CN107112760B

CN107112760B - 电流控制组合件

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Publication number: CN107112760B
Application number: CN201580060470.XA
Authority: CN
Inventors: F.A.A.M.M.哈桑; J.S.巴索尔斯; E.P.阿劳约; O.G.贝尔蒙特
Original assignee: General Electric Technology GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: WO2016071522A1; US10243484B2; EP3018786B2; EP3018786B1; CN107112760A; US20170324247A1; EP3018786A1

Abstract

一种用于控制在多个互连电气元件(48)的电气网络中的电流的电流控制组合件包括：多个电流控制器（30，32，34），每个电流控制器（30，32，34）可连接到多个互连电气元件(48)的至少一个，每个电流控制器（30，32，34）配置成可操作以在相应的电流控制范围内选择性地控制多个互连电气元件(48)的至少一个中的电流；控制单元(50)，配置成与多个电流控制器（30，32，34）的每个进行通信，其中控制单元(50)配置成：选择具有对应于电气网络的一个或更多个电流控制要求的电流控制范围或组合的电流控制范围的多个电流控制器（30，32，34）的至少一个；并且操作所述或每个选择的电流控制器（30，32，34）以控制在多个互连电气元件(48)的至少一个中的电流，以便根据电气网络的所述或每个电流控制要求来控制电气网络中的电流。

Description

电流控制组合件

本发明涉及电流控制组合件，并且涉及包括电流控制组合件的电气网络。

电气网络可包含经由一个或更多个载流导体连接到负载的功率源或使用载流导体的网络连接到多个负载的多个功率源。

电气网络的示例是要求HVDC转换器的多端子互连的DC电网(power grid)，由此能够使用电连接在一起的两个或更多个HVDC转换器在DC侧上交换功率。在根据要求交换功率时，每个HVDC转换器充当用来保持DC电网的总体输入到输出功率平衡的源或汇(sink)。DC电网依赖DC功率传输线或缆线的网络来实现HVDC转换器的多端子互连。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制在多个互连的电气元件的电气网络中的电流的电流控制组合件，包括：

多个电流控制器，每个电流控制器可连接到多个互连的电气元件的至少一个，每个电流控制器配置成可操作以在相应的电流控制范围内选择性地控制多个互连的电气元件的至少一个中的电流；

控制单元，配置成与多个电流控制器的每个进行通信，

其中控制单元配置成：

选择具有对应于电气网络的一个或更多个电流控制要求的电流控制范围或组合的电流控制范围的多个电流控制器的至少一个；以及

操作所述或每个选择的电流控制器以控制在多个互连的电气元件的至少一个中的电流，以便根据电气网络的所述或每个电流控制要求来控制电气网络中的电流。

将理解的是，电流控制组合件可与可配置成可操作以在相应的电流控制范围内选择性地控制在一个或更多个电气元件中的电流的任何类型的电流控制器一起使用。

在电气网络的正常操作期间，处在正常操作电流水平或在正常操作电流范围内的多个互连的电气元件的每个中的电流避免控制在电气网络中的电流以应用任何纠正措施的需要。然而，电气网络可遇到功率流条件中的变化，其又可导致发生不合需要的事件，例如电气传输拥塞，因此要求所述纠正措施以便满足电气网络的一个或更多个电流控制要求，并且由此恢复电气网络到正常操作。

根据本发明的电流控制组合件的配置不但准许在电气网络中电流的控制，而且准许在电气网络中电流的控制的优化。更具体地说，控制单元选择具有对应于电气网络的一个或更多个电流控制要求的电流控制范围或组合的电流控制范围的多个电流控制器的至少一个的能力准许将控制在电气网络中的电流的任务分布到多个电流控制器的一个或一些控制器，而不是所有控制器。这避免了多于为满足电气网络的一个或更多个电流控制要求而要求的操作的多个电流控制器的不必要操作，因此降低了操作损耗，并且由此改进了电流控制组合件的效率。

另外，控制单元基于其电流控制范围或其组合的电流控制范围来选择多个电流控制器的至少一个的能力意味着不要求控制单元具有关于使用的所述或每个类型的电流控制器的详细信息，因此准许在多供应商环境中电流控制组合件的实现。

在本发明的实施例中，控制单元可配置成选择具有对应于电气网络的一个或更多个电流控制要求的最大电流控制范围或最大组合的电流控制范围的多个电流控制器的至少一个。由于通过所述或每个此种选择的电流控制器的操作能够实现的更宽的电流变化，以此方式选择多个电流控制器的至少一个相对于电气网络中电流的控制提供了更大的灵活性。

