CN105580231B - 断路布置 - Google Patents
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Abstract
公开了断路布置(100)，适于耦合到安排成输送直流电的传输线(101)，用于可控地实现传输线(101)中直流电的流动的中断。断路布置(100)包括电流断续器单元(102)和至少一个谐振电路(103)，电流断续器单元(102)适于在促动时中断传输线(101)中的电流。谐振电路(103)与电流断续器单元(102)并联连接，并包括至少一个电容器(104)、至少一个电感器(105)和至少一个开关元件(106)。谐振电路(103)适于在电流断续器单元(102)促动时，在通过至少一个电容器(104)的连续放电和充电闭合开关元件(106)时，产生与电流断续器单元(102)促动后在其中产生的任何电弧电流叠加的谐振电流。辅助电源单元(107)耦合到谐振电路(103)，并适于可选择地和可控地将电力输送至至少一个电容器(104)，从而对其充电。在传输线(101)上的电压和/或至少一个电容器(104)的电压不符合选定电压基准的情况下，使辅助电源单元(107)将电力输送至至少一个电容器(104)。断路布置(100)设置为允许将在传输线(101)中输送的电力传输至至少一个电容器(104)，从而对其充电。
Description
技术领域
本发明通常涉及例如用于电力输送的电力系统。具体而言，本发明涉及用于例如电力系统中的断路布置。
背景技术
电力系统，例如配电或输电系统通常包括用于保护、监测和控制电力系统中所包含的其它组件的操作和/或功能的保护系统。这些保护系统例如能够检测输电线、变压器和/或电力系统的其它部分或组件中的短路、过电流和过电压。保护系统可包括保护设备，例如断路器，所述断路器用于通过打开或使断路器跳闸，隔离例如输电和配电线路上发生的任何可能的故障。对检测到故障的组件进行例如修理和/或维护清除故障后，通过闭合断路器可恢复电力流。作为替代或作为附加，所述保护系统可被设置为在电力流的特定路径上检测到故障时，隔离检测到故障的所述路径并选择替代的电力流路径。
断路器可响应于检测到故障状态或故障电流而动作。在检测到故障状况或故障电流时，机构可操作所述断路器来中断流经其上的电流流动。一旦检测到故障，断路器内的触点可分离以中断流经其上的电流。可采用弹簧装置、气动装置或利用机械储能的一些其它手段将所述触点分离。因此，在断路器中例如可采用机械电流断续器。作为替代或作为附加，在断路器中也可采用基于半导体器件的固态断路器。当中断流经电路的电流时，通常会产生电弧。这种电弧可称之为故障电流电弧。为切断电路中的电流，可能要求或需要熄灭这种电弧。一旦故障状况已经被减轻或消除，触点可以闭合，从而恢复流经所述断路器的电流。
随着对电力供应或传输以及互联输配电系统的需求的日益增加，高压直流(HVDC)电力传输越来越重要。HVDC电网或DC电网可包括多个通过例如地下电缆和/或架空线等传输线互连的交流(AC)/DC转换器端子。在电网中，一个端子可连接到多个端子，从而形成不同类型的拓扑结构。DC断路器可用于隔离例如HVDC和DC电网中的故障元件，例如传输线。与AC断路器不同，DC断路器中没有可熄灭故障电流电弧的自然电流零点。相反，使用DC断路器时，可能期望或甚至需要生成一个或多个电流零点。
生成电流零点以便熄灭DC断路器中电流断续器上的故障电流电弧的一个示例性方法是采用与电流断续器并联的所谓的谐振电路。作为替代，谐振电路可被称为振荡电路或注入电路。所述谐振电路可被操作以启动振荡，其中在所述谐振电路中生成的高频电流、或共振电流或注入电流与故障电流叠加并产生一个或多个电流零点，在所述零点处可熄灭故障电流电弧。谐振电路例如包括串联的电感器、电容器和可能的开关元件。在正常操作期间，即没有检测到故障或没有感测到故障电流时，所述电流断续器闭合，谐振电路中的开关元件打开。当接收到例如由外部控制单元或包含DC断路器的HVDC输电系统中的保护单元发出的跳闸信号时，通过分离其中的触点可打开所述电流断续器以中断流经DC断路器的直流电。一旦中断或断开所述直流电，电流断续器的触点之间通过电弧引入电流。因此，在电流断续器的触点之间产生了故障电流电弧。通常需要或甚至要求熄灭所述故障电流电弧来断开流经所述DC断路器的电流。断路器打开一小段时间之后，通常经过约一个或数个毫秒，这取决于例如触头多久分离，谐振电路中的开关元件闭合。为了在电流断续器打开(并且开关元件闭合)后启动振荡，需要对谐振电路中的电容器总是充电。以某个极性充电后的电容器，通过其一端或电容器板经由谐振电路中的电感器放电。电容器放电时，电感器将产生磁场。然后，一旦电容器已放电，所述电感器将对电容器充电。一旦电感器的磁场衰弱，电容器已重新充电(但是以相反的极性)，则其可通过电感器再次放电。这样产生的谐振电流可用于叠加所述故障电流并生成一个或多个电流零点，此时可消灭所述故障电流电弧。可替代地或除了利用电压对电容器充电启动振荡，可通过电流或磁脉冲装置在电感器中生成磁场。因此，通过在电感器中生成磁场，可激活所述谐振电路启动振荡生成谐振电流。
然而，本领域仍然需要改进直流断路布置，以相对于已知的DC断路布置能够具有改进的操作性能。
EP0108279A1公开了一种具有由线路电压充电的反向电流插入系统的高压直流断路器装置，其包括换向开关，与所述换向开关并联连接的电容器、电感器和开关的串联电路、以及被连接用于由线路电压为所述电容器充电的电阻器(R)。
