CN105846403A - 直流电力系统 - Google Patents

直流电力系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105846403A
CN105846403A CN201610062208.5A CN201610062208A CN105846403A CN 105846403 A CN105846403 A CN 105846403A CN 201610062208 A CN201610062208 A CN 201610062208A CN 105846403 A CN105846403 A CN 105846403A
Authority
CN
China
Prior art keywords
main line
bus
subsegment
inducer
positive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610062208.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105846403B (zh
Inventor
P.滕卡
C.M.西勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN105846403A publication Critical patent/CN105846403A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105846403B publication Critical patent/CN105846403B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations
    • H02H7/262—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations involving transmissions of switching or blocking orders
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/267—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for parallel lines and wires
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/021—Current limitation using saturable reactors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
    • H02H3/202—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage for dc systems
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/60—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors
    • H03K17/66—Switching arrangements for passing the current in either direction at will; Switching arrangements for reversing the current at will

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

直流(DC)电力系统包括向多个负载供应电力的多个能量源和具有至少一个正干线的公共DC母线。公共DC母线耦合在多个能量源与多个负载之间，并包括至少两个DC母线子段以及耦合在其之间的至少一个DC母线分隔器。DC母线分隔器包括至少一个正干线可控开关，其端子的至少一个与正干线电感器的至少一个端子耦合，以便在正常操作期间经由正干线电感器提供至少两个DC母线子段之间的电流通路。至少一个正干线可控开关控制成在检测到正干线上的故障时被关断以中断电流通路；DC母线分隔器包括至少一个正干线二极管，并联连接到至少一个正干线电感器，并且布置成提供循环电流通路，以便在至少一个正干线可控开关关断时耗散至少一个正干线电感器中的电感器电流。

