CN107078500B - 交流电力系统与直流电力系统之间的方法、设备和接口装置 - Google Patents

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Abstract

公开了用于处理通过断路器(110)的故障电流中的延迟过零的方法和设备。接口装置(100)被配置成将交流AC电力系统(102)与直流DC电力系统(103)耦合，或反之亦然。接口装置(100)包括用于AC电力的到DC电力的转换或反之亦然的至少一个转换器(104，105，108)，其包括用于转换器(104，105，108)的到DC电力系统(103)的耦合的DC侧和用于转换器(104，105，108)的到AC电力系统(102)的耦合的AC侧。断路器(110)布置在至少一个转换器(104，105，108)的AC侧与AC电力系统(102)之间的电流路径中。可能存在有在接口装置(100)的预定部分中发生故障的情况下发生的故障电流中的延迟过零的风险。如果感测到故障在接口装置(100)的预定部分内发生在接口装置(110)中，则断路器(110)的触头的断开可以与如果该故障在接口装置(100)的不同于预定部分的部分内相比以选定延迟时间周期延迟。

Description

交流电力系统与直流电力系统之间的方法、设备和接口装置
技术领域
本发明大体涉及电力传输系统的领域，例如高压直流(HVDC)电力传输系统。具体地，本发明涉及用于处理通过交流(AC)电力系统与直流(DC)电力系统之间的接口装置(例如AC电力系统与DC电力系统之间的转换器站)中的断路器的故障电流中的延迟过零(delayed zero crossing)的方法和设备。
背景技术
由于对电力供给或输出和互连的电力传输与分配系统的不断增加的需要，HVDC电力传输变得越来越重要。诸如电功率分配或传输系统等的电力系统通常包含用于保护、监测和控制包含在电力系统中的其他组件的操作和/或功能性的保护系统，该其他组件因此可以被称为受保护单元。这样的保护系统可以例如能够检测电力系统的电力线路、变压器和/或其他部分或组件中的短路、过电流和过电压。保护系统可以包含诸如断路器等的保护设备，用于通过使断路器断开或跳闸而将例如在电力传输与分配线路中发生的任何可能的故障隔离。在例如通过对检测到故障的组件执行修理和/或维护而将故障清除之后，可以通过使断路器关合来恢复功率流。
已知要在AC电力系统与DC电力系统之间连接接口装置。这样的装置典型地包含用于AC电力的到DC电力的转换或反之亦然的诸如电压源转换器等的转换器。接口装置具有用于耦合到DC电力系统的DC侧和用于耦合到AC电力系统的AC侧。该装置往往包含具有连接到AC系统的初级侧和用于耦合到转换器的次级侧的变压器。
例如在HVDC电力系统中，通常包含有包含了或构成了HVDC转换器站的接口装置，该HVDC转换器站是配置成将高压DC转换成AC或反之亦然的一种类型的站。HVDC转换器站可以包括诸如转换器自身(或者串联或并联连接的多个转换器)、一个或多个变压器、电容器、滤波器和/或其他辅助元件等的多个元件。转换器可以包括诸如半导体器件等的多个基于固态的器件，并且可以分类为使用例如晶闸管作为开关的线路换向转换器(line-commutated converter)或使用诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)等的晶体管作为开关(或开关器件)的电压源转换器。诸如晶闸管或IGBT等的多个固态半导体器件可以连接到一起(例如串联)以形成HVDC转换器的构建块或单元。转换器单元可以替代地被称为(HVDC)转换器阀。
在接口装置中还可以提供有AC断路器，其例如可以布置在变压器的初级绕组与AC电力系统之间，用于在发生故障的情况下通过将转换器与AC电力系统隔离来保护转换器。然而，在一些情况中，故障电流可能含有相对大的DC分量，这会势必造成在通过AC断路器的故障电流过零之前的相对长的延迟，在该延迟期间AC断路器不能中断故障电流。这样的情况一般是不期望的并且可以被称为延迟过零。延迟过零可能使AC断路器的断开困难或者甚至不可能，并可能导致AC断路器的劣化或者甚至失灵。
发明内容
例如在诸如具有不对称单极配置或双极配置(其基本上是两个不对称单极配置的组合)的转换器站等的接口装置中，可能存在有在相接地故障期间、特别是当这样的故障发生在变压器与转换器的AC侧或转换器的DC侧之间的在AC侧上的电流路径中时发生的故障电流中的延迟过零的风险。在一些情况中，在诸如具有对称单极配置的转换器站等的接口装置中，也可能存在有在相接地故障期间发生的、例如在DC极到地故障的发生之后的故障电流中的延迟过零的风险。
为了减轻故障电流中的延迟过零，可以例如采用变压器AC侧上的辅助电阻器。辅助电阻器可以经由辅助AC断路器连接到变压器的AC侧。如果检测到转换器AC母线故障，则可以使辅助AC断路器关合，引起转换器AC母线经由电阻器短路到大地(接地)。以该方式，可以将对称的电流分量添加到故障电流，这可以有助于或确保通过“主”AC断路器的故障电流中过零的相对快速的出现，允许了主AC断路器中断故障电流。优选地应当在主AC断路器断开之前关合辅助AC断路器。然而，用于处理故障电流中的延迟过零的这样的解决方案或类似解决方案一般要求在接口装置(例如，转换器站)中安装附加辅助设备。
鉴于以上情况，本发明的关注是提供用于关于可能在接口装置中发生的不同故障的处理提高AC电力系统与DC电力系统之间的接口装置、例如AC电力系统与DC电力系统之间的转换器站中的“主”AC断路器的保护的装置。