DE2038624A1公开了一种用于断开高压直流和交流电的方法和装置。由电容器、电感器、开关以及电阻器构成的串联电路与换向开关并联。
发明内容
例如在具有相对较高的操作电压的电力系统中，例如HVDC电网，在DC线路上发生故障的情况下，可能需要对DC断路器的电容器充电至相对较高的电位，以便能够通过消除DC断路器中电流断续器的触头之间所承载的故障电流电弧来断开所述DC线路。所述DC线路电压可用来给电容器充电。然而，在所述DC线路电压不足以对电容器充分充电(例如，充电至足够高的电位)的一些情况下，例如，在所述DC线路已从电力系统的其余的至少一部分断开(一段时间)的情况下，和/或在所述DC线路进行维修的情况下。在这两种情况下，DC断路器成功断开所述DC线路后，在DC断路器中的电流断续器闭合后，故障可能仍然存在。在这种情况下，通常需要或甚至要求快速操作(跳闸)所述DC断路器，以便将(仍然存在)故障的DC线路与电力系统的其余的至少一部分再次隔离。
鉴于上述讨论，本发明的一个关注点在于提供一种能够中断直流电的断路布置，所述断路布置与已知的DC断路布置相比，提供了改进的操作性能。
本发明的进一步关注点在于提供一种能够中断具有相对较高的操作电压的电力系统中直流电的断路布置，其中所述断路布置与已知的DC断路布置相比，提供了改进的操作性能。
本发明的进一步关注点在于提供或实现一种能够中断直流电的断路布置，其中所述断路布置便于甚至能够在DC线路上仍存在故障的情况下，通过在闭合电流断续器之后再次进行操作来相对快速地中断DC线路上的电流。
为解决这些关注点和其它关注点中的至少一个，提供了一种如独立权利要求所述的断路布置、方法和计算机程序产品。优选实施例由从属权利要求限定。
根据本发明的第一个方面，提供了一种断路布置，其适于连接到用于输送直流电的传输线，用于可控地实现所述传输线中直流电的中断。所述断路布置包括电流断续器单元，当促动时，电流断续器单元适于中断所述传输线中的电流。所述断路布置包括至少一个与电流断续器单元并联的谐振电路。所述谐振电路包括至少一个电容器、至少一个电感器和至少一个开关元件。所述谐振电路在电流断续器单元被促动时在通过至少一个电容器的连续放电和充电闭合所述开关元件的情况下，产生与电流断续器单元被促动后在其中产生的任何电弧电流叠加的谐振电流。所述断路布置包括辅助电源单元，所述电源单元耦合到谐振电路并适于可选择地和可控制地将电力输送至谐振电路的至少一个电容器，从而为所述至少一个电容器充电。所述断路布置包括适合于确定所述传输线上的电压和/或所述至少一个电容器的电压的传感单元，以及耦合到所述传感单元和所述辅助电源单元的控制单元。所述控制单元适于在所确定的电压不符合选定的电压基准的条件下，使得辅助电源单元将电力输送至所述谐振电路的至少一个电容器。
因此，在所确定的电压不符合选定的电压基准的条件下，谐振电路的电容器可通过被设置为接地电平或接地电位的辅助电源单元被充电。在例如所述DC线路电压不足以对所述谐振电路的至少一个电容器充分充电(例如，充电至足够高的电位)的情况下，所述辅助电源单元以及可选择地和可控制地将电力从其输送至所述谐振电路的至少一个电容器可允许使用由所述辅助电源单元所提供的电压。因此，例如在为了能够通过消除电流断续器的触头之间所引入的故障电流电弧来断开所述DC线路，可能需要对至少一个电容器进行充电至相对较高的电位的、具有相对较高的操作电压的电力系统中，例如HVDC电网中，在DC线路上仍存在故障的情况下，即使当所述DC线路电压可能不足以对所述谐振电路的至少一个电容器充分充电时，也能够对所述断路布置快速操作。
所述选定的电压基准例如可包括在预定电压水平之上的所确定的电压。
所述谐振电路可例如通过辅助电源被耦合到地，使得在传输线中传输的任意电力的至少一些能够至少暂时为所述至少一个电容器充电。
例如，所述辅助电源单元可被设置成例如在辅助电源单元闲置和不供电时，至少暂时允许直流电流经由谐振电路和辅助电源单元在传输线和地之间流动。
所述辅助电源单元例如可包括直流电源。所述辅助电源单元例如可包括串联的二极管和变压器。所述变压器可接地。
根据另一示例，所述辅助电源单元可包括至少两个串联的二极管和经由电容器连接在两个二极管之间的变压器。变压器和电容器可串联连接。变压器和/或所述二极管中的至少一个可接地。
因此，在足以对所述至少一个电容器充分充电的情况下，可利用传输线电压(或在传输线中的传输的电力)对所述至少一个电容器充电，并且在传输线电压不足以对所述至少一个电容器充分充电的情况下，可由辅助电源单元提供的电压对所述至少一个电容器充电。这至少可在预定的或选定的时间段内，由辅助电源单元以及选择性地控制其向所述谐振电路的至少一个电容器输送电力来实现或促成。因此，在传输线电压不足以对所述至少一个电容器充分充电的情况下，例如，在所述传输线已从电力系统的其余的至少一部分断开(一段时间)的情况下，和/或在所述传输线进行维修的情况下，可利用所述辅助电源单元对所述谐振电路的至少一个电容器充电。优选地，例如当所述传输线运行时(除了例如在谐振电路通过所述至少一个电容器的连续放电和充电产生谐振电流期间)，以及准备就绪运行时(谐振电路的激活)，利用所述辅助电源单元，原则上所述至少一个电容器可处于(完全)持续充电状态。
根据一个示例，传输线电压(或传输线中输送的电力)和辅助电源单元提供的电压均可被利用于对所述至少一个电容器充电。