在其内每个电流控制器配置成可操作以选择性地控制在多个互连的电气元件的至少一个中的电流的相应的电流控制范围可根据每个电流控制器的物理操作限制和根据每个电流控制器在使用中连接到的电气网络的操作条件而变化。例如，相应的电流控制范围可随下列而变化：

• 电气网络中的功率流条件；

• 所述或每个对应的电气元件的操作电压；

• 所述或每个对应的电气元件的操作电流；

• 对应的电流控制器的所述或每个操作电压限制；和/或

• 对应的电流控制器的所述或每个操作电流限制。

在本发明的另外实施例中，每个电流控制器可配置成可操作以选择性地修改对应的电气元件或对应的电气元件的至少一个的阻抗，以便控制在多个互连的电气元件的至少一个中的电流。

在此类实施例中，多个电流控制器的至少一个可包含至少一个电压源，并且可配置成可操作以选择性地在使用中将电压降注入到对应的电气元件或对应的电气元件的至少一个中，以便控制在多个互连的电气元件的至少一个中的电流。

在电流控制器的至少一个中包括至少一个电压源准许电压降注入到对应的电气元件或对应的电气元件的至少一个中。电压降注入到电气元件中创建了正电阻效应或负电阻效应，在正电阻效应中电压降阻碍（oppose）且因此降低了在那个电气元件中的电流，在负电阻效应中，电压降有助于在那个电气元件中电流的增大。这准许在对应的电气元件或对应的电气元件的至少一个中电流的调节，以便实现在对应的电气元件或对应的电气元件的至少一个中的目标电流。

在本发明的还有另外的实施例中，多个电流控制器的至少一个可还包含布置成可操作以选择性地形成电流旁路路径以在使用中允许在对应的电流控制器中的电流旁路电压源的至少一个旁路控制元件。这允许相应的电流旁路电压源，并且由此导致电流控制器的配置，其中电压源被禁止执行在对应的电气元件或对应的电气元件的至少一个中电流的调节。

在多个电气元件之间的互连性准许所述或每个选择的电流控制器直接控制在所述或每个对应的电气元件中的电流，但也间接控制在所述或每个其它电气元件中的电流。

从包含下列的功能的群组中，可选择在多个互连的电气元件的至少一个中电流的控制，以便根据电气网络的所述或每个电流控制要求来控制电气网络中的电流：

• 增大或降低在多个互连的电气元件的一个或更多个中的电流；

• 限制在多个互连的电气元件的一个或更多个中的电流低于预定义的电流限制；

• 将在多个互连的电气元件的一个或更多个中的电流降低到零或实质上为零；

• 平衡在多个互连的电气元件的两个或更多个中的电流；

• 反转(reverse)在多个互连的电气元件的一个或更多个中的电流。

控制单元可还包含配置成检测在多个互连的电气元件的每个中的相应的电流方向的电流检测器单元，其中控制单元配置成选择具有对应于在多个互连的电气元件的至少一个中的所述或每个相应的电流方向的电流控制范围或组合的电流控制范围的多个电流控制器的至少一个。电流检测器单元的提供为控制单元提供有关在多个互连的电气元件中的电流方向的信息，并且由此使控制单元能够在选择具有对应于电气网络的一个或更多个电流控制要求的电流控制范围或组合的电流控制范围的多个电流控制器的至少一个时将此类信息考虑在内。

可选的是，多个电流控制器的至少一个可配置成在与控制单元的通信失效的情况下，控制在所述或每个对应的电气元件中的电流低于预定义的电流限制。这为电流控制组合件提供了确保电气网络未暴露于超过预定义的电流限制的过电流的可靠方式。

根据本发明的第二方面，提供了一种电气网络，包括：

多个互连的电气元件；

根据本发明的第一方面的任何实施例的电流控制组合件，每个电流控制器连接到多个互连的电气元件的至少一个。

将领会的是，每个电气元件可以是能够传导电流的任何电气装置。例如，每个电气元件可以是功率传输网络组件，例如功率传输媒介，优选供在HVDC功率传输中使用。

功率传输媒介可以是能够在两个或更多个电气设备之间传送电功率的任何媒介。此种媒介可以是但不限于海底DC功率传输缆线、高架DC功率传输线或缆线及地下DC功率传输缆线。此种电气设备可以是但不限于DC功率网的DC端子或DC功率源、负载。

根据本发明的电流控制组合件和电气网络可适用于涉及在多个互连的电气元件的电气网络中功率的传输的低电压、中电压和高电压应用。

根据本发明的电流控制组合件和电气网络可适用于具有不同数量的电气元件和多个互连的电气元件的不同拓扑的不同电气电路。此种电气电路可以是但不限于网格连接的DC电网或径向连接的DC电网。