本发明的进一步的关注是提供用于处理在通过AC电力系统与DC电力系统之间的接口装置、例如AC电力系统与DC电力系统之间的转换器站中的“主”AC断路器的故障电流中的延迟过零的装置。
本发明的进一步的关注是提供用于处理在通过AC电力系统与DC电力系统之间的接口装置、例如AC电力系统与DC电力系统之间的转换器站中的“主”AC断路器的故障电流中的延迟过零同时不要求或至少较少要求安装在接口装置中的附加辅助设备的装置。
本发明的进一步的关注是提供用于在发生相接地故障(这很可能发生在变压器与转换器的AC侧或转换器的DC侧之间的AC侧上的电流路径中)的情况下提高AC电力系统与DC电力系统之间的接口装置、例如AC电力系统与DC电力系统之间的转换器站中的“主”AC断路器的保护的装置。
本发明的进一步的关注是提供用于在发生相接地故障(这很可能发生在变压器与转换器的AC侧或转换器的DC侧之间的AC侧上的电流路径中)的情况下处理在通过AC电力系统与DC电力系统之间的接口装置、例如AC电力系统与DC电力系统之间的转换器站中的“主”AC断路器的故障电流中的延迟过零的装置。
为了解决这些关注中的至少一个和其他关注，提供了接口装置中的控制与处理模块、计算机程序产品、方法和接口装置。
根据第一方面，提供有一种用于在接口装置中使用的控制与处理模块，接口装置被配置成将AC电力系统与DC电力系统耦合，或反之亦然。接口装置包括至少一个转换器，用于AC电力的到DC电力的转换，或反之亦然。至少一个转换器包括用于转换器的到DC电力系统的耦合的DC侧，和用于转换器的到AC电力系统的耦合的AC侧。接口装置包括断路器，其布置在至少一个转换器的AC侧与AC电力系统之间的电流路径中。断路器被配置成在断路器的触头的断开时可控制地实现电流路径中的电流的流动的停止。接口装置包括故障感测单元，其被配置成感测发生在接口装置中的故障。故障感测单元被通信地耦合至控制与处理模块。控制与处理模块被配置成至少关于断路器的断开控制断路器的操作，其中控制与处理模块被配置成如果确定有发生在接口装置中的故障则使断路器的触头断开。控制与处理模块被配置成，如果由故障感测单元感测到的在接口装置中的故障发生在接口装置的预定部分内，则与如果该故障在接口装置的不同于预定部分的部分内相比以选定延迟时间周期使断路器的触头的断开延迟。
例如在接口装置根据不对称单极配置或双极配置而配置的情况下，可能存在有至少在存在有接口装置中的相接地故障的情况下发生的、例如在AC侧上的变压器与转换器的AC侧或转换器的DC侧之间的在AC侧上的电流路径中发生的在故障电流中的延迟过零的风险。
第一方面提供了用于处理可能发生的通过断路器的故障电流中的任何延迟过零。借助于第一方面，如果通过断路器的故障电流中的延迟过零的确发生了，则可能较少有或没有对断路器造成损伤或断路器的功能的劣化的风险。
一般地，在存在有发生在接口装置的预定部分中的故障的情况下，可能存在有故障电流中的延迟过零的风险。如上面提到的，预定部分可以例如包含在AC侧上的变压器与转换器的AC侧或转换器的DC侧之间的在AC侧上的电流路径或由它构成。因此在存在有在这样预定部分(该预定部分因此可以与在通过断路器的故障电流中发生延迟过零的(很可能是显著的)风险相关联)中的故障的情况下，可以使断路器(的触头)的断开与如果发生任何其他故障、即如果故障发生在接口装置中别的地方相比延迟。
根据用于说明本发明的实施例的原理的一个示例，断路器可以配置有单独的相控制。也就是，断路器能够独立于其他相或电流路径在断路器的触头的断开时可控制地实现多个相或电流路径中的每一个中的电流的流动的停止。如果故障发生在接口装置的预定部分中(例如在AC侧上的变压器与转换器的AC侧或转换器的DC侧之间)，则可能存在有在通过断路器的故障电流中发生延迟过零的风险。如果对于多个导体中的至少一个导体感测这样的故障，则可以以选定延迟时间周期使断路器的断开或跳闸延迟以便实现在至少一个导体中的电流的流动的停止。延迟是与如果故障在接口装置的不同于预定部分的部分内相比的。对于其他导体(其可能没有故障发生)，可以在断路器的断开或跳闸中没有延迟以便实现相应导体中的电流的流动的停止。
如上面指出的，接口装置的预定部分可以在AC侧上的变压器与转换器的AC侧或转换器的DC侧之间。借助于电力系统模拟(例如，使用由加拿大马尼托巴省温尼伯马尼托巴HVDC研究中心211商业驱动开发的PSCAD R3P 1 A3(PSCAD developed by Manitoba HVDCResearch Centre,211 Commerce Drive,Winnipeg,Manitoba,Canada R3P 1 A3))已确认，如果接口装置中的故障发生在接口装置的预定部分内，通过以选定延迟时间周期使断路器的触头的断开延迟，可以确保断路器的触头之间的电弧放电的持续时间不超过两个(电流)周期。这可以保障断路器的操作并且减轻或甚至避免断路器的功能的劣化。由此，如果接口装置中的故障发生在接口装置的预定部分内，通过以选定延迟时间周期使断路器的触头的断开延迟，可以在故障电流中的延迟过零发生的情况下保护断路器和例如转换器。
在本申请的上下文中，关于通信地耦合的两个实体是指在两个实体之间存在有允许两个实体之间传送信息、数据、信号等等的通信路径。通信路径可以是有线和/或无线的，根据现有技术已知的有线或无线通信技术来实施。