根据另一示例，传输线上可设置与电流断续器单元串联的隔离开关。这种隔离开关可设置在传输线上位于电流断续器单元的一侧或两侧。所述隔离开关通常在电流断续器中断所述传输线上的电流后不久(例如几毫秒)、或是在所述传输线上的电流中断后不久(例如几毫秒)打开。在一些情况下，所述隔离开关可相对于所述谐振电路中的至少一个电容器设置，或者相反，从而使得当所述隔离开关处于打开状态时，传输线上的电压不足以对所述至少一个电容器充分充电。在这种情况下，可通过辅助电源单元对所述谐振电路的至少一个电容器充电。
所述断路布置可包括以这种方式被耦合到谐振电路的电路通道：辅助电源单元、谐振电路的至少一部分以及所述电路通道至少部分地限定充电电路通道，所述充电电路通道可被设置为允许利用所述辅助电源单元提供的电力为所述谐振电路的至少一个电容器充电。充电电路通道中所包含的电路通道例如可包括串联的电阻器和二极管，所述二极管可能接地。因此，例如在传输线的阻抗相对较高从而使得所述传输线可能不适合或不希望用于输送充电电流为所述至少一个电容器充电的情况下，可便于或能够利用辅助电源单元对所述谐振电路的至少一个电容器充电。在需要或要求这种功能的情况下，所述电阻器可具有相对高的阻值。在所述电流断续器单元被促动中断传输线中的电流后，从而在电流断续器单元的触点之间形成故障电流电弧，电阻器和二极管可用作电压限制装置，可在直流电流流经所述电流断续器单元时减少或限制电流断续器单元两端的电压，这反过来可使得或便于所述电流断续器单元以减小的电容而承受相对高的电压。在需要或要求这种电压限制功能的情况下，所述电阻器可具有相对低的阻值。
根据本发明的第二个方面，提供一种电力系统，其包括输送直流电的传输线和根据本发明的第一个方面的断路布置。所述断路布置被耦合到所述传输线，用于可控地实现所述传输线中直流电的中断。
所述电力系统例如可包括HVDC输电系统。
根据本发明的第三个方面，提供一种在断路布置中实现的方法，所述断路布置适于耦合到输送直流电的传输线，用于可控地实现所述传输线中直流电的中断。所述断路布置包括被促动时适于中断所述传输线中电流的电流断续器单元，以及至少一个与电流断续器单元并联的谐振电路。所述谐振电路包括至少一个电容器、至少一个电感器和开关元件。所述谐振电路适于在电流断续器单元被促动时，在通过至少一个电容器的连续放电和充电闭合所述开关元件的情况下，产生与电流断续器单元被促动后在其中产生的任何电弧电流叠加的谐振电流。所述断路布置包括一个耦合到谐振电路的辅助电源单元。所述辅助电源单元适于可选择地和可控制地将电力输送至谐振电路的至少一个电容器，从而为所述至少一个电容器充电。确定或传感所述传输线上的电压和/或所述至少一个电容器的电压。在所确定的电压不符合选定的电压基准的情况下，使得辅助电源单元将电力输送至所述谐振电路的至少一个电容器。
根据本发明的第四个方面，提供一种适于在断路布置的控制单元中执行的计算机程序产品。所述断路布置适于被耦合到输送直流电的传输线，用于可控地实现所述传输线中直流电的中断。所述断路布置包括被促动时适于中断所述传输线中电流的电流断续器单元。所述断路布置包括至少一个与电流断续器单元并联的谐振电路。所述谐振电路包括至少一个电容器、至少一个电感器和至少一个开关元件。所述谐振电路适于在电流断续器单元被促动时，在通过至少一个电容器的连续放电和充电闭合所述开关元件的情况下，产生与电流断续器单元被促动后在其中产生的任何电弧电流叠加的谐振电流。所述断路布置包括一个被耦合到谐振电路的辅助电源单元。所述辅助电源单元适于可选择地和可控制地将电力输送至谐振电路的至少一个电容器，从而为所述至少一个电容器充电。所述断路布置包括适于确定或传感所述传输线上的电压和/或所述至少一个电容器的电压的传感单元。所述控制单元被耦合到所述传感单元以及所述辅助电源单元，例如用于分别控制所述传感单元和所述辅助电源单元的操作。
所述计算机程序产品包括承载计算机程序代码的计算机可读装置，所述计算机程序代码被配置为当在断路布置的控制单元中执行时，使得所述传感单元确定所述传输线上的电压和/或所述至少一个电容器的电压。所述计算机程序代码被配置为当在断路布置的控制单元中执行时，在所确定的电压不符合选定的电压基准的情况下，使得辅助电源单元将电力输送至所述谐振电路的至少一个电容器。
以下借助示例性实施例描述本发明进一步的目的和优点。
需要注意的是，本发明涉及权利要求中所列举的特征的所有可能的组合。当仔细研究所附权利要求和以下描述时，本发明进一步的特征及优点将变得显而易见。本领域技术人员中认识到，可将本发明的不同特征进行组合形成与以下所描述的实施例不同的实施例。
附图说明
以下将参照其它附图描述本发明的示例性实施例。
图1-5是根据本发明实施例的断路布置的示意图。
图6是根据本发明实施例的电力系统的示意框图。
图7是根据本发明实施例的承载计算机程序代码的计算机可读装置的示意图。
图8是根据本发明实施例的一种方法的示意流程图。
在附图中，相同的参考标记在整个图中表示相同或类似的元件。
具体实施方式
现在将参照示出了本发明的示例性实施例的附图，在下文中更充分地描述本发明。但是，本发明可以多种不同的形式实现，而不应被解释为限于这里所阐述的实施例；相反，以示例性方式提供的这些实施例使得本公开将本发明的范围传达给本领域技术人员。除非明确指出，本文所公开的方法的步骤不一定确切地按照所公开的顺序执行。此外，相同的数字始终表示相同或类似的元件或部件。