Description

直流电力系统
技术领域
本发明一般涉及电力传输，以及更具体来说涉及用于将直流电力传送到海洋或海底电气设备的系统和方法。
背景技术
在过去数十年，电力转换领域因其在电动机驱动、再生能量系统、高压直流(HVDC)系统等中的逼近的优点而惊人地增长。例如，要求数百兆瓦电功率的海底石油和天然气生产系统可将HVDC传输和分配系统用于输送电功率。此外，在近代，海上交通也因货物运输船、军舰、海上石油船、客轮等的巨大增长而跨全球充分增加。这些船只或船舶具有许多船载电气负载。用于泵、风扇、电动推进装备、照明和空气调节的变速电力驱动是船舶的船载电气负载的一些示例。
海底和海洋电力供应电路布置包括直流(DC)电力系统，该系统包括多个功率转换器和多个负载所连接到的DC母线。功率转换器经由公共DC母线向多个负载供应能量。公共DC母线还包括多个电容器。这种电力系统因电路中的大量子系统而造成显著保护问题。在许多情况下，公共DC母线本身可分成多个子段以及相干子段然后进一步形成子系统。通过海底环境和数年没有维护的系统可用性的客户请求加剧了保护问题。因此，需要按照如下方式来设计连接到公共DC母线的子系统的总集合：当甚至只有一个子系统因短路故障而出故障时限制损坏。主要问题是连接到公共DC母线的电容器中积聚的大量能量从一个子系统到另一个子系统的释放。
减轻上述问题的一种解决方案是与RC缓冲电路结合使用变阻器，其当在故障期间可控开关断开时专用于吸收与DC母线电流关联的能量。但是，许多这些解决方案涉及利用DC断路器。
因此，仍然存在对用于向海底或海洋设备传送电功率的紧凑可靠系统的需要。
发明内容
按照本技术的一实施例，提出一种直流电力系统。该DC电力系统包括多个能量源，其向多个负载和具有至少一个正干线的公共DC母线供应电力。公共DC母线耦合在所述多个能量源与所述多个负载之间。公共DC母线包括其之间具有DC电力传递能力的至少两个DC母线子段以及耦合在所述至少两个DC母线子段之间的至少一个DC母线分隔器。DC母线分隔器包括至少一个正干线可控开关，其端子的至少一个与正干线电感器的至少一个端子耦合以便在正常操作期间经由正干线电感器来提供所述至少两个DC母线子段之间的电流通路，其中所述至少一个正干线可控开关控制成在检测到正干线上的故障时被关断以中断电流通路。此外，DC母线分隔器包括至少一个正干线二极管，其并联连接到至少一个正干线电感器，并且布置成提供循环电流通路，以便在所述至少一个正干线可控开关关断时耗散所述至少一个正干线电感器中的电感器电流。
按照本技术的另一个实施例，提出一种供应DC电力的方法。该方法包括提供多个能量源以便向多个负载供应DC电力，并且通过具有至少一个正干线的公共DC母线来耦合所述多个能量源和所述多个负载。通过公共DC母线来耦合能量源与负载包括提供其之间具有DC电力传递能力的至少两个DC母线子段，并且将至少一个DC母线分隔器耦合在所述至少两个DC母线子段之间。耦合所述至少一个DC母线分隔器包括将正干线的至少一个端子耦合到正干线电感器的至少一个端子，以便在正常操作期间经由正干线电感器来提供所述至少两个DC母线子段之间的电流通路。此外，耦合所述至少一个DC母线分隔器包括将至少一个正干线可控开关控制成在检测到正干线上的故障时被关断以中断电流通路。耦合所述至少一个DC母线分隔器还包括将至少一个正干线二极管并联连接到至少一个正干线电感器，并且布置成提供循环电流通路，以便在所述至少一个正干线可控开关关断时耗散所述至少一个正干线电感器中的电感器电流。
技术方案1：一种直流电力系统，包括：
多个能量源，向多个负载供应电力；
公共直流(DC)母线，具有至少一个正干线，所述公共DC母线耦合在所述多个能量源与所述多个负载之间，其中所述公共DC母线包括：
　　至少两个DC母线子段，其之间具有DC电力传递能力；
　　至少一个DC母线分隔器，耦合在所述至少两个DC母线子段之间，其中所述DC母线分隔器包括：
　　　　至少一个正干线可控开关，其端子的至少一个与正干线电感器的至少一个端子耦合，以便在正常操作期间经由所述正干线电感器提供所述至少两个DC母线子段之间的电流通路，其中所述至少一个正干线可控开关控制成在检测到所述正干线上的故障时被关断以中断所述电流通路；
　　至少一个正干线二极管，并联连接到所述至少一个正干线电感器，并且布置成提供循环电流通路，以便在所述至少一个正干线可控开关关断时耗散所述至少一个正干线电感器中的电感器电流。
技术方案2 ：如技术方案1所述的DC电力系统，其中，所述多个负载包括海洋或海底设备。
技术方案3 ：如技术方案1所述的DC电力系统，其中，所述多个能量源包括发电机、能量储存装置、电力网或者其组合。
技术方案4 ：如技术方案1所述的DC电力系统，其中，所述正干线可控开关包括基于半导体技术的开关装置。
技术方案5 ：如技术方案4所述的DC电力系统，其中，所述开关装置包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、场效应晶体管(FET)、门极关断晶闸管、绝缘栅换流晶闸管(IGCT)、注入增强栅晶体管(IEGT)、碳化硅基开关、砷化镓基开关或者其等效体。
技术方案6 ：如技术方案1所述的DC电力系统，其中，所述正干线可控开关包括串联或并联连接的多个开关装置或者其组合。
技术方案7：如技术方案1所述的DC电力系统，其中，所述公共DC母线包括负干线或者地干线或者其组合。
技术方案8：如技术方案7所述的DC电力系统，其中，所述DC母线分隔器还包括负干线可控开关，其端子的至少一个与负干线电感器的至少一个端子耦合，以便在正常操作期间经由所述负干线电感器提供所述至少两个DC母线子段之间的所述电流通路，其中所述负干线可控开关控制成在检测到所述负干线上的故障时被关断以中断所述电流通路。