根据第二方面，提供有一种计算机程序产品，其被配置成要在用于在接口装置中使用的控制与处理模块中执行，接口装置被配置成将AC电力系统与DC电力系统耦合，或反之亦然。接口装置包括：至少一个转换器，用于AC电力的到DC电力的转换，或反之亦然。至少一个转换器包括用于转换器的到DC电力系统的耦合的DC侧，和用于转换器的到AC电力系统的耦合的AC侧。接口装置包括断路器，其布置在至少一个转换器的AC侧与AC电力系统之间的电流路径中。断路器被配置成在断路器的触头的断开时可控制地实现电流路径中的电流的流动的停止。接口装置包括故障感测单元，其被配置成感测发生在接口装置中的故障。故障感测单元被通信地耦合至控制与处理模块。计算机程序产品包括携带计算机程序代码的计算机可读装置，计算机程序代码被配置成当在控制与处理模块中执行时：至少关于断路器的断开控制断路器的操作，其中如果确定有发生在接口装置中的故障则使断路器的触头断开。计算机程序代码被配置成，当在控制与处理模块中执行时，如果由故障感测单元感测到的在接口装置中的故障发生在接口装置的预定部分内，则与如果故障在接口装置的不同于预定部分的部分内相比以选定延迟时间周期使断路器的触头的断开延迟。
根据第三方面，提供有一种用于在接口装置中使用的方法，接口装置被配置成将AC电力系统与DC电力系统耦合，或反之亦然。接口装置包括：至少一个转换器，用于AC电力的到DC电力的转换，或反之亦然。至少一个转换器包括用于转换器的到DC电力系统的耦合的DC侧和用于转换器的到AC电力系统的耦合的AC侧。接口装置包括断路器，其布置在至少一个转换器的AC侧与AC电力系统之间的电流路径中。断路器被配置成在断路器的触头的断开时可控制地实现电流路径中的电流的流动的停止。可以感测发生在接口装置中的故障。至少关于断路器的断开控制断路器的操作。如果确定有发生在接口装置中的故障则使断路器的触头断开。如果感测到接口装置中的故障发生在接口装置的预定部分内，则与如果故障在接口装置的不同于预定部分的部分内相比以选定延迟时间周期使断路器的触头延迟。
根据第四方面，提供有一种接口装置，其被配置成将AC电力系统与DC电力系统耦合，或反之亦然。接口装置包括：至少一个转换器，用于AC电力的到DC电力的转换，或反之亦然。至少一个转换器包括用于转换器的到DC电力系统的耦合的DC侧，和用于转换器的到AC电力系统的耦合的AC侧。接口装置包括布置在至少一个转换器的AC侧与AC电力系统之间的电流路径中的断路器。断路器被配置成在断路器的触头的断开时可控制地实现电流路径中的电流的流动的停止。接口装置包括故障感测单元，其被配置成感测发生在接口装置中的故障。接口装置包括根据第一方面的控制与处理模块，其通信地耦合至故障感测单元。
根据第五方面，提供有一种转换器站，其被配置成将AC电力系统与DC电力系统耦合。转换器站包含根据第四方面的接口装置或由其构成。
根据第六方面，提供有一种电力系统，其包含AC电力系统和DC电力系统。根据第六方面的电力系统包括根据第四方面的接口装置，配置成将AC电力系统与DC电力系统耦合。
接口装置可以包括变压器，变压器包括用于变压器的到AC电力系统的耦合的初级侧和用于变压器的到至少一个转换器的耦合的次级侧。断路器可以例如被布置在变压器与AC电力系统之间的电流路径中。根据示例，接口装置的预定部分可以包括在变压器的次级侧与至少一个转换器的AC侧之间的电流路径。
由故障感测单元感测到的在接口装置中的故障可以例如是或包括相接地故障。
根据示例，接口装置可以包括多相电流路径，多相电流路径包括用于将AC电力系统与DC电力系统耦合的多个导体。故障感测单元可以被配置成感测多个导体中的任一个中的故障。断路器可以被配置成独立于多个导体中的其他导体在断路器的触头的断开时可控制地实现多个导体中的每一个中的电流的流动的停止。控制与处理模块可以被配置成，如果对于多个导体中的至少一个导体由故障感测单元感测到的在接口装置中的故障发生在接口装置的预定部分中的电流路径中，则与如果故障在接口装置的不同于预定部分的部分内相比以选定延迟时间周期使断路器的触头的断开延迟，以便实现在至少一个导体中的电流的流动的停止。选定延迟时间周期可以例如在大约20ms与100ms之间。
故障感测单元可以例如包括电流感测单元。
电流感测单元可以被配置成：感测在至少一个转换器的DC侧和/或在至少一个转换器的AC侧的电流，和在与至少一个转换器的DC侧和/或在至少一个转换器的AC侧的电流的感测不同的位置处感测在AC电力系统与至少一个转换器的DC侧之间的电流。根据示例，电流感测单元可以包括：第一电流传感器，其被配置成感测在至少一个转换器的DC侧和/或在至少一个转换器的AC侧的电流；和第二电流传感器，其被配置成感测在AC电力系统与至少一个转换器的DC侧之间的不同于第一电流传感器的位置处的电流。
故障感测单元可以例如被配置成基于由电流感测单元感测到的电流来确定差别电流。故障感测单元可以被配置成基于差别电流来确定存在有在接口装置中的故障。根据示例，故障感测单元可以被配置成在差别电流的幅值超过预定差别电流阈值预定时间周期的条件下确定存在有在接口装置中的故障。
下面借助于示例性实施例来描述本发明的进一步的目的和优点。需注意的是，本发明涉及权利要求中记载的特征的所有可能的组合。在研究所附权利要求书和本文的说明书时，本发明的进一步的特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到，本发明的不同特征可以被组合以创建不同于本文所描述的那些的实施例。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例。
图1是根据本发明的实施例的接口装置的示意性电路图。
图2是根据本发明的实施例的接口装置的示意性框图。
图3是根据本发明的实施例的方法的示意性流程图。
图4是根据本发明的实施例的携带计算机程序代码的计算机可读装置的示意图。
所有附图都是示意性的，不一定按比例绘制，并且通常仅示出为了阐明本发明的实施例所必要的部分，其中可以省略或仅仅提出其他部分。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图来描述本发明，在图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；而是，这些实施例通过示例的方式提供，使得本公开将本发明的范围传达给本领域技术人员。