现参照图1，其示出了根据本发明实施例的断路布置100的示意图。断路布置100适于被耦合到用于输送直流电的传输线101，用于可控制地实现传输线101中直流电流的中断。
图1中示出了传输线101的一部分，传输线101的该部分被设置为用于在端子120和121之间输送直流电。应当理解，传输线101可被包含在电力系统(图1未示出)、例如HVDC输电系统或HVDC电网或DC电网等输电系统中。
传输线101例如可以是电力传输线，例如DC电缆、架空线(OHL)或DC电缆和OHL的组合。根据一个示例，在所述传输线101被包含在HVDC输电系统或HVDC电网中的情况下，断路布置100可经由传输线101直接或基本上直接连接到变流站，例如，HVDC变流站。
断路布置100包括电流断续器单元102，所述电流断续器单元102例如可包括或由机械断路器和/或基于半导体器件的固态断路器构成。
电流断续器单元102优选被可选择地和/或可控地促动，并且促动后，其适于中断传输线101中的电流。
当电流断续器102被促动以中断或断开传输线101中的直流电时，电流断续器单元102的触点(图1未示出)之间通过电弧承载电流。电流断续器单元102的触点之间通过电弧所承载的电流可被称作故障电流电弧，因此，其是在电流断续器单元102的触点之间形成的。
断路布置100包括与电流断续器单元102并联的谐振电路103。根据图1所描绘的实施例，谐振电路103包括串联的电容器104、电感器105和开关元件106。
开关元件106例如可包括基于机械和/或固态的(例如基于半导体的)开关、火花间隙等。
谐振电路103适于当所述电流断续器单元102被促动，例如，电流断续器单元102被操作用于中断或断开传输线101中的直流电后、闭合所述开关元件106时，通过电容器104的连续放电和充电产生与电流断续器单元102被促动后在其中产生的任何电弧电流叠加的谐振电流。
在断路布置100的操作期间，电流断续器单元102被促动或打开之后的一小段时间后，通常经过约一个或数个毫秒，这取决于例如电流断续器单元102中有多少触头分离，谐振电路103中的开关元件106闭合。
为了说明本发明实施例的原理，可考虑以下示例。为了激活谐振电路103启动振荡形成谐振电流，首先对电容器104充电。以下将进一步描述电容器的充电。在传输线101的正常操作期间被打开的开关元件106被闭合从而启动振荡。以某个极性被充电的电容器104通过其一端或电容器板经由电感器105放电。所产生的电流在电流断续器单元102的触点之间传输穿过故障电流电弧，并随后经由(闭合的)开关元件106返回电容器104。随着电容器104放电，电感器105将产生磁场。随后，一旦电容器104已被放电，电感器105将对电容器104充电。一旦电感器105的磁场衰弱，则电容器104已经以与之前充电相反的极性被重新充电，电容器108可通过电感器105再次放电。这样产生的谐振电流，因而可在电流断续器单元102的触点之间通过故障电流电弧并通过开关元件106、电容器104及电感器105传输，其可用于叠加所述故障电流并生成电流零点，此时可消灭所述故障电流电弧。
如图1所示，断路布置100包括例如经由电阻器110耦合到谐振电路103的辅助电源单元107。所述辅助电源单元107适于可选择地和可控制地将电力输送至谐振电路103的电容器104，从而对电容器104充电。因此，如上所述，利用辅助电源单元107，可对电容器104充电从而允许激活谐振电路103启动振荡形成谐振电流。
如图1所示，辅助电源单元107例如可包括或由直流电源构成，优选高压直流电源。所述辅助电源单元107可接地。以下参照图2和3描述了辅助电源单元107的其它示例。辅助电源单元107可适于自身产生电力，和/或传送由其它电源产生的电力。
所述断路布置100包括适于确定传输线101上的电压，例如传输线101和地之间的至少一个电压的传感单元。例如，根据图1所描述的实施例，当电容器104连接到端子121时，所述传感单元适于确定在电流断续器单元102和端子121之间、或电流断续器单元102和隔离开关126(隔离开关126将在以下进一步描述)之间的部分传输线101上的电压，例如所述部分传输线101与地之间的电压。可替代地或额外地，所述传感单元适于确定电容器104的或跨越电容器104两端的电压，例如，电容器104的充电电压。例如，所述传感单元可包括适于传感上述部分传输线101上的电压和/或电容器104的电压的电压传感单元。以下描述主要涉及传感单元包括适于传感上述部分传输线101上的电压和/或电容器104的电压的电压传感单元的示例，但本发明并不局限于这一示例。例如，所述传感单元可被设置为例如通过借助于传感或确定上述部分传输线101和/或电容器104的一些其它电压相关的参数来推导或估算上述部分传输线101上的电压和/或电容器104的电压，从而能够间接地确定上述部分传输线101上的电压和/或电容器104的电压，而不一定直接传感上述部分传输线101上的电压和/或电容器104的电压。图1中的元件108示意性地示出了传感单元或电压传感单元。
断路布置100包括控制单元109。所述控制单元109被耦合到电压传感单元108和辅助电源单元107。
控制单元109适于在电压传感单元108所传感的电压不符合选定的电压基准的条件下，例如在预定的或选定的时间段内，和/或直到所传感的电压符合选定的电压基准之前，使得辅助电源单元107将电力输送至谐振电路103的电容器104。