现在将通过非限制性示例，参照附图描述本发明的优选实施例，其中：

图1以示意方式示出DC电网；

图2以示意方式示出根据本发明的实施例的电流控制组合件；

图3和4以示意方式分别示出电流控制器及其等效模型；

图5以示意方式示出图2的电流控制组合件的等效模型；

图6以示意方式示出用于操作电流控制器的局部控制子单元；

图7和8图示用于多个电流控制器的电流控制范围和操作电压限制；

图9图示基于对应于图1的DC电网的电流控制要求的其组合的电流控制范围来选择多个电流控制器；

图10和11以示意方式分别示出电流控制器变体及其等效模型；

图12以示意方式示出电流控制组合件变体的等效模型。

图1中示出DC电网。DC电网包含多个电网节点和多个DC功率传输线。

多个电网节点包含第一、第二和第三电网节点，每个节点连接到相应的转换器（未示出）。在第一电网节点处的电压是V1，在第二电网节点处的电压是V2，并且在第三电网节点处的电压是V3。每个转换器可操作以将功率P1、P2、P3注入到DC电网48或者从其中提取功率P1、P2、P3。从在第一电网节点处的对应的转换器流到DC电网/从DC电网流到在第一电网节点处的对应的转换器的电流是

，从在第二电网节点处的对应的转换器流到DC电网或从DC电网流到在第二电网节点处的对应的转换器的电流是

，并且从在第三电网节点处的对应的转换器流到DC电网或从DC电网流到在第三电网节点处的对应的转换器的电流是

。

多个DC功率传输线包含第一DC功率传输线、第二DC功率传输线和第三DC功率传输线。在第一DC功率传输线中的电流是

，在第二DC功率传输线中的电流是Izs，并且在第三DC功率传输线中的电流是

。

在每个DC功率传输线中的电流

通过跨每个DC功率传输线的相应的电压降来强加。

图2以示意方式示出当在DC电网中连接电流控制组合件时电流控制组合件的配置。

电流控制组合件包括多个电流控制器30、32、34和控制单元。在示出的实施例中的多个电流控制器30、32、34由第一、第二和第三电流控制器30、32、34组成。每个电流控制器30、32、34的结构在图3中以示意方式示出。

每个电流控制器30、32、34包括多个端子、以第一和第二双向开关36、38形式的一对旁路控制元件和以受控电容器形式的电压源40。

多个端子包含在使用中分别可连接到第一、第二和第三电气元件的第一、第二和第三端子42、44、46。

第三端子46电连接到第一和第二端子42、44中的每个。更具体地说，第一双向开关36操作地连接在第一与第三端子42、46之间，并且第二双向开关38操作地连接在第二与第三端子44、46之间。因此，每个双向开关36、38可切换以选择性地准许和阻止在第三端子46与第一和第二端子42、44的对应的一个之间的电流。

电压源40连接在第一与第二端子之间。每个电流控制器30、32、34中的双向开关36、38和电压源40的配置准许每个双向开关36、38的操作，以选择性地形成电流旁路路径以便在使用中允许在对应的电流控制器30、32、34中的电流旁路电压源40。

第一电流控制器30连接在第一电网节点处。第一电流控制器30的第一端子42连接到第三DC功率传输线的第一端，第一电流控制器30的第二端子44连接到第一DC功率传输线的第一端，并且第三端子46直接连接到第一电网节点。因此，第一电流控制器30的第一端子42连接到以第三DC功率传输线形式的第一电气元件48，第一电流控制器30的第二端子44连接到以第一DC功率传输线形式的第二电气元件48，并且第一电流控制器30的第三端子46连接到以第一电网节点形式的第三电气元件48。

第二电流控制器32连接在第二电网节点处。第二电流控制器32的第一端子42连接到第一DC功率传输线的第二端，第二电流控制器32的第二端子44连接到第二DC功率传输线的第一端，并且第三端子46直接连接到第二电网节点。因此，第二电流控制器32的第一端子42连接到以第一DC功率传输线形式的第一电气元件48，第二电流控制器32的第二端子44连接到以第二DC功率传输线形式的第二电气元件48，并且第二电流控制器32的第三端子46连接到以第二电网节点形式的第三电气元件48。

第三电流控制器34连接在第三电网节点处。第三电流控制器34的第一端子42直接连接到第三电网节点，第三电流控制器34的第二端子44连接到第二DC功率传输线的第二端，并且第三端子46连接到第三DC功率传输线的第二端。因此，第三电流控制器34的第一端子42连接到以第三电网节点形式的第一电气元件48，第三电流控制器34的第二端子44连接到以第二DC输电线形式的第二电气元件48，并且第三电流控制器34的第三端子46连接到以第三DC功率传输线形式的第三电气元件48。