图1是根据本发明实施例的接口装置100的示意性电路图。接口装置100被配置成将AC电力系统102与DC电力系统103耦合，或反之亦然。接口装置100、AC电力系统102和DC电力系统103可以被包含在电力系统中或构成电力系统。接口装置100包括用于AC电力的到DC电力的转换或反之亦然的的至少一个转换器，在图1中用两个转换器臂或转换器单元表示，通过参考数字104和105示意性地指示出，各转换器具有分别包含多个串联连接的转换器单元108的三相106、107。然而，在本发明的一个或多个实施例中，转换器单元108中的一些或全部可以另外地或替代地例如彼此并联地连接。各转换器臂104、105中的相中的仅一个通过参考数字106、107指示出。虽然在图1中的转换器臂104、105的相106、107中的每一个中表示了四个转换器单元108，但应理解的是，可以在转换器臂104、105的各个相106、107中包含更大或更小数量的转换器单元。转换器单元108中的仅一些在图1中通过参考数字指示出。虽然图1图示出包括用于将AC电力系统102与DC电力系统103耦合的三个导体的三相系统，但应理解的是，这是根据示例的。接口装置100可以依照本发明的一个或多个实施例包括具有两个或三个相或更多的多相布置，或者甚至单相布置。此外，尽管在图1中描绘了两个转换器臂104、105，但应领会的是，可以设想另一数量的转换器臂，例如，单个转换器臂或多于两个的转换器臂，其中的每一个可以配置成或可以不配置成诸如图1中图示出的转换器臂104、105。
各转换器单元108可以包含多个固态半导体器件，诸如晶闸管或IGBT。虽然图1示出了各转换器臂104、105中的每一个(相106、107)中的转换器单元108的串联连接，但需理解的是，各转换器臂104、105中的每一个(相106、107)中的转换器单元108中的至少一些可以例如并联地连接到一起以形成转换器臂104、105或单元(的各个相)。
至少一个转换器或者如图1中图示出的两个转换器臂104、105包括用于转换器的到DC电力系统103的耦合的DC侧。转换器臂104、105进一步包括用于转换器的到AC电力系统102的耦合的AC侧。根据图1中图示出的本发明的实施例，转换器的到DC电力系统103的耦合是通过对应于两个转换器臂104、105的端子T2和T3的方式，并且转换器的到AC电力系统102的耦合是通过端子T1的方式。
依照图1中图示出的本发明的实施例，接口装置100包括变压器109，其包括用于变压器109的到AC电力系统102的耦合的初级侧和用于变压器109的到转换器(臂104、105)的耦合的次级侧。变压器109的初级侧可以包括布置成耦合到AC电力系统102的一组初级绕组。变压器109的次级侧可以包括布置成耦合到转换器或转换器臂104、105的一组次级绕组。
接口装置100包括布置在两个转换器臂104、105的AC侧或AC母线与AC电力系统102之间的电流路径中的断路器110。因此，断路器110可以是AC断路器。依照图1中图示出的本发明的实施例，断路器110布置在变压器109与AC电力系统102之间的电流路径中。断路器110被配置成在断路器110的触头的断开时可控制地实现电流路径中的电流的流动的停止。断路器110的触头未示出在图1中。断路器110可以例如布置在变压器109的该组初级绕组与AC电力系统102之间的电流路径中。
根据本发明的一个或多个实施例，接口装置100可以包括布置在两个转换器臂104、105的AC侧或AC母线与AC电力系统102之间的电流路径中的一个或多个附加断路器，例如用于冗余的目的。
断路器110可以至少关于断路器110的断开和可能还有的关合可控。
断路器110(和可能的任何附加断路器)可以是过零或零点灭弧断路器，其在接收断开或跳闸命令时使触头断开，该断开或跳闸命令可以在电力系统的某个部件或部分内、例如在AC电力系统102与转换器104、105的AC侧之间的故障条件或故障电流的检测之后产生或发出。在断路器110的触头的断开之后，可以在断路器110的断开触头之间存在电弧直到故障电流波形过零。当故障电流波形过零时，势能变为零，并且电弧被熄灭，由此可以使通过断路器110的、并且因此是在断路器110布置所在的电流路径中的电流的流动停止。故障电流通常具有DC分量和AC分量。如果DC分量与AC分量相比相对大，则在断路器110的触头已断开时的时刻与故障电流波形过零时的时刻之间可能存在有相对长的时间。如在前面提到的可以被称为延迟过零或缺失过零的这样的状况可能使断路器110难以或者甚至不可能断开而没有损坏的风险，并且可能导致断路器110以及例如转换器104、105的功能的劣化。参照图1中图示出的本发明的实施例，可能存在有例如针对相接地故障发生的(这可能发生在变压器109与转换器104、105的AC母线或侧之间，或者变压器109与转换器104、105的DC母线或侧之间(例如在接口装置100中分别靠近端子T2和T3))故障电流中的延迟过零的风险。
在接口装置100中可以包含有用于感测或检测接口装置100中是否发生故障的设备或组件，并且还有用于至少关于断路器110的断开而控制断路器110的操作的设备或组件。断路器110的控制操作可以例如包括控制断路器110使得如果确定有发生在接口装置100中的故障则它将断路器110的触头断开。