所述选定的电压基准，其可被预先定义，例如可包括或由所传感的或所确定的在预定电压水平之上的电压构成。所述预定电压水平例如可基于传输线101上的所期望的能够将电容器104充电到相对高的电位的足够高的预估电压水平，从而能够通过熄灭电流断续器102的触头之间引入的故障电流电弧而断开传输线101。作为替代或作为附加，所述选定的电压基准可包括为了使谐振电路103能够通过电容器104放电产生谐振电流的、所需要的或期望的、在预定电压水平之上的电容器104两端的电压，例如充电电压，其谐振电流能够通过熄灭电流断续器102的触头之间引入的故障电流电弧而断开传输线101。
根据图1所描绘的实施例，可由在传输线路101上被输送的任何电力经由辅助电源107耦合到地的谐振电路103对电容器104充电，因此，在DC线路(传输线101)上的电压足够高足以对电容器104(例如，充电至足够高的电势)充电的情况下，电容器104可利用传输线路101上输送的任何(或至少一部分的)电力充电，从而允许激活谐振电路103启动振荡生成谐振电流，如上所述。
因此，根据图1所描绘的本发明的实施例，如果DC线路电压足以对电容器充电，则可使用DC线路电压对DC断路器电容器充电，如果DC线路电压不足以对电容器充电，则使用由例如可包括变压器的辅助电源所提供的相对于接地电压的电压。根据图1所描绘的本发明的实施例，至少在预定的或选定的时间段内，通过采用辅助电源单元107并可选择地控制从其向谐振电路103的电容器104传送电力能够实现或有助于这种操作。因此，如果传输线101上的电压不足以对电容器104充电，例如如果传输线101从电力系统的其余的至少一部分断开(一段时间)，和/或如果DC线路进行维修，则电容器104可通过辅助电源单元107进行充电。
根据图1所描绘的实施例，断路布置100可包括在传输线101上与电流断续器单元102串联的隔离开关或断路开关126。隔离开关126是可选的。作为替代或作为附加，与图1中的隔离开关126的布置相比，隔离开关126可设置在电流断续器单元102的另一侧。隔离开关126通常在电流断续器102中断传输线101上的电流后不久、或是在传输线101上的电流被中断后不久(例如几毫秒)打开。通过打开隔离开关126，断路布置100可与端子121断开连接或隔离。在隔离开关126打开的情况下，传输线101上的电压可能不足以对电容器104充分充电。但是在这种情况下，可通过辅助电源单元107对电容器104充电。
电容器104的充电会使得电容器104的充电侧的电压处于或基本上处于接地电位，或者处于比接地电位更低的电压，或者处于所述DC线路(传输线101)电压和接地电位(或更低)之间的任何电压。
断路布置100可包括多于一个谐振电路。在断路布置100包括多于一个谐振电路的情况下，可将一个或多个附加的谐振电路，每个可能包括如谐振电路103中串联的电容器、电感器和开关元件，与电流断续器单元102和/或谐振电路103并联。
根据图1所描绘的实施例，断路布置100包括控制单元109，其相应地由图1中的、分别耦合到电压传感单元108、辅助电源单元107、谐振电路103(例如，耦合到谐振电路103的开关元件106，如图1所示)以及电流断续器单元102的参考标记122、123、124和125所示，如图1所示。因此，控制单元109能够例如通过打开和闭合开关元件106，操纵电压传感单元108、辅助电源单元107、电流断续器单元102、以及谐振电路103的激活和去激活。
断路布置100的控制和/或处理单元109可包括或由例如任何合适的中央处理单元(CPU)、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等或它们的任意组合构成。控制单元109可任选地能够执行存储在例如存储器形式的计算机程序产品中的软件指令(图1中未示出)。所述存储器例如可以是读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任意组合。所述存储器可以包括永久性存储器，其可以是例如磁存储器、光存储器、固态存储器或远程安装的存储器，或它们的任意组合。
控制单元109可例如分别被耦合到电压传感单元108、辅助电源单元107、谐振电路103以及电流断续器单元102，从而至少能够分别在所述控制单元109与电压传感单元108、辅助电源单元107、谐振电路103以及电流断续器单元102之间进行信号、消息和/或数据的通信(分别由图1中的参考标记122、123、124和125表示)。
图1所示的电压传感单元108在断路布置100中的位置和/或布置基于非限制性示例。电压传感单元108可被设置用于传感传输线101上的电压，例如，传输线101与地之间、原则上在电流断续器单元102和端子121之间的任意点的电压。作为替代或作为附加，电压传感单元108能够适于确定电容器104(两端)的电压。
根据图1所描绘的本发明的实施例，断路布置100可选择地包括包含串联的电阻器116和二极管117的电路通道。如图1所示，所述电路通道经由二极管117接地。电阻器116的阻值可在从0Ω或大致0Ω直至相对较高的阻值范围内。如图1所示，具有电阻器116和二极管117的电路通道可例如设置在电流断续器单元102和隔离开关126之间。所述电路通道被耦合到谐振电路103。所述电路通道、谐振电路103的电感器105和电容器104、以及辅助电源单元107至少部分地限定出允许利用辅助电源单元107提供的电力对所述电容器104充电的充电电路通道。所述充电电路通道可允许即使例如在隔离开关126打开时，也可利用辅助电源单元107提供的电力对所电容器104充电。在传输线101的阻抗相对较高从而使得所述传输线101可能不适合或不希望被用于输送充电电流对电容器104充电的情况下，所述充电电路通道可作为附加或作为替代地允许利用辅助电源单元107提供的电力对所述电容器104充电。在需要或要求这种功能的情况下，电阻器116可具有相对高的阻值。