电流控制组合件的上述连接准许选择性地修改对应的电气元件48的至少一个的阻抗，以便控制在对应的电气元件48中的电流。

每个电流控制器30、32、34的双向开关36、38能够被控制，以切换到第一切换状态，以便准许在第一与第三端子42、46之间的电流和阻止在第二与第三端子44、46之间的电流。这导致如由电压源40提供的电压降被注入到第二电气元件48中，并且由此导致电流被引导通过在第一与第二端子42、44之间的电压源40。

双向开关36、38能够被控制，以切换到第二切换状态，以便准许在第二与第三端子44、46之间的电流和阻止在第一与第三端子42、46之间的电流。这导致如由电压源40提供的电压降被注入到第一电气元件48中，并且由此导致电流被引导通过在第一与第二端子42、44之间的电压源40。

每个电流控制器30、32、34的双向开关36、38能够被控制，以切换到第三切换状态，以便准许在第一与第三端子42、46之间的电流和准许在第二与第三端子44、46之间的电流。这导致在第三端子46与第一和第二端子42、44中的每个之间形成相应的电流旁路路径，以在使用中允许在电流控制器30、32、34中的相应的电流旁路电压源40。因此，电压降未被注入到第一和第二电气元件48的任一元件，并且因此电流未被引导通过在第一与第二端子42、44之间的电压源40。

图4示出每个电流控制器30、32、34的等效模型，其中第一电压源连接在第一电网节点与第三DC功率传输线之间，并且通过第二电压源连接在第一电网节点与第一DC功率传输线之间，由此第一电压源具有D·E的电压水平，而第二电压源具有(1-D)·E的电压水平，其中E是电压源40的电压水平，并且D是第二双向开关38的占空比。

基于每个电流控制器30、32、34的双向开关36、38的上述状态，创建了电流控制组合件的等效模型，其中电流控制组合件的操作由下列表示：

● 关于第一电流控制器30，第一电压源连接在第一电网节点与第三DC功率传输线之间，并且通过第二电压源连接在第一电网节点与第一DC功率传输线之间；

● 关于第二电流控制器32，第一电压源连接在第二电网节点与第一DC功率传输线之间，并且通过第二电压源连接在第二电网节点与第二DC功率传输线之间；以及

● 关于第三电流控制器34，第一电压源连接在第三电网节点与接合处之间，并且通过第二电压源连接在第二DC功率传输线与接合处之间，由此接合处还连接到第三DC功率传输线。

在电流控制组合件的等效模型中，每个第一电压源具有D·E的电压水平，而每个第二电压源具有(1-D)·E的电压水平，其中E是电压源40的电压水平，并且D是第二双向开关的占空比。图5以示意方式示出电流控制组合件的等效模型。

电压降注入到电气元件48中创建正电阻效应或负电阻效应，在正电阻效应中电压降阻碍且因此降低了在那个电气元件48中的电流，在负电阻效应中，电压降有助于在那个电气元件48中电流的增大。因此，关于每个电流控制器30、32、34，电压降注入到给定电网节点或DC功率传输线中实现修改在DC电网中的电流，并且由此准许执行在电气元件48的至少一个中的电流的调节。电流的此种调节是有利的，因为它不影响由连接到相应的电网节点的每个转换器注入到DC电网或从其中提取的功率P1、P2、P3。

将第一、第二和第三电流控制器30、32、34的给定的一个的双向开关36、38切换到第三切换状态允许相应的电流旁路对应的电压源40，并且由此导致电流控制器的配置，其中电压源40被禁止执行在对应的电气元件48中的电流的调节。

在每个对应的电气元件48中的电流的控制的方式可根据DC电网的一个或更多个电流控制要求的性质而变化。例如，从包括下列的功能的群组中，可选择在每个对应的电气元件48中的电流的控制，以便根据DC电网的一个或更多个电流控制要求来控制电气网络中的电流：

● 增大或降低在对应的电气元件48的至少一个中的电流；

● 限制在对应的电气元件48的至少一个中的电流低于预定义的电流限制；

● 将在对应的电气元件的至少一个中的电流降低到零或实质上为零；

● 平衡在对应的电气元件48的两个或更多个中的电流；

● 反转在对应的电气元件48或对应的电气元件48的至少一个中的电流。

在DC电网中在各种电网节点与DC功率传输线之间的互连性准许每个电流控制器30、32、34直接控制在每个对应的电气元件48中的电流，但也间接控制在一个或更多个其它电气元件48中的电流。因此，可操作每个电流控制器30、32、34，以控制在多个互连的电气元件48的一个或更多个中，而不是仅每个对应的电气元件48中的电流，以便控制在DC电网中的电流。