根据本发明的一个或多个实施例，为了降低或避免在接口装置100中的故障时发生的故障电流中的延迟过零的情况下对断路器110并且可能还有例如转换器104、105造成损坏的风险，可以以选定延迟时间周期使断路器110的触头的断开(很可能以便实现存在有相接地故障所在的相应相中的电流的流动的停止)延迟。
例如在变压器109与转换器104、105的AC母线或AC侧之间的电流路径中或在变压器109与转换器104、105的DC母线或侧之间的电流路径中(例如，在相或导体中的一个中)发生的相接地故障的情况下，断路器110的触头的断开(很可能以便实现存在有相接地故障所在的相应相中的电流的流动的停止)可以被延迟以选定延迟时间周期。
断路器110的触头的断开中的延迟是与如果将感测或检测到任何其他故障相比，例如不是发生在变压器109与转换器104、105的AC母线或侧之间的电流路径中或变压器109与转换器104、105的DC母线或侧之间的电流路径中的故障。
根据本发明的一个或多个实施例，如果确定、感测或检测到在接口装置100的预定部分内存在有发生在接口装置100中的故障，则与如果该故障发生在接口装置100的不同于预定部分的部分内相比以选定延迟时间周期使断路器110的触头的断开延迟。
如上面指出的，接口装置100的预定部分可以例如是变压器109的次级侧与转换器104、105的DC母线或侧之间或变压器109与转换器104、105的AC母线或AC侧之间的部分、区或区域。在变压器109与转换器104、105的DC母线或侧之间或变压器109的次级侧与转换器104、105的AC母线或AC侧之间发生的相接地故障期间，可能存在有通过断路器110的故障电流中的延迟过零的风险。因此，通过如果确定、感测或检测到在接口装置100的预定部分内存在有发生在接口装置100中的故障则以选定延迟时间周期使断路器110的触头的断开延迟，可以保障断路器110的操作，并且可以减轻或者甚至消除断路器110的功能的劣化。
用于感测或检测接口装置100中是否发生故障的设备或组件可以包含故障感测单元(图1中未示出，参见图2)，其依照图1中图示出的本发明的实施例可以包括至少一个电流感测单元(图1中未示出，请见图2)，并且其被配置成感测在图1中通过两个转换器臂104和105表示的转换器的DC侧和/或在转换器104、105的AC侧的电流。故障感测单元被进一步配置成在与感测出在转换器104、105的DC侧和/或转换器104、105的AC侧的电流的地方不同的位置处感测在AC电力系统102与转换器104、105的DC侧之间的电流。根据示例，电流感测单元可以包括配置成感测在转换器的DC侧和/或在转换器的AC侧的电流的至少第一电流传感器，和配置成在AC电力系统102与转换器的DC侧之间的与第一电流传感器不同的位置处感测电流的第二电流传感器。
例如，对于转换器(臂)104，可以在其AC侧通过对应于转换器(臂)104的三个相或导体中的每一个的布置在由120、121和122指示出的位置处的电流传感器来感测电流。替代地或另外地，对于转换器(臂)104，可以在其DC侧通过对应于转换器(臂)104的三个相或导体中的每一个的布置在由123、124、125指示出的位置处的电流传感器来感测电流。
同样根据示例，对于转换器(臂)105，可以在其AC侧通过对应于转换器(臂)105的三个相或导体中的每一个的布置在由130、131和132指示出的位置处的电流传感器来感测电流。替代地或另外地，对于转换器(臂)105，可以在其DC侧通过对应于转换器(臂)105的三个相或导体中的每一个的布置在由133、134、135指示出的位置处的电流传感器来感测电流。
AC电力系统102与转换器104、105的DC侧之间的电流可以根据示例通过布置在靠近变压器109的转换器侧或次级侧、例如用140指示出的位置处的电流传感器来感测。
如前面提到的，如果确定、感测或检测到在接口装置100的预定部分内存在有发生在接口装置100中的故障，则可以与如果该故障发生在接口装置100的不同于预定部分的部分内相比以选定延迟时间周期使断路器110的触头的断开延迟。根据本发明的一个或多个实施例，选定延迟时间周期可以在大约20ms与100ms之间、例如大约25ms或大约30ms。
响应于在接口装置100的预定部分内发生的故障以选定延迟时间周期使断路器110的触头的断开延迟可以意味着使例如可以由用于在接口装置100中使用的保护系统或控制与处理模块(参见图2)发出的指令或命令的发送延迟。指令或命令可以取决于断路器110的能力和/或配置而直接发送给断路器110或发送给控制断路器110的操作的某个实体。替代地，可以使由控制与处理模块(参见图2)进行的用于控制断路器110的这样的消息或指令的发送以选定延迟时间周期延迟。根据另一示例，给断路器110或给控制断路器110的操作的某个实体的指令或命令的发送可以不这样延迟。在这种情况下，指令或命令可以包含断路器110的触头的断开应该不是在接收时立即执行而是基本上仅在跟随着指令或命令的接收选定延迟时间周期期满之后执行的信息或指令。
断路器110的触头的断开可以根据本发明的一个或多个实施例在(基本)所有情况(即，不管是在接口装置100的预定部分还是接口装置100的不同部分中发生有故障)中以某预定周期、例如在大约2ms至5ms之间延迟。预定周期可以是预留用于识别是否存在有在接口装置100的预定部分中发生的故障、例如是否存在有在变压器109与转换器104、105的AC母线或侧之间或变压器109与转换器104、105的DC母线或侧之间(例如，在接口装置100中分别靠近端子T2和T3)的电流路径中发生的相接地故障的时间的周期。
根据本发明的实施方式，故障感测单元可以配置成基于由电流感测单元感测的电流来确定差别电流。基于差别电流(其在接口装置100是多相布置的情况中很可能针对各相或导体而确定的)，可以确定在接口装置100(中的一个或多个相)中存在有故障、例如相接地故障。例如，基于差别电流，可以确定在变压器109与转换器104、105的AC母线或侧之间的电流路径中或变压器109与转换器104、105的DC母线或侧之间的电流路径中存在有相接地故障。故障感测单元可以被配置成在差动电流的幅值超过预定差别电流阈值预定时间周期的条件下确定在接口装置100中存在有故障。
应领会的是，故障感测单元不限于利用感测电流的故障的检测或感测，并且也不限于采用基于差别电流的故障检测或感测。为了实现故障感测单元的感测接口装置中发生的故障的能力或功能性，故障感测单元的其他实施是可设想的并且在本发明的实施例的范围内。例如，可以在沿着AC电力系统102与DC电力系统103之间的接口装置100中的电流路径的适当位置处、例如在电流路径与接地之间感测电压。根据本发明的一个或多个实施例，接口装置100中可能发生的任何故障都可以基于这样的感测电压来感测或检测。
接口装置100可以被包含在转换器站、例如HVDC转换器站中，或构成这样的站。接口装置100或转换器站可以例如根据不对称单极配置或双极配置而配置。
需理解的是，可以在接口装置100中包含图1中未图示的各种组件。因此在图1中未示出的这样的组件可以例如包含电阻器、电容器、滤波器、附加变压器和/或其他辅助元件。
图2是根据本发明的实施例的接口装置100的示意性框图。
接口装置100被配置成将AC电力系统102与DC电力系统103耦合，或反之亦然。接口装置100包括用于AC电力的到DC电力的转换或反之亦然的至少一个转换器140。至少一个转换器140包括用于转换器140的到DC电力系统103的耦合的DC侧，和用于转换器140的到AC电力系统102的耦合的AC侧。接口装置100包括布置在至少一个转换器140的AC侧与AC电力系统102之间的电流路径中的在110处示意性地指示出的断路器。断路器110被配置成在断路器110的触头(图2中未示出)的断开时可控制地实现电流路径中的电流的流动的停止。
接口装置100包括配置成感测发生在接口装置100中的故障的故障感测单元160，和通信地耦合到故障感测单元160的控制与处理模块150。
依照图2中图示出的本发明的实施例，故障感测单元160包含电流感测单元，其包括配置成感测在如163处指示出的转换器140的DC侧或DC母线处和在如164处指示出的转换器140的AC侧或AC母线处的电流的第一电流传感器161。电流感测单元进一步包括第二电流传感器162，其配置成感测在AC电力系统102与转换器140的DC侧或DC母线之间的如165处指示出的与第一电流传感器161不同的位置处的电流。例如，位置165可以(基本)在变压器(图2中未示出)的转换器140侧处或靠近它。变压器可以例如布置在断路器110与转换器140之间。这样的变压器可以包括用于变压器的到AC电力系统102的耦合的初级侧，和用于变压器的到转换器140的耦合的次级侧，并且在变压器与AC电力系统102之间的电流路径中布置有断路器110。
控制与处理模块150被配置成至少关于断路器110的断开控制断路器110的操作。控制与处理模块110被配置成如果确定(通过故障感测单元160)存在有发生在接口装置100中的故障则将断路器110的触头断开。
控制与处理模块150被配置成，如果由故障感测单元160感测到的接口装置100中的故障发生在接口装置100的预定部分内，则与如果该故障在接口装置100的不同于预定部分的部分内相比以选定延迟时间周期使断路器110的触头的断开延迟。
在本发明的一个或多个实施例中，接口装置100的预定部分可以例如包括变压器的次级侧与转换器140的AC侧或AC母线之间的电流路径。
图2中图示出的控制与处理模块150或根据本发明的任何其他实施例的控制与处理模块可以包含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)等或其任何组合，或者由它们构成。控制与处理模块可以任选地能够执行存储在例如呈储存器形式的计算机程序产品中的软件指令。存储器可以例如是随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任何组合。存储器可以包括持久存储，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，或其任何组合。
需理解的是，可以在接口装置100中包含图2中未图示的各种组件。因此图2中未示出的这样的组件可以例如包含电阻器、电容器、滤波器、附加变压器和/其他辅助元件。
现在参见图3，示出有根据本发明的实施例的方法的示意性流程图。方法300用于在诸如关于图1或图2在前面描述的接口装置100等的接口装置中使用。接口装置被配置成将AC电力系统与DC电力系统耦合，或反之亦然。接口装置包括用于AC电力的到DC电力的转换或反之亦然的至少一个转换器。至少一个转换器包括用于转换器的到DC电力系统的耦合的DC侧，和用于转换器的到AC电力系统的耦合的AC侧。接口装置包括布置在至少一个转换器的AC侧与AC电力系统之间的电流路径中的断路器。断路器被配置成在断路器的触头的断开时可控制地实现电流路径中的电流的流动的停止。
依照方法300，感测发生在接口装置中的故障，301。至少关于断路器的断开控制断路器的操作，302，其中如果确定有发生在接口装置中的故障则使断路器的触头断开。如果感测到接口装置中的故障发生在接口装置的预定部分内，则与如果该故障在接口装置的不同于预定部分的部分内相比以选定延迟时间周期使断路器的触头的断开延迟，303。
现在参见图4，示出有根据本发明的实施例的携带计算机程序代码的计算机可读装置401、402的示意图。计算机可读装置401、402或计算机程序代码被配置成要在诸如如上面参照图2描述的控制与处理模块150等的根据本发明的实施例的控制与处理模块中执行。
例如参照图2，计算机可读装置401、402或计算机程序代码被配置成要在用于在接口装置100中使用的控制与处理模块150中执行。接口装置100被配置成将AC电力系统102与DC电力系统103耦合，或反之亦然。接口装置100包括用于AC电力的到DC电力的转换或反之亦然的至少一个转换器140。至少一个转换器140包括用于转换器140的到DC电力系统103的耦合的DC侧，和用于转换器140的到AC电力系统102的耦合的AC侧。接口装置100包括布置在至少一个转换器140的AC侧与AC电力系统102之间的电流路径中的在110处示意性地指示出的断路器。断路器110被配置成在断路器110的触头的断开时可控制地实现电流路径中的电流的流动的停止。接口装置150包括配置成感测发生在接口装置100中的故障的故障感测单元160。故障感测单元160被通信地耦合至控制与处理模块150。
计算机可读装置401、402携带计算机程序代码，其配置成当在控制与处理模块150中执行时至少关于断路器110的断开控制断路器110的操作，其中如果确定有发生在接口装置100中的故障则使断路器110的触头断开。计算机程序代码被配置成当在控制与处理模块150中执行时如果由故障感测单元150感测到的接口装置100中的故障发生在接口装置100的预定部分内，则与如果该故障在接口装置100的不同于预定部分的部分内相比以选定延迟时间周期使断路器110的触头的断开延迟。
图4中描绘的计算机可读装置401、402或计算机可读存储介质包含数字通用光盘(DVD)401和软盘402，这是根据本发明的计算机可读装置401、402或计算机可读存储介质的非限制性的示例性示例。虽然在图4中描绘了两个特定类型的计算机可读装置401、402，但是本发明涵盖采用任何其他适当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例，诸如但不限于非易失性存储器、硬盘驱动器、压缩盘(CD)、闪存、磁带、通用串行总线(USB)存储器件，Zip驱动器等等。
总之，公开了用于处理通过断路器的故障电流中的延迟过零的方法和设备。接口装置被配置成将AC电力系统与DC电力系统耦合，或反之亦然。接口装置包括用于AC电力的到DC电力的转换或反之亦然的至少一个转换器，其包括用于转换器的到DC电力系统的耦合的DC侧和用于转换器的到AC电力系统的耦合的AC侧。断路器布置在至少一个转换器的AC侧与AC电力系统之间的电流路径中。可能存在有在接口装置的预定部分中发生故障的情况下发生的故障电流中的延迟过零的风险。如果感测到故障在接口装置的预定部分内发生在接口装置中，则断路器的触头的断开可以与如果该故障在接口装置的不同于预定部分的部分内相比以选定延迟时间周期延迟。
虽然已在附图和前面的描述中说明了本发明，但是这样的说明被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员可以在实践所要求保护的发明时通过研究附图、公开内容和所附权利要求来理解和实现对所公开的实施例做出的其他变型。在所附权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (9)

1.一种接口装置(100)，被配置成将交流AC电力系统(102)与直流DC电力系统(103)耦合，所述接口装置缺少附加的辅助设备并包括：
至少一个转换器(104，105，108；140)，用于AC电力的到DC电力的转换，其中所述至少一个转换器包括用于所述转换器的到所述DC电力系统的耦合的DC侧，和用于所述转换器的到所述AC电力系统的耦合的AC侧；
变压器(109)，包括用于所述变压器的到所述AC电力系统的耦合的初级侧，和用于所述变压器的到所述至少一个转换器的耦合的次级侧，
断路器(110)，布置在所述变压器与所述AC电力系统之间的电流路径中，所述电流路径包括多相电流路径，所述多相电流路径包括用于将AC电力系统与DC电力系统耦合的多个导体，并且所述断路器被配置成在所述断路器的触头的断开时独立于所述多个导体中的其他导体可控制地实现所述电流路径中的所述多个导体中的每一个中的电流的流动的停止；
故障感测单元(160)，被配置成感测在所述接口装置中的故障；和
控制与处理模块(150)，通信耦合到所述故障感测单元；
所述控制与处理模块被配置为至少关于所述断路器的断开控制所述断路器的操作，其中所述控制与处理模块被配置成如果确定有发生在所述接口装置中的故障则使所述断路器的所述触头断开；和
所述控制与处理模块被进一步布置成，如果由所述故障感测单元感测到的在所述接口装置中的故障发生在用于所述多个导体中的导体的接口装置的预定部分内的电流路径中，则对于感测到故障的导体，与如果该故障在所述接口装置的不同于所述预定部分的部分内相比，以选定延迟时间周期使所述断路器的所述触头的断开延迟以便以选定延迟时间周期实现所述导体中的电流流动的停止，并且不针对其他导体延迟，其中由所述故障感测单元感测的所述接口装置中的故障是相接地故障，并且所述选定延迟时间周期在20ms与100ms之间，并且通过所述控制与处理模块被配置为在检测到所述故障后发送被延迟所述选定延迟时间周期的指令而实施所述延迟，并且所述接口装置的预定部分是在所述变压器的次级侧与所述至少一个转换器的所述AC侧之间的电流路径。
2.根据权利要求1所述的接口装置，其中所述故障感测单元包括电流感测单元，其被配置成：
感测在所述至少一个转换器的所述DC侧和/或在所述至少一个转换器的所述AC侧的电流；和
在与所述至少一个转换器的所述DC侧和/或在所述至少一个转换器的所述AC侧的电流的感测不同的位置处感测在所述AC电力系统与所述至少一个转换器的所述DC侧之间的电流。
3.根据权利要求2所述的接口装置，其中所述电流感测单元包括：
第一电流传感器(161)，被配置成感测在所述至少一个转换器的DC侧和/或在所述至少一个转换器的所述AC侧的电流；和
第二电流传感器(162)，被配置成感测在所述AC电力系统与所述至少一个转换器的所述DC侧之间的不同于所述第一电流传感器的位置处的电流。
4.根据权利要求2或3所述的接口装置，其中所述故障感测单元被配置成基于由所述电流感测单元感测到的所述电流来确定差别电流，并基于所述差别电流来确定在所述接口装置中存在有故障。
5.根据权利要求4所述的接口装置，其中所述故障感测单元被配置成在所述差别电流的幅值超过预定差别电流阈值预定时间周期的条件下确定在所述接口装置中存在有故障。
6.一种计算机程序产品，被配置成要在接口装置(100)的控制与处理模块(150)中执行，所述接口装置(100)被配置成将交流AC电力系统(102)与直流DC电力系统(103)耦合，或被配置成将直流DC电力系统(103)与交流AC电力系统(102)耦合，所述接口装置缺少附加的辅助设备并包括：
至少一个转换器(104，105，108；140)，用于AC电力的到DC电力的转换，其中所述至少一个转换器包括用于所述转换器的到所述DC电力系统的耦合的DC侧，和用于所述转换器的到所述AC电力系统的耦合的AC侧；
变压器(109)，包括用于所述变压器的到所述AC电力系统的耦合的初级侧，和用于所述变压器的到所述至少一个转换器的耦合的次级侧，
断路器(110)，布置在所述变压器与所述AC电力系统之间的电流路径中，所述电流路径包括多相电流路径，所述多相电流路径包括用于将AC电力系统与DC电力系统耦合的多个导体，并且所述断路器被配置成在所述断路器的触头的断开时独立于所述多个导体中的其他导体可控制地实现所述电流路径中的所述多个导体中的每一个中的电流的流动的停止；
故障感测单元(160)，被配置成感测在所述接口装置中的故障，所述故障感测单元通信耦合至所述控制与处理模块；
所述计算机程序产品包括携带计算机程序代码的计算机可读装置，所述计算机程序代码当在所述控制与处理模块中执行时被配置成：
至少关于所述断路器的断开控制所述断路器的操作，其中如果确定有发生在所述接口装置中的故障则使所述断路器的所述触头断开；和
如果由所述故障感测单元感测到的在所述接口装置中的故障发生在用于所述多个导体中的导体的接口装置的预定部分内的电流路径中，则对于感测到故障的导体，与如果该故障在所述接口装置的不同于所述预定部分的部分内相比，以选定延迟时间周期使所述断路器的所述触头的断开延迟以便以选定延迟时间周期实现所述导体中的电流流动的停止，并且不针对其他导体延迟，
其中由所述故障感测单元感测的所述接口装置中的故障是相接地故障，并且所述选定延迟时间周期在20ms与100ms之间，并且通过在检测到所述故障后发送被延迟所述选定延迟时间周期的指令而实施所述延迟，并且所述接口装置的预定部分是在所述变压器的次级侧与所述至少一个转换器的所述AC侧之间的电流路径。
7.一种用于在接口装置(100)中使用的方法(300)，所述接口装置被配置成将交流AC电力系统(102)与直流DC电力系统(103)耦合，或被配置成将直流DC电力系统(103)与交流AC电力系统(102)耦合，所述接口装置缺少附加的辅助设备并包括：至少一个转换器(104，105，108；140)，用于AC电力的到DC电力的转换，其中所述至少一个转换器包括用于所述转换器的到所述DC电力系统的耦合的DC侧，和用于所述转换器的到所述AC电力系统的耦合的AC侧；变压器(109)，包括用于所述变压器的到所述AC电力系统的耦合的初级侧，和用于所述变压器的到所述至少一个转换器的耦合的次级侧，断路器(110)，布置在所述变压器与所述AC电力系统之间的电流路径中，所述电流路径包括多相电流路径，所述多相电流路径包括用于将AC电力系统与DC电力系统耦合的多个导体，并且所述断路器被配置成在所述断路器的触头的断开时独立于所述多个导体中的其他导体可控制地实现所述电流路径中的所述多个导体中的每一个中的电流的流动的停止；
所述方法包括：
感测(301)发生在所述接口装置中的故障；
至少关于所述断路器的断开控制(302)所述断路器的操作，包括如果确定有发生在所述接口装置中的故障则使所述断路器的所述触头断开；和
如果感测到所述接口装置中的故障发生在用于所述多个导体中的导体的接口装置的预定部分内的电流路径中，则对于感测到故障的导体，与如果该故障在所述接口装置的不同于所述预定部分的部分内相比，以选定延迟时间周期使所述断路器的所述触头的断开延迟以便以选定延迟时间周期实现所述导体中的电流流动的停止，并且不针对其他导体延迟，
其中由故障感测单元感测的所述接口装置中的故障是相接地故障，并且所述选定延迟时间周期在20ms与100ms之间，并且通过在检测到所述故障后发送被延迟所述选定延迟时间周期的指令而实施所述延迟，并且所述接口装置的预定部分是在所述变压器的次级侧与所述至少一个转换器的所述AC侧之间的电流路径。
8.一种转换器站，被配置成将交流AC电力系统(102)与直流DC电力系统(103)耦合，所述转换器站包括根据权利要求1至5中的任一项所述的接口装置(100)。
9.一种电力系统，包含交流AC电力系统(102)和直流DC电力系统(103)，所述电力系统包括根据权利要求1至5中的任一项所述的接口装置(100)，所述接口装置(100)被配置成将所述AC电力系统与所述DC电力系统耦合。
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