电阻器116和二极管117可用作电压限制装置，可在直流电流流经电流断续器单元102时减少或限制电流断续器单元102两端的电压，这反过来可使得或便于所述电流断续器单元102以减小的电容器而承受相对高的电压。在需要或要求这种电压限制功能的情况下，电阻器116可具有相对低的阻值。
如图1所示，谐振电路103可通过辅助电源107被耦合到地，使得在传输线101中所传输的任意电力的至少一些能够至少暂时对谐振电路103中的电容器104充电。因此，在辅助电源单元107闲置和不供电时，辅助电源单元107可至少暂时允许直流电流经由谐振电路103和辅助电源单元107在传输线101和地之间流动。下文中，参照图2和3描述了具有这种功能的辅助电源单元的两个示例。
现参照图2，其示出根据本发明另一实施例的断路布置100的示意图。图2所描述的断路布置100类似于图1所描述的断路布置100。除了相对于图1所描述的断路布置100，如图2所示，图2所描述的断路布置100的辅助电源单元107根据示例包括串联的二极管111和变压器112之外，图1和2中具有相同参考标记的组件或元件是相同或相似的，其相应的功能和/或操作是相同或相似的。变压器112接地。
现参照图3，其示出根据本发明另一实施例的断路布置100的示意图。图3所描述的断路布置100类似于图1所描述的断路布置100。如图3所示，除了相对于图1所描述的断路布置100、图3所描述的断路布置100的辅助电源单元107根据示例包括与另一二极管115串联的二极管111之外，图1和3中具有相同参考标记的组件或元件是相同或相似的，其相应的功能和/或操作是相同或相似的。如图3进一步描述的，辅助电源单元107还包括经由电容器113连接在二极管111和二极管115之间的变压器114。二极管115和变压器114接地。
与图2所描述的断路布置100的辅助电源单元107相比，如图3所示的串联的电容器113和变压器114允许使用与图2所描述的辅助电源单元107的变压器112相比具有降低了电容器的辅助电源单元107的变压器114(例如，与变压器112相比，变压器114的芯更小)，同时仍能够向电容器104提供相同或基本相同的电压。这是因为，通过图3中辅助电源单元107的设置，变压器114的二次绕组可不具有DC电流，并且与图2中的变压器112相比，可能只需要传送一半或大约一半的电压，而仍能够向电容器104传送相同或基本相同的电压。
现参照图4，其示出根据本发明另一实施例的断路布置100的示意图。图4所描述的断路布置100类似于图1所描述的断路布置100。但是，与图1所描述的断路布置100相比，图4所描述的断路布置100包括电感器118，如图4所示，其例如可设置在端子120与电流断续器单元102之间。电感器118可充当电流限制器，以减少传输线101上、尤其是电流断续器单元102中的任意故障电流的时间导数或上升时间。
现参照图5，其示出了根据又一本发明实施例的电路断路布置100的示意图。图5所描述的断路布置100类似于图1所描述的断路布置100。但是，与图1所描述的断路布置100相比，图5所描述的断路布置100包括非线性电阻器119，其例如可包括与电流断续器单元102并联耦合的电涌放电器。当直流电经电流断续器单元102流动时，非线性电阻器109可通过减小或限制电流断续器单元102上的电压，允许使用电流断续器单元102以减少的电容器承受相对高的电压。
可以理解，即使图4-5中未明确示出如图1-3所示的电压传感单元108和控制单元109，但可以设想，图4和5中所描绘的任一实施例均可包括如图1-3所示的电压传感单元108和/或控制单元109。图4和5中所描绘的任何一种断路布置中所包含的任何电压传感单元和/或控制单元的操作、功能和/或配置可与图1-3中所描绘的断路布置100中的电压传感单元108和/或控制单元109的操作、功能和/或配置类似或相同。
现参照图6，其示出根据本发明实施例的电力系统200的示意框图。电力系统200包括根据本发明实施例的例如如以上参照图1-5中的任意一个所描述的断路布置100。断路布置100适于被耦合到输送直流电的传输线101，用于可控地实现所述传输线101中直流电的中断。图6示出了被设置为在端子120和121之间输送直流电的部分传输线101。但应当理解，传输线101是例如可包括或由HVDC输电系统或HVDC电网或DC电网等输电系统构成的电力系统200的一部分或部分。然而，图6未示出电力系统200中所包含的任何其它组件。传输线101例如可以是电力传输线，例如DC电缆、OHL，或DC电缆与OHL的组合。
现参照图7，其示出了根据本发明实施例的承载计算机程序代码的计算机可读装置301、302的示意图。计算机可读装置301、302或计算机程序代码适于在根据本发明实施例的例如如以上参照图1-5中的任意一个所描述的断路布置100的控制单元109中执行。