在DC电网中每个电流控制器30、32、34的配置和电流控制组合件的连接使每个电流控制器30、32、34能够在相应电流控制范围内选择性地控制在每个对应的电气元件48中的电流。相应的电流控制范围可根据每个电流控制器30、32、34的物理操作限制和根据DC电网的操作条件而变化。例如，相应的电流控制范围可随下列而变化：

● DC电网中的功率流条件；

● 每个对应的电气元件48的操作电压；

● 每个对应的电气元件48的操作电流；

● 对应的电流控制器30、32、34的操作电压限制；和/或

● 对应的电流控制器30、32、34的操作电流限制。

控制单元50配置成例如通过光纤缆线与每个电流控制器30、32、34进行通信，并且还配置成选择性地控制双向开关36、38的切换以便操作每个电流控制器30、32、34。

如图6中所示，控制单元50配置成提供电流参考到相应的局部控制子单元52，其又配置成选择性地控制双向开关36、38的切换以便操作对应的电流控制器30、32、34。在与控制单元50的通信失效（例如，缺少电流参考）的情况下，每个局部控制子单元52测量连接到对应的电流控制器30、32、34的DC功率传输线中的电流，并且操作电流控制器30、32、34以控制在每个对应的电气元件48中的电流低于预定义的电流限制来防止过电流的发生。这为电流控制组合件提供了确保DC电网未暴露于超过预定义的电流限制的过电流的可靠方式。

每个局部控制子单元52也配置成为控制单元50提供有关对应的电压源40的最大操作电压限制的信息。

电流控制组合件控制DC电网中的电流的操作如下参照图7和8所述。

电网电压调节由连接到在400 kV的第一电网节点的转换器执行。在第二电网节点处离开DC电网的功率P2是400 MW。在第三电网节点处离开DC电网的功率Ps是300 MW。

在DC电网的正常操作期间，在DC电网中的电流根据流过DC电网的功率量来确定，并且根据其相对线路阻抗在DC功率传输线之间分布。在此阶段，在电网节点和DC功率传输线中的每个处或在其中的电流处在正常操作电流水平（或在正常操作电流范围内）。这避免控制在DC电网中的电流以应用任何纠正措施的需要。

在DC电网的功率流条件中的变化的情况下，可要求以电流控制形式的纠正措施以便满足DC电网的一个或更多个电流控制要求，例如将在DC电网中的电流恢复到其正常水平，或者防止发生不合需要的事件，例如电气传输拥塞。将领会的是，在此说明书中提供的电流控制要求的示例意图是非限制性的，并且其它电流控制要求可适用。

使用图5中示出的等效模型的功率流分析，控制单元50计算相应的电流控制范围，在其内每个电流控制器30、32、34能够控制在每个对应的电气元件48中的电流。假设每个电压源40的最大操作电压限制设置在4000 V，并且电流反向不准许发生在任何DC功率传输线中。

图7比较在旁路每个电流控制器30、32、34的电压源40时在DC功率传输线中流动的电流和计算的电流控制范围。

在旁路每个电流控制器30、32、34的电压源40时，在第一DC功率传输线中的流动的电流

为903 A，在第二DC功率传输线中流动的电流

为-100A，并且在第三DC功率传输线中流动的电流

为853 A。

关于第一电流控制器30，用于第一DC功率传输线的电流控制范围是52 A到1717A，用于第二DC功率传输线的电流控制范围是-938.1 A到739 A，并且用于第三DC功率传输线的电流控制范围是17 A到1682 A。

关于第二电流控制器32，用于第一DC功率传输线的电流控制范围是70.68 A到1005 A，用于第二DC功率传输线的电流控制范围是752 A到1695 A，并且用于第三DC功率传输线的电流控制范围是-939 A到0 A。

关于第三电流控制器34，用于第一DC功率传输线的电流控制范围是430 A到1005A，用于第二DC功率传输线的电流控制范围是752.7 A到1330A，并且用于第三DC功率传输线的电流控制范围是-571.8 A到0 A。

从图7中能够看到，每个电流控制器30、32、34具有对应于在每个DC功率传输线中流动的电流

（即，电流控制范围与DC电网的电流控制要求对应）的电流控制范围，并且因此控制单元50能够为控制在一个或更多个电气元件48中的电流的操作选择第一、第二和第三电流控制器30、32、34的任何一个，以便根据DC电网的电流控制要求来控制在DC电网中的电流。