技术方案9：如技术方案8所述的DC电力系统，其中，所述DC母线分隔器还包括负干线二极管，所述负干线二极管并联连接到所述负干线电感器，并且布置成提供循环电流通路，以便在所述负干线可控开关关断时耗散所述负干线电感器中的电感器电流。
技术方案10：如技术方案9所述的DC电力系统，其中，所述公共DC母线配置用于单向电力流或双向电力流。
技术方案11：如技术方案10所述的DC电力系统，其中，当所述公共DC母线配置用于双向电力流时，所述DC电力系统包括以相反极性串联连接的至少两个DC母线分隔器，各DC母线分隔器配置成根据所述DC母线电流的方向将健康DC母线子段与有故障DC母线子段隔离。
技术方案12：如技术方案7所述的DC电力系统，其中，多个DC电容器连接在所述DC母线的所述正干线与所述负干线之间或者所述地干线与所述正干线之间或者所述地干线与所述负干线之间。
技术方案13：如技术方案7所述的DC电力系统，其中，所述多个负载连接在所述正干线与所述负干线之间或者所述正干线与所述地干线之间或者所述负干线与所述地干线之间。
技术方案14 ：一种供应直流(DC)电力的方法，包括：
提供多个能量源，以便向多个负载供应DC电力；
通过具有至少一个正干线的公共DC母线来耦合所述多个能量源和所述多个负载，其中所述耦合包括：
　　提供至少两个DC母线子段，其之间具有DC电力传递能力；
　　将至少一个DC母线分隔器耦合在所述至少两个DC母线子段之间，其中耦合所述至少一个DC母线分隔器包括：
　　　　将正干线的至少一个端子耦合到正干线电感器的至少一个端子，以便在正常操作期间经由所述正干线电感器提供所述至少两个DC母线子段之间的电流通路；
　　　　将所述至少一个正干线可控开关控制成在检测到所述正干线上的故障时被关断以中断所述电流通路；
　　　　将至少一个正干线二极管并联连接到所述至少一个正干线电感器，并且布置成提供循环电流通路，以便在所述至少一个正干线可控开关关断时耗散所述至少一个正干线电感器中的电感器电流。
技术方案15 ：如技术方案14所述的方法，还包括在所述公共DC母线中提供负干线或地干线或者两者。
技术方案16 ：如技术方案15所述的方法，还包括将负干线可控开关的一个端子耦合到负干线电感器的一个端子，以便在正常操作期间经由所述负干线电感器提供所述至少两个DC母线子段之间的所述电流通路。
技术方案17 ：如技术方案16所述的方法，还包括将所述负干线开关控制成在检测到所述负干线上的故障时被关断以中断所述电流通路。
技术方案18 ：如技术方案17所述的方法，还包括将负干线二极管并联连接到所述负干线电感器，并且将绳索负干线二极管布置成提供循环电流通路，以便在所述负干线可控开关关断时耗散所述负干线电感器中的电感器电流。
技术方案19 ：如技术方案18所述的方法，包括当所述公共DC母线配置用于双向电力流时以相反极性串联连接的至少两个DC母线分隔器，各DC母线分隔器配置成根据所述DC母线电流的方向将所述健康DC母线子段与所述有故障DC母线子段隔离。
技术方案20 ：如技术方案15所述的方法，包括将多个DC电容器连接在所述DC母线的所述正干线与所述负干线之间或者所述地干线与所述正干线之间或者所述地干线与所述负干线之间。
技术方案21：如技术方案15所述的方法，包括将所述多个负载连接在所述正干线与所述负干线之间或者所述正干线与所述地干线之间或者所述负干线与所述地干线之间。
技术方案22 ：如技术方案14所述的方法，其中，向所述多个负载提供DC电力包括向海洋或海底设备提供DC电力。
附图说明
图1是用于海洋或海底设备的现有技术DC电力系统的图解表示；
图2是示出按照本公开的方面、供DC电力系统中使用的DC母线的示意图；
图3是示出按照本技术的一实施例、图2的DC电力系统的模拟图表的图解图；以及
图4是示出按照本公开的方面的另一个DC电力系统的示意图。
具体实施方式
除非另加说明，否则本文所使用的科技术语具有与本公开所属领域的技术人员普遍理解的相同的含意。本文所使用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、量或重要性，而是用来区分各个元件。另外，术语“一”和“一个”并不表示数量的限制，而是表示存在引用项的至少一个。术语“或者”表示包含在内，并且表示所列项的一个、部分或全部。本文中使用“包括”、“包含”或“具有”及其变化意在包含以下列示项及其等效体以及其他项。术语“连接”和“耦合”并不是限制到物理或机械连接或者耦合，而是能够包括无论是直接还是间接的电连接或耦合。此外，术语“电路”和“控制器”可包括单个组件或者多个组件，其是有源和/或无源的并且连接或者耦合在一起以提供所述功能。
现在来看附图，作为举例，图1中示出用于海洋或海底设备的现有技术DC电力系统102。DC电力系统102包括能量源、例如交流(AC)发电机108、110，其分别经由功率电子转换器122和124向DC母线120馈送电力。在一个实施例中，例如对于海底系统，DC电力系统102可经由传输线(未示出)从电力网(未示出)接收能量。在所示实施例中，DC电力系统102还包括能量储存装置112，其经由功率电子转换器128向DC母线126馈送电力。功率电子转换器122、124是AC-DC转换器，因为它们必须把来自AC发电机的电力转换到DC母线，而功率电子转换器128是DC-DC转换器，因为它将DC能量储存装置耦合到DC母线。两个DC母线120和126不是具有相同DC电压，并且因此经由DC-DC转换器130相互耦合。DC-DC转换器130可以是双向DC-DC转换器或者单向DC-DC转换器。此外，负载132和134分别经由功率电子转换器136和138连接到DC母线120，以及负载140和142分别经由功率电子转换器144和146连接到DC母线122。取决于负载是AC负载还是DC负载，功率电子转换器136、138、144和146可以是AC-DC转换器或者DC-DC转换器。