参照图1-5中的任意一个，计算机可读装置301、302或计算机程序代码被配置为当在断路布置100的控制单元109中执行时，使得传感单元108确定传输线101上的电压和/或电容器104的电压。所述计算机程序代码被配置为当在断路布置110的控制单元109中执行时，在所确定的电压不符合选定的电压基准的情况下，使得辅助电源单元107将电力输送至谐振电路103的电容器104，由此对电容器104充电。
图7所示的计算机可读装置301、302或计算机可读存储介质包括数字通用盘(DVD)301和软盘302。虽然图7中仅描绘了两种不同类型的计算机可读装置301、302，但本发明包括采用任何其它合适类型的计算机可读装置或计算机可读数字存储介质的实施方案，例如，但不限于非易失性存储器、硬盘驱动器、CD、闪存、磁带、USB存储设备、Zip驱动器等。
断路布置的控制装置和/或处理单元可包括或由例如任何合适的CPU、微控制器、DSP、ASIC、FPGA等或者它们的任意组合构成。所述控制单元可选地能够执行存储在例如存储器形式的计算机程序产品中的软件指令。所述存储器例如可以是RAM和ROM的任意组合。所述存储器可以包括永久性存储器，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或远程安装的存储器，或它们的任意组合。
现参照图8，其示出了根据本发明实施例的方法400的示意流程图。方法400在断路布置中实施，所述断路布置适于被耦合到输送直流电的传输线，用于可控地实现所述传输线中直流电的中断。所述断路布置包括被促动时适于中断所述传输线中电流的电流断续器单元，以及至少一个与电流断续器单元并联的谐振电路。所述谐振电路包括至少一个电容器、至少一个电感器和开关元件。所述谐振电路在电流断续器单元被促动时，在通过至少一个电容器的连续放电和充电闭合所述开关元件的情况下，产生与电流断续器单元被促动后在其中产生的任何电弧电流叠加的谐振电流。所述断路布置包括一个耦合到谐振电路的辅助电源单元。所述辅助电源单元适于可选择地和可控制地将电力输送至谐振电路的至少一个电容器，从而对所述至少一个电容器充电。
方法400包括S401，确定传输线上的电压和/或所述至少一个电容器的电压。
在S402，检验所确定的电压是否符合选定的电压基准。
S403，在所确定的电压不符合选定的电压基准的情况下，使得辅助电源单元将电力输送至所述谐振电路的至少一个电容器。如果所确定的电压符合选定的电压基准，方法400可结束。在所确定的电压符合选定的电压基准的情况下，DC线路或传输线的电压可用于对所述谐振电路的至少一个电容器充电，并且不需要来自辅助电源单元的额外的电力对所述谐振电路的至少一个电容器充电。
综上所述，本文公开了一种断路布置，其适于被耦合到输送直流电的传输线，用于可控地实现所述传输线中直流电的中断。所述断路布置包括适于在被促动时中断所述传输线中的电流的电流断续器单元，以及第至少一个谐振电路。所述谐振电路与所述电流断续器单元并联，并包括至少一个电容器、至少一个电感器和至少一个开关元件。所述谐振电路适于在电流断续器单元被促动时，在通过至少一个电容器的连续放电和充电闭合所述开关元件的情况下，产生与电流断续器单元被促动后在其中产生的任何电弧电流叠加的谐振电流。辅助电源单元耦合到所述谐振电路，并适于可选择地和可控制地将电力输送至谐振电路的至少一个电容器，从而对其充电。在所述传输线上的电压和/或所述至少一个电容器的电压不符合选定的电压基准的情况下，使得辅助电源单元将电力输送至所述至少一个电容器。所述断路布置被设置为允许将在传输线中输送的电力传输至所述至少一个电容器，从而对其充电。
虽然已在附图和前面的说明中详细展示并描述了本发明，但是这些展示和描述被认为是说明性或示例性而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实施所要求保护的发明中，能够理解并作出所公开的实施例的其它变型。事实上，互不相同的从属权利要求中所引用的某些措施并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为对范围的限制。
Claims (11)
1.一种断路布置(100)，适合于耦合到安排成输送直流电的传输线(101)，用于可控地实现所述传输线中直流电的流动的中断，所述断路布置包括：
电流断续器单元(102)，适合于在被促动时中断所述传输线中的电流；以及
与所述电流断续器单元并联连接的至少一个谐振电路(103)，所述谐振电路包括至少一个电容器(104)、至少一个电感器(105)和开关元件(106)，其中，所述谐振电路适合于在所述电流断续器单元被促动时，在通过所述至少一个电容器的连续放电和充电闭合所述开关元件的情况下，产生与在其促动后所述电流断续器单元中产生的任何电弧电流叠加的谐振电流；
其特征在于，所述断路布置还包括：
辅助电源单元(107)，耦合到所述谐振电路，并适合于选择性地和可控地将电力输送至所述谐振电路的所述至少一个电容器，从而对所述至少一个电容器充电；其中，所述谐振电路经由所述辅助电源单元耦合到地，从而使得在所述传输线中传输的任意电力的至少一些能够至少暂时对所述谐振电路的所述至少一个电容器充电；
传感单元(108)，适合于确定所述传输线的电压和/或所述至少一个电容器的电压；以及
控制单元(109)，耦合到所述传感单元和所述辅助电源单元；
其中，所述控制单元适合于在所确定的电压不符合选定的电压基准的情况下，使得所述辅助电源单元将电力输送至所述谐振电路的所述至少一个电容器；