优选的是，控制单元50选择具有对应于DC电网的电流控制要求的最大电流控制范围的电流控制器30、32、34。如图7中所示，第一电流控制器30具有最大电流控制范围。选择具有最大电流控制范围的电流控制器30、32、34准许更宽的电流变化，并且由此提供相对于DC电网中的电流的控制的更大灵活性。如果出于某一原因，第一电流控制器30不可用于控制DC电网中的电流，则控制单元50为控制在一个或更多个电气元件48中的电流的操作选择具有下一个最高电流控制范围的另一电流控制器32，以便根据DC电网的电流控制要求来控制在DC电网中的电流。

图8展示在图7中示出的计算的电流控制范围的限制的每个电流控制器30、32、34的操作电压。从图8中能够看到，第一电流控制器30到达在其电流控制范围的两端的4000 V的其操作电压限制。然而，第二和第三电流控制器32、34中的每个未到达在相应的电流控制范围的两端的其电压限制，因为其相应的电流控制范围由在DC电网中的其位置和在那个位置处的关联操作条件限制。

图9图示基于对应于DC电网的电流控制要求的其组合的电流控制范围来选择多个电流控制器30、32、34。

在旁路每个电流控制器30、32、34的电压源40时，在第一DC功率传输线中的流动的电流112为903 A，在第二DC功率传输线中流动的电流

为-100A，并且在第三DC功率传输线中流动的电流

为853 A。

DC电网的电流控制要求可包含将在第一DC功率传输线中流动的电流

降低到零或实质上为零，例如，以使第一DC功率传输线停止服务。将在第一DC功率传输线中流动的电流

降低到零导致功率在通过第二和第三DC功率传输线的径向路径中流动，由此第三DC功率传输线携带1756 A的最大系统电流。

类似地，DC电网的另一电流控制要求可包含将在第三DC功率传输线中流动的电流

降低到零或实质上为零，例如，以使第三DC功率传输线停止服务。将在第三DC功率传输线中流动的电流

降低到零导致功率在通过第一和第二DC功率传输线的径向路径中流动，由此第一DC功率传输线携带1756 A的最大系统电流。

关于第一电流控制器30，用于第一DC功率传输线的电流控制范围是52 A到1717A，用于第二DC功率传输线的电流控制范围是-938.1 A到739 A，并且用于第三DC功率传输线的电流控制范围是17 A到1682 A。因此，关于第一电流控制器30的电流控制范围不足以将在第一和第三DC功率传输线中流动的任一电流

降低到零或实质上为零。

为将在第一和第三DC功率传输线中流动的任一电流

降低到零，能够基于其组合的电流控制范围来选择多个电流控制器30、32、34以组合地操作。例如，如图9中所示，与第二电流控制器32组合地在其操作限制操作第一电流控制器30导致组合的电流控制范围，其准许将在第一和第三DC功率传输线中流动的任一电流

、

分别降低到0.9 A和2.3 A，即，实质上为零，这又准许操作线路隔离器以使相应的DC功率传输线停止服务。因此，第一和第三电流控制器30、34具有不仅对应于在第一和第三DC功率传输线中流动的电流

、

，而且对应于将在第一和第三DC功率传输线中流动的任一电流

、

降低到零的要求的组合的电流控制范围。

在此示例中，第一电流控制器30到达在组合的电流控制范围的两端的其操作电压限制4000 V，而第二电流控制器到达在组合的电流控制范围的一端的400 V操作电压和在组合的电流控制范围的另一端的-3000 V。

一旦线路隔离器已打开第一或第三DC功率传输线，第一、第二和第三电流控制器30、32、34便配置成旁路其相应的电压源40，其中在DC电网中新功率流平衡采取径向功率流形式。

控制单元50基于其电流控制范围或其组合的电流控制范围来选择多个电流控制器30、32、34的至少一个的能力意味着不要求控制单元50具有关于使用的所述或每个类型的电流控制器30、32、34的详细信息，因此准许在多供应商环境中电流控制组合件的实现。

如上提及的，每个电流控制器30、32、34的电流控制范围可随DC电网的功率流条件中的变化而变化。

在每个以下示例中，电网电压调节由连接到在400 kV的第一电网节点的转换器执行。

在配置DC电网，使得在第一电网节点处离开DC电网的功率P1是700 MW，在第二电网节点处进入DC电网的功率P2是400 MW，并且在第三电网节点处进入DC电网的功率P3是300 MW时，第一电流控制器30具有在多个电流控制器30、32、34当中的最大电流控制范围。

在配置DC电网，使得在第一电网节点处离开DC电网的功率P1是100 MW，在第二电网节点处进入DC电网的功率P2是400 MW，并且在第三电网节点处离开DC电网的功率P3是300 MW时，第二电流控制器32具有在多个电流控制器30、32、34当中的最大电流控制范围。