应当注意，图1是DC电力系统102的单线图。换言之，为了便于说明，所有转换器示为仅具有一个输入端子和一个输出端子。但是，负极端子或参考端子始终存在于每个转换器的输入端和输出端。类似地，DC母线120包括正干线和负干线，但是为了便于说明，仅示出一条线。
DC电力系统102还包括控制器147，以控制各种AC-DC转换器和/或DC-DC转换器。此外，DC母线120包括两个子段，分别为148和149。如果子段148上存在短路故障，则连接到子段149的负载和发电机也将受到影响。类似地，如果子段149上存在短路故障，则连接到子段148的负载和发电机将受到影响。因此，按照本技术的一实施例，提出一种DC母线分隔器，其将有故障DC母线子段与健康DC母线子段隔离，并且允许健康DC母线子段的操作的持续性。
图2示出按照本公开的方面、供DC电力系统中使用的DC母线200的示意图。DC母线200包括正干线208、负干线212和地干线210。此外，DC母线200拆分为两个子段202和204。子段202和204通过DC分隔器206来分隔。DC母线200还包括多个电容器，其连接在正干线208、负干线212和地干线210之间。如先前所述，多个负载(未示出)可连接到DC母线200。负载236可处于正干线208与负干线212或者地干线210与负干线212之间或者正干线208与负干线212之间。
当DC电力流为单向、即从子段202到子段204的DC电力传递时，图2所示的DC母线200允许DC母线子段的控制的分隔。但是，这里所公开的技术也可适用于具有双向电力流的其中必须也提供控制的分隔的DC母线结构。当子段204上存在短路故障时，DC母线分隔器206将子段204与子段202隔离。换言之，当故障发生时，DC母线分隔器206阻止从子段202到子段204的DC母线电流。
DC母线分隔器206包括正干线可控开关216和负干线可控开关218，其分别与正干线208和负干线212串联连接。DC母线分隔器206还包括其正干线208中的正干线二极管-电感器对223以及其负干线212中的负干线二极管-电感器对225。正干线二极管-电感器对223包括二极管220，其与正干线电感器222并联连接。正干线二极管-电感器对223然后进一步连接到正干线可控开关216。正干线可控开关216与正干线电感器222串联连接，并且在正常操作期间经由电感器提供至少两个DC母线子段202、204之间的电流通路。在这里应当注意，术语‘串联连接’表示两个元件之间的物理连接，即，它们相继连接，并且各元件的端子之一耦合在一起。此外，正干线可控开关216控制成在DC母线子段202上检测到故障时被关断以中断电流通路。在所示实施例中，正干线二极管220的阳极耦合到DC母线子段204，而阴极连接到可控开关216。并联连接到正干线电感器222的正干线二极管220提供循环电流通路，以便在正干线可控开关216没有导通或者因故障而关断时耗散正干线电感器222中的电感器电流。
类似地，负干线二极管-电感器对225还包括负干线二极管224，其与负干线电感器226并联连接。在所示实施例中，负干线二极管224的阴极连接到负干线可控开关218，以及阳极连接到DC母线子段204。负干线可控开关218在正常条件期间经由负干线电感器226为子段202与204之间的电力流提供电流通路。此外，负干线可控开关218控制成在故障情况下被关断，以便中断子段202与204之间的电流通路。负干线二极管224又提供循环电流通路，以便在负干线可控开关218因故障而关断时耗散负干线电感器226中的电感器电流。
可控开关、例如开关216和218可包括基于半导体技术的开关装置，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、场效应晶体管(FET)、门极关断晶闸管、绝缘栅换流晶闸管(IGCT)、注入增强栅晶体管(IEGT)、碳化硅基开关、氮化镓基开关、砷化镓基开关或者其等效体。此外，可控开关可包括串联或并联连接的多个开关装置或者其组合。
如先前所述，当DC电力流为单向时，DC母线200允许控制的分隔。因此，在正常操作期间，DC电力从DC母线子段202流动到DC母线子段204。可控开关216和218在正常操作期间接通，以及从子段202到子段204的DC母线电流230从正干线208中的正干线可控开关216和正干线电感器222流动。此外，DC母线电流230从负干线212中的负干线电感器226和负干线可控开关218流动。二极管220和224是反向偏置的，因为DC母线电流230在如图所示为正时不能够在其中流动。
当短路故障232在DC母线子段204中的正干线208上发生时，DC母线电流230开始充分上升，以及电感器222和226跨二极管220和224而生成增加的负电压。这使正干线二极管220变成更加反向偏置。一旦由传感器(未示出)检测到短路电流或故障电流，控制器147(图1)关断正干线可控开关216，并且将健康DC母线子段202的正干线208与有故障DC母线子段204的正干线208隔离。在一个实施例中，电感器222设计成限制开关216中的电流上升速率，使得甚至在不可避免的感应和保护延迟之后，开关216也仍然能够安全地（即在其最大可换流电流之下）被关断。一旦开关216关断，电感器222中的电流开始减小，其立即跨二极管220生成正向电压，以及电流然后流经二极管220，即，二极管220充当电感器电流的续流二极管。由于二极管220开始导通，所以跨开关216的任何反并联二极管不导通。此外，由于电感器电流接收经由二极管220的电流通路，所以跨开关216没有生成显著过电压，并且开关216也不需要与其并联的大能量吸收器。电感器电流最终消失，以及二极管220再次变成反向偏置，由此确保DC母线子段202的正干线208与DC母线子段204的无限分隔，并且因此确保DC母线子段202的操作的持续性。应当注意，即使DC母线子段202和DC母线子段204的正干线208已经分隔，子段202和204的负干线212也仍然耦合。此外，连接在子段204的负干线212与正干线210之间的负载仍然可以是以减小的电压可操作的，因为正干线电压因短路而下降到地干线电压。