所述断路布置进一步包括：耦合到所述谐振电路的电路通道，从而使得所述辅助电源单元、所述谐振电路的至少一部分以及所述电路通道至少部分地限定充电电路通道，所述充电电路通道设置为允许利用所述辅助电源单元提供的电力对所述谐振电路的所述至少一个电容器充电。
2.根据权利要求1所述的断路布置，其中，所述辅助电源单元设置成至少暂时允许直流电经由所述谐振电路和所述辅助电源单元在所述传输线和地之间流动。
3.根据权利要求1或2所述的断路布置，其中，所述电路通道包括串联连接的电阻器(116)和二极管(117)，其中所述二极管接地。
4.根据权利要求1或2所述的断路布置，其中，所述选定的电压基准包括超过预定电压水平的所确定的电压。
5.根据权利要求1或2所述的断路布置，其中，所述辅助电源单元包括直流电源。
6.根据权利要求1或2所述的断路布置，其中，所述辅助电源单元包括串联连接的二极管(111)和变压器(112)。
7.根据权利要求1或2所述的断路布置，其中，所述辅助电源单元包括至少两个串联连接的二极管(111、115)和经由电容器(113)连接在所述两个二极管(111、115)之间的变压器(114)。
8.一种电力系统(200)，包括安排成输送直流电的传输线(101)和根据权利要求1-7的任一项所述的断路布置(100)，所述断路布置耦合到所述传输线，用于可控地实现所述传输线中的直流电的流动的中断。
9.根据权利要求8所述的电力系统，其中，所述电力系统包括高压直流HVDC输电系统。
10.一种在断路布置(100)中实施的方法(400)，所述断路布置(100)适合于耦合到安排成输送直流电的传输线(101)，用于可控地实现所述传输线中的直流电的流动的中断，所述断路布置包括电流断续器单元(102)，所述电流断续器单元适合于在促动时中断所述传输线中的电流；以及与所述电流断续器单元并联连接的至少一个谐振电路(103)，所述谐振电路包括至少一个电容器(104)、至少一个电感器(105)和开关元件(106)，其中，所述谐振电路适合于在所述电流断续器单元促动时，在通过所述至少一个电容器的连续放电和充电闭合所述开关元件的情况下，产生与在其促动后所述电流断续器单元中产生的任何电弧电流叠加的谐振电流，
其特征在于，所述断路布置进一步包括辅助电源单元(107)，耦合到所述谐振电路，并适合于选择性地和可控地将电力输送至所述谐振电路的所述至少一个电容器，从而对所述至少一个电容器充电；
其中，所述谐振电路经由所述辅助电源单元耦合到地，从而使得在所述传输线中传输的任意电力的至少一些能够至少暂时对所述谐振电路的所述至少一个电容器充电；
所述断路布置进一步包括电路通道，所述电路通道包括串联连接的电阻器(116)和二极管(117)，其中所述二极管接地，所述电路通道耦合到所述谐振电路，从而使得所述辅助电源单元、所述谐振电路的至少一部分以及所述电路通道至少部分地限定充电电路通道，所述充电电路通道设置为允许利用所述辅助电源单元提供的电力对所述谐振电路的所述至少一个电容器充电；
所述方法包括：
确定所述传输线的电压和/或所述至少一个电容器的电压(S401)；在所述传输线电压不足以对所述至少一个电容器充分充电的情况下，使得所述辅助电源单元将电力输送至所述谐振电路的所述至少一个电容器(S403)。
11.一种计算机可读装置(301、302)，承载计算机程序代码，所述计算机程序代码适合于在断路布置(100)的控制单元(109)中执行，所述断路布置适合于耦合到安排成输送直流电的传输线(101)，用于可控地实现所述传输线中直流电的流动的中断，所述断路布置包括促动时适合于中断所述传输线中电流的电流断续器单元(102)、至少一个与所述电流断续器单元并联连接的谐振电路(103)，所述谐振电路包括至少一个电容器(104)、至少一个电感器(105)和开关元件(106)，其中，所述谐振电路适合于在所述电流断续器单元促动时，在通过所述至少一个电容器的连续放电和充电闭合所述开关元件的情况下，产生与在其促动后所述电流断续器单元中产生的任何电弧电流叠加的谐振电流，
其特征在于，所述断路布置进一步包括辅助电源单元(107)，耦合到所述谐振电路，并适合于选择性地和可控地将电力输送至所述谐振电路的所述至少一个电容器，从而对所述至少一个电容器充电，其中，所述谐振电路经由所述辅助电源单元耦合到地，从而使得在所述传输线中传输的任意电力的至少一些能够至少暂时对所述谐振电路的所述至少一个电容器充电；适合于确定所述传输线的电压和/或所述至少一个电容器的电压的传感单元(108)；以及电路通道，所述电路通道包括串联连接的电阻器(116)和二极管(117)，其中所述二极管接地，所述电路通道耦合到所述谐振电路，从而使得所述辅助电源单元、所述谐振电路的至少一部分以及所述电路通道至少部分地限定充电电路通道，所述充电电路通道设置为允许利用所述辅助电源单元提供的电力对所述谐振电路的所述至少一个电容器充电，所述控制单元耦合到所述传感单元以及所述辅助电源单元；
所述计算机程序代码配置为在由所述断路布置的控制单元执行时：
使得所述传感单元确定所述传输线的电压和/或所述至少一个电容器的电压；以及
在所述传输线电压不足以对所述至少一个电容器充分充电的情况下，使得所述辅助电源单元将电力输送至所述谐振电路的所述至少一个电容器。
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