在配置DC电网，使得在第一电网节点处进入DC电网的功率P1是100 MW，在第二电网节点处离开DC电网的功率P2是400 MW，并且在第三电网节点处进入DC电网的功率P3是300 MW时，第二电流控制器32具有在多个电流控制器30、32、34当中的最大电流控制范围。

在配置DC电网，使得在第一电网节点处离开DC电网的功率P1是-800 MW，在第二电网节点处进入DC电网的功率P2是600 MW，并且在第三电网节点处进入DC电网的功率P3是200 MW时，第一电流控制器30具有在多个电流控制器30、32、34当中的最大电流控制范围。

因此，DC电网的功率流条件中的变化能够促使选择不同的电流控制器30、32、34用于控制在DC电网中的电流。

图2的电流控制组合件的配置因此不仅准许在DC电网中的电流的控制，而且准许在DC电网中的电流的控制的优化。更具体地说，控制单元50选择具有对应于DC电网的一个或更多个电流控制要求的电流控制范围或组合的电流控制范围的多个电流控制器30、32、34的至少一个的能力准许将控制在电气网络中的电流的任务分布到多个电流控制器30、32、34的一个或一些控制器，而不是所有控制器。这避免了多于为满足DC电网的一个或更多个电流控制要求而要求的操作的多个电流控制器30、32、34的不必要操作，因此降低了操作损耗，并且由此改进了电流控制组合件的效率。

在本发明的其它实施例中，设想了每个电流控制器组合件的配置可变化。例如，只要电流控制器是可操作的以将电压降注入到对应的电气元件中并且旁路所述或每个电压源，在给定的电流控制器中的电压源和旁路控制元件的数量便可变化。例如，一个或更多个附加开关可与在第一与第二端子之间的电压源连接，以准许将电压源接入和切换出在第一与第二端子之间的电路。

图10和11以示意方式示出电流控制器30、32、34的变体54。变体54在结构和操作上类似于图3和4的电流控制器30、32、34，并且相似的特征共用相同的参考数字。

变体54不同于图3和4的电流控制器30、32、34，因为在变体中：

• 第一双向开关36操作地连接在第一与第三端子42、46之间；

• 第二双向开关38操作地连接在第一与第二端子42、44之间；以及

• 电压源40连接在第二与第三端子44、46之间，

变体54的双向开关36、38能够被控制，以切换到第一切换状态，以便准许在第一与第三端子42、46之间的电流和阻止在第一与第二端子42、44之间的电流。这导致如由电压源40提供的电压降被注入到第二电气元件48中，并且由此导致电流被引导通过在第二与第三端子44、46之间的电压源40。

变体54的双向开关36、36,38能够被控制，以切换到第二切换状态，以便准许在第一与第二端子42、44之间的电流和阻止在第一与第三端子42、46之间的电流。这导致如由电压源40提供的电压降被注入到第三电气元件48中，并且由此导致电流被引导通过在第二与第三端子44、46之间的电压源40。

变体54的双向开关36、38能够被控制，以切换到第三切换状态，以便准许在第一与第二端子42、44之间的电流和准许在第一与第三端子42、46之间的电流。这导致在第一端子42与第二和第三端子44、46中的每个之间形成相应的电流旁路路径，以在使用中允许在变体54中的相应的电流旁路电压源40。因此，电压降未被注入到第二和第三电气元件48的任一个，并且因此电流未被引导通过在第二与第三端子44、46之间的电压源40。

将领会的是，只选择图2中示出的电流控制组合件的配置以便图示本发明的工作，并且在DC电网中被连接时，电流控制组合件可以以不同方式配置。例如，参照图2，电流控制组合件可只包含三个电流控制器30、32、34中的两个控制器而不是所有三个电流控制器30、32、34。

图12示出电流控制组合件变体的等效模型，其中在每个电网节点处连接的每个电流控制器配置成能够在使用中选择性地将正和负电压降注入到每个对应的电气元件（即，关联电网符号和DC功率传输线），以便控制在所述或每个对应的电气元件中的电流。此种电流控制组合件可在具有高动态功率流条件的DC电网中使用。

由此可见，在具有更低动态功率流条件的DC电网中，通过降低电流控制器的数量和/或降低一个或更多个电流控制器的电压降注入能力（例如，配置给定的电流控制器以能够只注入正或负电压降和/或能够将电压降注入到更少数量的电气元件中），能够简化电流控制组合件的配置。

控制单元50可还包含配置成检测在多个互连的电气元件的每个中的相应的电流方向的电流检测器单元（其可包含多个电流传感器），其中控制单元配置成选择具有对应于在所述或每个对应的电气元件中的所述或每个相应的电流方向的电流控制范围或组合的电流控制范围的多个电流控制器的至少一个。电流检测器单元的提供为控制单元提供有关在多个互连的电气元件中的电流方向的信息，并且由此使控制单元能够在选择具有对应于DC电网的一个或更多个电流控制要求的电流控制范围或组合的电流控制范围的多个电流控制器的至少一个时将此类信息考虑在内。

