一个电子开关，
所述第二开关操作成在所述第一开关切换到所述传导模式之前被切换到所述传导模式。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保护装置（136）包括检测部件（146）用于检测所述HVDC输电系统中、所述HVDC传输或分配线（102）中和/或所述设备（302；502；702；902）中的过电流和/或过电压出现。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述保护装置（136）包括用于控制所述旁路装置（138；153；161；172）的控制设备（150），并且所述控制设备布置成在由所述检测部件（146）检测到过电流或过电压时将所述旁路装置设置成所述传导模式。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于控制所述设备（302；502；702）的控制部件（324；516；724），所述控制部件布置成控制所述设备以引入与所述HVDC传输或分配线（102）串联的正的DC电压用于使所述HVDC传输或分配线的直流减少，并且所述控制部件布置成控制所述设备以引入与所述HVDC传输或分配线串联的负的DC电压用于使所述HVDC传输或分配线的直流增加。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个开关（142，144，158）包括高速开关。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二开关（144）的至少一个电子开关包括至少一个功率半导体开关。
7.如权利要求1或6所述的装置，其特征在于，所述第一开关（142）是高速机械开关。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述旁路装置（153）包括第二旁路单元（156；157），其与所述第一旁路单元（140）并联连接，并且所述第二旁路单元包括至少一个高速开关。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二旁路单元（156；157）的至少一个高速开关布置成在比所述第一和第二开关（142，144）中的任一个的闭合时期更短的闭合时期内切换到它的传导模式。
10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述第二旁路单元（156）包括第三开关（158）和与所述第三开关并联连接的第四开关（160），所述第三和第四开关中的每个能在非传导模式与传导模式之间切换，并且所述第三开关包括机械开关并且所述第四开关包括等离子体开关。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第三开关（158）包括高速机械开关。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第四开关（160）布置成在比所述第一和第二开关（142，144）中的任一个的闭合时期更短的闭合时期内切换到它的传导模式。
13.如权利要求1至6、8-9以及11-12中任一项所述的装置，其特征在于，所述保护装置（164；174）包括与所述设备（302；502；702；902）并联连接的电压依赖型非线性电阻器（166）。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述电压依赖型非线性电阻器（166）包括电涌放电器。
15.如权利要求1至6、8-9、11-12以及14中任一项所述的装置，其特征在于，所述设备（302；502；702）包括用于将交流AC转换成直流和/或将直流转换成交流的至少一个第一转换器（304；506；704），所述至少一个第一转换器具有用于输出和/或输入交流的AC侧（308；508；708）和用于输出和/或输入直流的DC侧（312；510；512）。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述设备（302；502；702）能连接到DC源（316；716）或AC源（514）。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述设备（302；502；702）包括电力变压器（318；512；718）。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述至少一个第一转换器（304；506；704）能经由它的DC侧（312；510；512）而连接到所述HVDC传输或分配线（102）。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述至少一个第一转换器（304；704）能与所述HVDC传输或分配线（102）串联连接。
20.一种高压直流（HVDC）输电系统，包括用于运送直流DC的至少一个HVDC传输或分配线（102，104，106，108，110，112，114），和连接到所述至少一个HVDC传输或分配线的多个转换器站（116，118，120，122，124），所述转换器站中的每个布置成将交流AC转换成直流以供输入到所述至少一个HVDC传输或分配线，和/或将直流转换成交流，其中所述系统包括如权利要求1-19中任一项所述的至少一个装置（101）用于控制所述系统中的电力传输。
21.如权利要求20所述的HVDC输电系统，其特征在于，所述系统包括多个HVDC传输或分配线（102，104，106，108，110，112，114）。
22.如权利要求20所述的HVDC输电系统，其特征在于，所述系统包括至少三个转换器站（116，118，120，122，124），或至少四个转换器站（116，118，120，122，124）。
23.如权利要求20至22中任一项所述的HVDC输电系统，其特征在于，所述至少一个HVDC传输或分配线（102，104，106，108，110，112，114）包括至少一个长距离HVDC链路（102，108）。
24.一种用于保护设备以避免出现过电流或过电压的方法，所述设备包括在如在权利要求1至19中任一项所述的用于通过引入与所述HVDC传输或分配线串联的DC电压来控制所述HVDC传输或分配线的直流的装置中，其中所述方法包括以下步骤：
检测过电流或过电压出现；以及
在检测到过电流或过电压时电绕过所述设备。
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