这时如果短路故障234也在DC母线子段204中的负干线212上发生，则首先负干线二极管224变成更加反向偏置，以及然后一旦负干线可控开关218关断，负干线二极管224变成正向偏置，并且为负干线电感器226的电感器电流提供续流通路。这将DC母线子段204中的负干线212与DC母线子段202中的负干线212分隔。最终，电感器电流消失。因此，DC母线子段202继续正常操作。
现在参照图3，示出图解图150，其示出按照本技术的一实施例、图2的DC电力系统的模拟图表。所示图表是对于在时间t1的DC母线子系统204中的正干线208上以及在时间t2的DC母线子系统204中的负干线212上的模拟短路故障。图4中，图表152示出四个信号，即，有故障DC母线子系统204的正干线电压信号160、有故障子系统204的负载电流信号162、健康DC母线子系统202上的正干线电压信号164以及健康子系统202的负载电流信号166。如从图表152能够看到，当第一短路故障在时间t1发生时，正干线电压信号160下降到零，并且因此有故障子系统的负载电流信号162也下降到其原始电流值的一半。当第二短路发生并且负干线电压也因故障而变为零时，负载电流信号162进一步在时间t2减小到零。另外，能够注意，由于隔离健康子系统，所以健康子系统的正干线电压信号164和负载电流信号166没有看到变化并且继续正常操作。
图3中的图表154示出两个电流信号，即，正干线电感器222的电感器电流信号168以及有故障子系统204的正干线电流信号170。如能够看到，当短路故障在正干线208上发生时，正干线电流信号170在时间t1减小到零。此外，在时间t1存在电感器电流信号168中的微小尖峰。在时间t1之后，电感器电流信号168开始经由正干线二极管220重新循环，并且不久完全消失。
图3中的图表156示出健康子系统202的负干线电压信号172和有故障子系统202的负干线电压信号174。如能够看到，在时间t1的第一故障没有影响电压信号172和174。但是，在时间t2在负干线上发生的第二短路故障影响负干线电压信号174，其在时间t2减小到零。此外，图3的图表158示出负干线电感器226的电感器电流信号176以及有故障子系统204上的负干线电流178。在时间t1，电感器电流信号176以及负干线电流178均减小到原始值的一半。此外，在时间t2，电感器电流信号176和负干线电流178减小到零值。能够注意，正如预期，电感器电流信号176分别在时间t1和t2没有立即减小到一半或零值，而是它在转为零值之前需要短时间。在时间t2，子系统202和子系统204完全隔离。
图4示出按照本公开的方面、供DC电力系统中使用的另一个DC母线250的示意图。DC母线250包括DC母线子段252和DC母线子段254。DC母线250允许双向电力流，即，DC电力能够从DC母线子段252流动到DC母线子段254或者从DC母线子段254流动到DC母线子段252。DC母线250还包括正干线258、地干线260和负干线262。多个电容器264和负载(未示出)可连接在正干线258、地干线260和负干线262之间。由于DC母线250允许双向电力流，所以两个DC母线分隔器用于图4的实施例中。DC电力系统包括至少两个DC母线分隔器，各配置成根据DC母线电流的方向将健康DC母线子段与有故障DC母线子段隔离。
第一DC母线分隔器266和第二DC母线分隔器268以相反极性串联连接。应当注意，因为DC电力可从子段252流动到子段254或者从子段254流动到子段252，两个DC母线分隔器266、268用于这个实施例中。此外，以相反极性连接两个DC母线分隔器266、268的原因在于，电流能够沿任一方向流动。因此，根据DC母线电流的方向，DC母线分隔器266或者DC母线分隔器268可进行工作来保护系统。
DC母线分隔器266和268的每个包括其正干线以及负干线中的可控开关和二极管-电感器对。例如，DC母线分隔器266分别在其正干线258和负干线262中包括可控开关270和272以及二极管-电感器对274、276。类似地，DC母线分隔器268分别在其正干线258和负干线262中包括可控开关278和280以及二极管-电感器对282、284。DC母线分隔器266和268与图2的DC母线分隔器206相似地操作。DC母线分隔器266在DC母线子段254上的故障情况下保护DC母线子段252，以及DC母线分隔器268在DC母线子段252上的故障情况下保护DC母线子段254。
作为示例，对于DC电力从DC母线子段254流动到DC母线子段252的情况，在正常操作期间，所有可控开关270、272、278和280导通，以及DC电流从二极管-电感器对282和284的电感器、可控开关270、272、278、280以及二极管-电感器对274、276的二极管流动。在DC母线子段252的正干线258上存在故障286时，首先二极管-电感器对282的二极管变成更加反向偏置，并且然后一旦可控开关278关断，二极管-电感器对282的二极管变成正向偏置，并且为二极管-电感器对282的电感器的电感器电流提供续流通路。最终，电感器电流消失，并且DC母线分隔器268将健康DC母线子段254的正干线258与有故障DC母线子段252的正干线258隔离。
本系统的优点之一是基于电力转换器的DC链路的拆分经由更容错转换结构的高系统可用性。该系统提供没有用于DC公共DC母线的两个子段之间的隔离的变阻器的简单布置。
虽然本文仅说明和描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员将会想到多种修改和变更。因此要理解，所附权利要求书预计涵盖落入本发明的真实精神之内的所有这类修改和变更。