因此，对于在多个互连的电气元件48的每个中的电流方向的给定集，在图12中示出的等效模型能够简化成在图5中示出的等效模型。

也将领会，只选择图1的DC电网的拓扑以便帮助图示根据本发明的电流控制组合件的工作，并且根据本发明的电流控制组合件可适用于其它DC电网拓扑，并且也可适用于其它类型的电气电路。

Claims

1.一种电流控制组合件，用于控制在多个互连电气元件的电气网络中的电流，所述电流控制组合件包括：

多个电流控制器，每个电流控制器可连接到所述多个互连电气元件的至少一个，每个电流控制器配置成可操作以在相应的电流控制范围内选择性地控制所述多个互连电气元件的至少一个中的电流；

控制单元，配置成与所述多个电流控制器的每个进行通信，

其中，所述控制单元配置成：

选择所述多个电流控制器的至少一个，其具有与所述电气网络的一个或更多个电流控制要求对应的电流控制范围或组合的电流控制范围；以及

操作选择的电流控制器或每个选择的电流控制器以控制在所述多个互连电气元件的至少一个中的电流，以便根据所述电气网络的电流控制要求或每个电流控制要求来控制所述电气网络中的电流，

其中，所述相应的电流控制范围随对应电流控制器的操作电压限制或每个操作电压限制和/或对应电流控制器的操作电流限制或每个操作电流限制而变化，并且

其中，所述控制单元还配置成：

计算所述相应的电流控制范围，在所述相应的电流控制范围内每个电流控制器能够控制每个对应电气元件中的电流，所述计算通过使用所述电气网络的等效模型的功率流分析而执行。

2.如任何前述权利要求所述的电流控制组合件，其中所述控制单元配置成选择所述多个电流控制器的至少一个，其具有与所述电气网络的一个或更多个电流控制要求对应的最大电流控制范围或最大组合的电流控制范围。

3.如任何前述权利要求所述的电流控制组合件，其中所述相应的电流控制范围还随下列而变化：

所述电气网络中的功率流条件；

对应电气元件或每个对应电气元件的操作电压；和/或

对应电气元件或每个对应电气元件的操作电流。

4.如任何前述权利要求所述的电流控制组合件，其中每个电流控制器配置成：可操作以选择性地修改对应电气元件或对应电气元件中至少一个的阻抗，以便控制在所述多个互连电气元件的至少一个中的电流。

5.如权利要求4所述的电流控制组合件，其中所述多个电流控制器的至少一个包含至少一个电压源，并且配置成可操作以选择性地在使用中将电压降注入到对应电气元件或对应电气元件中至少一个，以便控制在所述多个互连电气元件的至少一个中的电流。

6.如权利要求5所述的电流控制组合件，其中所述多个电流控制器的所述至少一个还包含至少一个旁路控制元件，所述旁路控制元件布置成可操作以选择性地形成电流旁路路径以便在使用中允许在对应电流控制器中的电流旁路所述电压源。

7.如任何前述权利要求所述的电流控制组合件，其中从包含下列的功能的群组中选择在所述多个互连电气元件的至少一个中的电流的控制，以便根据所述电气网络的电流控制要求或每个电流控制要求来控制所述电气网络中的电流：

增大或降低在所述多个互连电气元件的一个或更多个中的电流；

限制在所述多个互连电气元件的一个或更多个中的电流低于预定义的电流限制；

将在所述多个互连电气元件的一个或更多个中的电流降低到零或实质上为零；

平衡在所述多个互连电气元件的两个或更多个中的电流；

反转在所述多个互连电气元件的一个或更多个中的电流。

8.如任何前述权利要求所述的电流控制组合件，其中所述控制单元还包含电流检测器单元，所述电流检测器单元配置成检测在所述多个互连电气元件的每个中的相应电流方向，其中所述控制单元配置成选择所述多个电流控制器的至少一个，其具有与在所述多个互连电气元件的至少一个中的相应电流方向或每个相应电流方向对应的电流控制范围或组合的电流控制范围。

9.如任何前述权利要求所述的电流控制组合件，其中所述多个电流控制器的至少一个配置成：在与所述控制单元的通信失效的情况下，控制在对应电气元件或每个对应电气元件中的电流低于预定义的电流限制。

10.一种电气网络，包括：

多个互连电气元件；

如任何前述权利要求所述的电流控制组合件，每个电流控制器连接到所述多个互连电气元件的至少一个。