Claims (10)

1. 一种直流电力系统，包括：
多个能量源，向多个负载供应电力；
公共直流(DC)母线，具有至少一个正干线，所述公共DC母线耦合在所述多个能量源与所述多个负载之间，其中所述公共DC母线包括：
　　至少两个DC母线子段，其之间具有DC电力传递能力；
　　至少一个DC母线分隔器，耦合在所述至少两个DC母线子段之间，其中所述DC母线分隔器包括：
　　　　至少一个正干线可控开关，其端子的至少一个与正干线电感器的至少一个端子耦合，以便在正常操作期间经由所述正干线电感器提供所述至少两个DC母线子段之间的电流通路，其中所述至少一个正干线可控开关控制成在检测到所述正干线上的故障时被关断以中断所述电流通路；
　　至少一个正干线二极管，并联连接到所述至少一个正干线电感器，并且布置成提供循环电流通路，以便在所述至少一个正干线可控开关关断时耗散所述至少一个正干线电感器中的电感器电流。
2.如权利要求1所述的DC电力系统，其中，所述多个负载包括海洋或海底设备。
3.如权利要求1所述的DC电力系统，其中，所述多个能量源包括发电机、能量储存装置、电力网或者其组合。
4.如权利要求1所述的DC电力系统，其中，所述正干线可控开关包括基于半导体技术的开关装置。
5.如权利要求4所述的DC电力系统，其中，所述开关装置包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、场效应晶体管(FET)、门极关断晶闸管、绝缘栅换流晶闸管(IGCT)、注入增强栅晶体管(IEGT)、碳化硅基开关、砷化镓基开关或者其等效体。
6.如权利要求1所述的DC电力系统，其中，所述正干线可控开关包括串联或并联连接的多个开关装置或者其组合。
7. 如权利要求1所述的DC电力系统，其中，所述公共DC母线包括负干线或者地干线或者其组合。
8. 如权利要求7所述的DC电力系统，其中，所述DC母线分隔器还包括负干线可控开关，其端子的至少一个与负干线电感器的至少一个端子耦合，以便在正常操作期间经由所述负干线电感器提供所述至少两个DC母线子段之间的所述电流通路，其中所述负干线可控开关控制成在检测到所述负干线上的故障时被关断以中断所述电流通路。
9. 如权利要求8所述的DC电力系统，其中，所述DC母线分隔器还包括负干线二极管，所述负干线二极管并联连接到所述负干线电感器，并且布置成提供循环电流通路，以便在所述负干线可控开关关断时耗散所述负干线电感器中的电感器电流。
10. 如权利要求9所述的DC电力系统，其中，所述公共DC母线配置用于单向电力流或双向电力流。
CN201610062208.5A 2015-01-30 2016-01-29 直流电力系统 Expired - Fee Related CN105846403B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/609,991 US9853451B2 (en) 2015-01-30 2015-01-30 Direct current power system
US14/609991 2015-01-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105846403A true CN105846403A (zh) 2016-08-10
CN105846403B CN105846403B (zh) 2019-12-24

Family

ID=55237512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610062208.5A Expired - Fee Related CN105846403B (zh) 2015-01-30 2016-01-29 直流电力系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9853451B2 (zh)
EP (1) EP3051646B1 (zh)
CN (1) CN105846403B (zh)
BR (1) BR102016000759B1 (zh)
CA (1) CA2918912C (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110192343A (zh) * 2017-01-13 2019-08-30 西门子股份公司 供电系统和方法
CN112787315A (zh) * 2019-11-08 2021-05-11 株洲中车时代电气股份有限公司 一种船舶直流电网纯固态短路保护装置
CN113114061A (zh) * 2021-03-26 2021-07-13 台达电子企业管理（上海）有限公司 变换器及抑制变换器的环流干扰的方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018216753A1 (de) * 2018-09-28 2020-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Energieversorgungssystem für eine wassergebundene Einrichtung
DE102019203983B4 (de) * 2019-03-22 2020-10-08 Siemens Aktiengesellschaft Gleichspannungsschalter
EP3799306A1 (de) * 2019-09-27 2021-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Elektronischer schutzschalter
CN110768203B (zh) * 2019-11-22 2024-04-26 西北农林科技大学 一种基于软开关技术的无弧直流断路器拓扑及其实现方法
US11133672B1 (en) 2020-03-06 2021-09-28 Hamilton Sundstrand Corporation System and method for adding a high voltage DC source to a power bus
CN111834987B (zh) * 2020-06-05 2022-10-11 许昌开普检测研究院股份有限公司 基于解析故障触发控制字特征值的高压虚拟线路保护方法
WO2024114902A1 (en) * 2022-11-30 2024-06-06 Hitachi Energy Ltd Hvdc power grid system with improved fault handling

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4520279A (en) * 1983-11-07 1985-05-28 Sundstrand Corporation Series transistor chopper
US4979068A (en) * 1989-02-07 1990-12-18 Sobhani Seyd M High speed electronic circuit breaker
US5237225A (en) * 1990-12-08 1993-08-17 Asea Brown Boveri Ltd. Switching arrangement for an rf gto
CN102884701A (zh) * 2010-05-11 2013-01-16 Abb技术有限公司 包括过压保护的用于传输高压dc电力的设施
CN104137372A (zh) * 2012-02-29 2014-11-05 Abb技术有限公司 具有系统保护能力的dc电力系统

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2317995C (en) 2000-06-30 2011-11-15 S&C Electric Company Methods and arrangements to detect and respond to faults in electrical power distribution equipment and systems
US6624993B1 (en) * 2000-11-22 2003-09-23 The Regents Of The University Of California Adjustable direct current and pulsed circuit fault current limiter
US20030071633A1 (en) 2001-10-16 2003-04-17 Fedirchuk David James Bus fault protection unit for an electrical power system
WO2011157305A1 (en) 2010-06-14 2011-12-22 Abb Research Ltd Fault protection of hvdc transmission lines
WO2012038100A1 (en) 2010-09-24 2012-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Subsea dc transmission system
US8743514B2 (en) 2011-04-25 2014-06-03 General Electric Company HVDC power transmission with cable fault ride-through capability
DE102011083514A1 (de) 2011-09-27 2013-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Gleichspannungs-Leistungsschalter
DE102011083693B3 (de) 2011-09-29 2013-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Gleichspannungs-Leitungsschutzschalter
EP2820435B1 (en) 2012-02-28 2016-04-20 ABB Technology Ltd. A method and an apparatus for detecting a fault in an hvdc power transmission system
EP2837010B1 (en) 2012-04-13 2018-10-03 ABB Schweiz AG Passive resonance dc circuit breaker
US9007735B2 (en) 2012-04-27 2015-04-14 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Fault detection, isolation, location and reconnection systems and methods
EP2750257B1 (en) 2012-09-17 2016-05-11 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Circuit breakers
US9618586B2 (en) 2013-02-12 2017-04-11 Abb Schweiz Ag Method and device for detection of a fault in a protected unit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4520279A (en) * 1983-11-07 1985-05-28 Sundstrand Corporation Series transistor chopper
US4979068A (en) * 1989-02-07 1990-12-18 Sobhani Seyd M High speed electronic circuit breaker
US5237225A (en) * 1990-12-08 1993-08-17 Asea Brown Boveri Ltd. Switching arrangement for an rf gto
CN102884701A (zh) * 2010-05-11 2013-01-16 Abb技术有限公司 包括过压保护的用于传输高压dc电力的设施
CN104137372A (zh) * 2012-02-29 2014-11-05 Abb技术有限公司 具有系统保护能力的dc电力系统

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110192343A (zh) * 2017-01-13 2019-08-30 西门子股份公司 供电系统和方法
CN110192343B (zh) * 2017-01-13 2023-07-04 西门子能源有限责任公司 供电系统和方法
CN112787315A (zh) * 2019-11-08 2021-05-11 株洲中车时代电气股份有限公司 一种船舶直流电网纯固态短路保护装置
CN113114061A (zh) * 2021-03-26 2021-07-13 台达电子企业管理（上海）有限公司 变换器及抑制变换器的环流干扰的方法
US12003192B2 (en) 2021-03-26 2024-06-04 Delta Electronics (Shanghai) Co.,Ltd. Converter and method for suppressing loop interference of converter

Also Published As

Publication number Publication date
CA2918912A1 (en) 2016-07-30
US9853451B2 (en) 2017-12-26
CA2918912C (en) 2024-02-20
BR102016000759B1 (pt) 2022-08-16
EP3051646A1 (en) 2016-08-03
US20160226251A1 (en) 2016-08-04
CN105846403B (zh) 2019-12-24
BR102016000759A2 (pt) 2016-08-23
EP3051646B1 (en) 2020-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105846403A (zh) 直流电力系统
CN105305406B (zh) 水上应用的dc电力系统
US10560019B2 (en) Bipolar high-voltage network and method for operating a bipolar high-voltage network
CN105322531B (zh) 用于海上应用的dc电力系统
US10742036B2 (en) Power converter and an electric power system
TWI726050B (zh) 電力系統以及包括其之船舶
US20170201094A1 (en) Current flow controller
US10862300B2 (en) Power distribution system
CN103872931A (zh) 流控电压源电力转换器模块
EP3048689A1 (en) Direct current power system
US10483867B2 (en) Switched mode power converter configured to control at least one phase of a polyphase electrical receiver with at least three phases
US10840821B2 (en) Modular multi-level converter
CN105322514B (zh) 用于海上应用的dc电力系统
US11463015B2 (en) Power conversion apparatus
JP6200123B1 (ja) 電力変換装置および電力供給システム
CN109672329B (zh) 一种模块化系统的保护电路
CN108701992B (zh) 一种直流配电系统
US20160006080A1 (en) Device for providing an electrical voltage as well as drive arrangement and method
CN107112913A (zh) 具有能移动的触头、但位置固定的变流器组件的变流器设备

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191224

Termination date: 20210129

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee