CN107851528A - 电气总成 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于在电气系统中使用的电气总成。所述电气总成包括DC路径。所述DC路径包括：DC输电介质；以及电流换向装置(212)，所述电流换向装置(212)包括开关元件(214)和能量吸收元件(216)，所述开关元件(214)被布置以准许在使用中流过所述DC路径的电流流过所述开关元件(214)，且同时绕过所述能量吸收元件(216)，其中所述电气总成进一步包括控制单元(220)，用于选择性控制所述开关元件(214)的开关以将所述电流直接从所述开关元件(214)换向到所述能量吸收元件(216)，以便增大由通过连接所述电流换向装置的所述DC路径的直流的流动造成的所得电压降，且由此抵抗通过所述DC路径的电流流动。

Description

电气总成
技术领域
本发明涉及一种电气总成和一种电气系统，尤其涉及一种高压直流(HVDC)输电网络。
背景技术
电气系统可包括经由一或多个载流导体连接到负载的诸如电池的电源，或使用载流导体的网络连接到多个负载的多个电源。
电气系统的实例为需要HVDC转换器的多端子互连的DC电网，借此可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。每一HVDC转换器充当源或储集器以在按需要交换功率的同时维持DC电网的总输入到输出功率平衡。DC电网依赖于DC输电线或电缆的网络来实现HVDC转换器的多端子互连。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于在电气系统中使用的电气总成，所述电气总成包括DC路径，所述DC路径包括：
DC输电介质；和
电流换向装置，所述电流换向装置包括开关元件和能量吸收元件，所述开关元件被布置以准许在使用中流过所述DC路径的电流流过所述开关元件且同时绕过所述能量吸收元件，
其中所述电气总成进一步包括控制单元，用于选择性控制所述开关元件的开关，将所述电流直接从所述开关元件换向到所述能量吸收元件，以便增大由通过连接所述电流换向装置的所述DC路径的直流的流动造成的所得电压降，且由此抵抗所述电流通过所述DC路径的所述流动。
DC输电介质可以是能够在两个或更多个电气元件之间传输电力的任一介质。此介质可以是但不限于海底DC输电电缆、架空DC输电线或电缆和地下DC输电电缆。
电流通过所述DC路径的流动导致可改变DC输电介质和相关联的DC电气系统中的电流的流动的电压降。电流的流动的此改变可导致所述DC输电介质或与其连接的任一其它DC输电介质的过载，即，可使所述DC输电介质或与其连接的任一其它DC输电介质在超出其额定条件的情况下操作。
电流换向装置和控制单元在电气总成中的提供使流过DC路径和由此流过开关元件的电流能够直接换向到能量吸收元件。流过从开关元件到能量吸收元件的DC路径的电流的换向导致DC路径的视在电阻的增大，这具有抵抗DC路径中的电流的流动和由此部分或完全重新引导(或分流)电流到相关联的DC电气系统中的一个或多个其它DC传输路径内的效应，因此避免了由DC输电介质的过载造成的不合需要的效应。
将了解，电流换向装置和电气总成未被配置为能够破坏流过DC路径的电流，即，电流换向装置或电气总成都不是断路器。因此，不存在对于电流换向装置或其组件中的任一个具有高额定电压以使其或电气总成破坏流过DC路径的电流的要求。
取而代之，电流换向装置优选地被配置以具有额定电压，所述额定电压使能量吸收元件能够增大由直流通过连接电流换向装置的DC路径的流动造成的所得电压降，且由此抵抗电流通过DC路径的流动。
举例来说，在具有320kV的工作额定电压和1.5kA的满负载额定电流的DC电气系统中，DC输电介质可具有200km的长度、1kA的工作额定电流和320kV的工作额定电压。这导致DC输电介质具有大致2.4Ω的电阻，这给出(在对于DC输电介质的额定满载下)大致2.4kV的电压降，这是在确定本发明的电流换向装置的额定电压过程中的主要因素。在这些情形下，电流换向装置的示范性额定电压可为2kV到4kV，它比DC输电介质的工作额定电压小大致两个数量级。
电流换向装置的额定电压以此方式的配置不仅准许使用相对小且低成本的电流换向装置，而且当与电气系统中的总损失相比时，导致电流换向装置中的可忽略的损失。
在本发明的电气总成中，DC路径可进一步包括：连接到DC输电介质的机械开关；和被配置以选择性操作机械开关以将DC输电介质从电路断开的控制器。所述控制单元可被编程以选择性控制开关元件的开关以将电流直接从开关元件换向到能量吸收元件以由此迫使DC输电介质中的电流下降到准许在控制器操作机械开关以将DC输电介质从电路断开前安全断开机械开关的值。
所述控制单元可被编程以选择性控制开关元件的开关以将电流直接从开关元件换向到能量吸收元件以由此迫使DC输电介质中的电流下降到准许在控制器操作机械开关以将DC输电介质从电路断开前无弧断开机械开关的值。
这导致机械开关的改善的操作以将DC输电介质从电路断开，这是由于不存在对于机械开关中的电弧的形成的需求。这不仅准许机械开关的负载的减小，而且允许机械开关的更简单设计。
本发明的替代方案将会依赖于机械开关中的电弧的形成，其中电弧电压提供反电动势(EMF)以抵抗电流通过DC路径的流动。本发明的第二替代方案将会与机械开关并联地连接谐振电路和电涌放电器中的每一个，其中机械开关中的电弧的形成触发谐振电路中的谐振，且其中反EMF是在电弧熄灭后由电涌放电器产生。在两个替代方案中，机械开关必须经受若干毫秒的电弧作用，其中峰值电弧电流达到换向的电流的值的两倍。电弧作用不仅产生大量的热量，而且造成机械开关的表面接触区域的点蚀。因此，设计需要处理电弧作用负载的机械开关可比设计可操作以在无弧条件下断开的机械开关困难且昂贵。
控制单元可被编程以选择性控制开关元件的开关以将电流直接从开关元件换向到能量吸收元件，以由此在控制器操作机械开关以将DC输电介质从电路断开前衰减DC路径中存在的任何功率振荡。
这导致机械开关的改善的操作以将DC输电介质比电路断开，这是由于可间接减小DC路径中的电流以衰减将另外妨碍机械开关安全地断开的能力的在DC路径中存在的任何功率振荡。当在不妨碍例如网状DC电气系统的相关联的DC电气系统中的电力的流动的情况下将电流减小到零困难和/或不切实际时，这可特别有益。
并且，通过配置电流换向装置以实现电流从开关元件到能量吸收元件的直接换向，电气总成能够快速响应减小DC路径中的电流的需求，例如，在DC输电介质中有故障的情况下。这又减小在将DC输电介质从电路断开过程中的时间延迟。
将DC输电介质从电路断开的要求还可在非故障情况下引起，非故障情况可包括例如出于传输安全原因的DC输电介质维护或隔离的操作情况。
根据本发明的电气系统的配置因此使电流换向装置和机械开关的协调操作能够将DC输电介质从电路断开，同时最小地影响电气系统中的其余部分，因此准许电气系统中的其余部分在不中断的情况下继续正常服务。
本发明的一个替代方案将为断开DC断路器以在检测到故障且识别其位置后中断有故障的DC输电介质中的电流的流动。虽然DC断路器的使用准许隔离有故障的DC输电介质以允许电气系统中的其余部分继续其操作，但当与本发明的电气总成相比时，目前可用的DC断路器倾向于相对大、笨重且昂贵。
本发明的另一替代方案将为通过操作相关联的转换器以阻挡电力的流动，或通过如果相关联转换器属于非阻挡类型，那么断开在外部源与转换器之间连接的一个或多个AC断路器，来阻挡电力从一个或多个外部源到电气系统内的流动。这最终允许将有故障的DC输电介质中的电流减小到零，且由此允许将电气系统中的其余部分恢复到正常服务。然而，电流将临时呈在DC电气系统的系统电感中“捕获”的能量的形式，且继续持续到电流通过在DC电气系统中的耗散损失而衰减为止。在DC电气系统中流通的电流通常花费数百毫秒衰减到将准许输电的重新起动的足够低的值。在流通电流中的衰减与相关联于断开和重新闭合在外部源与转换器之间连接的断路器的延迟需要的时间的组合可导致电气系统中的传输能力损失的显著周期。这又将对连接到所述电气系统的其它电气系统和其组件具有不合需要的后果。
本发明的再一替代方案将为配置电气系统以准许从±1p.u.的对称电压到2p.u.和0p.u.的不对称电压的移位，且依赖于转换器的控制动作以将在有故障的DC输电介质中流动的电流减小到零。在这些条件下，电气系统与地面之间的故障被认为是高阻抗故障，且流入到故障内的电流相对小。一旦检测到故障的位置，那么可接着使用转换器的控制动作迫使有故障的DC输电介质中的电流为零，随后操作例如AC断路器的机械开关设备以断开连接有故障的DC传输路径。然而，以此方式迫使电流为零需要与电气系统相关联的所有转换器的协调，因此需要复杂且昂贵的通信系统以实现协调的性能。此外，对于电气系统的某些拓扑，可能难以实施此通信系统。此外，在显著时间周期内，电气系统在两倍标称电压下的操作将需要所有其组件和相关联的转换器被合适地评定以处置两倍的标称电压，因此导致电气系统的增大的大小、重量和成本。
根据本发明的电气系统的配置提供用于减少最小化或避免对于前述替代方案中的任一个的需求的DC输电介质中的电流的流动的可靠方式，因此去除其相关联的劣势。
此外，根据本发明的电气系统的配置不需要所有其组件和相关联的转换器被合适地评定以处置两倍的标称电压。
此外，电流换向装置直接将电流直接从开关元件换向到能量吸收元件的操作可任选地独立于形成电气系统的部分或与电气系统相关联的转换器的操作进行。当在DC电气系统中的转换器之间存在多个替代性和/或平行的DC路径时，情况通常如此，所述DC电气系统可呈网状或网格系统的形式)。
或者，电流换向装置直接将电流直接从开关元件换向到能量吸收元件的操作可任选地随着形成电气系统的部分或与电气系统相关联的转换器的操作的小改变而进行。当DC路径界定转换器(或一群转换器)与DC电气系统中的其余部分之间的例如径向连接的单个连接时，情况通常如此。
机械开关可并入到各种DC开关设备内。举例来说，DC路径可包括DC开关设备、形成DC开关设备的部分的机械开关，和/或机械开关可为隔离开关(又称为隔离器)。
电流换向装置的配置可取决于电气系统的要求而变化。
任选地，在使用机械开关的用途的实施例中，电流换向装置可与机械开关串联连接。此布置提供协调电流换向装置与机械开关的操作的可靠方式，以将DC输电介质从电路断开。
在本发明的实施例中，开关元件可为电子开关元件和/或半导体开关元件。这进一步增强了电气总成快速响应控制DC路径中的电流的需求的能力。所述开关元件可包括单个开关装置或多个开关装置，例如，多个串联连接的或并联连接的开关装置。
在本发明的另外实施例中，能量吸收元件可包括线性电阻器和/或非线性电阻器。能量吸收元件中的线性电阻器和/或非线性电阻器的数目可取决于DC路径中的电流的所需控制而变化，例如，DC路径中的电流的所需改变速率。
能量吸收元件的额定值由额定直流、DC输电介质的电阻和电流换向装置的操作所需的时间确定。举例来说，1.5kA的额定直流、2.4Ω的DC输电介质的电阻和100ms的电流换向装置的操作所需的时间将产生大致540kJ的能量吸收元件的额定值。在实践中，能量吸收元件的额定值可较小，但仍在数百kJ的范围中。
在本发明的再另外实施例中，能量吸收元件可与开关元件并联连接。能量吸收元件和开关元件的此布置提供直接将电流从开关元件换向到能量吸收元件的可靠方式。
电气总成的组件可在布置上有变化。
在本发明的实施例中，电流换向装置可与DC输电介质串联连接。在使用机械开关的用途的此类实施例中，电流换向装置可用以间接地迫使DC输电介质中的电流下降到准许在控制器操作机械开关以将DC输电介质从电路断开前安全断开机械开关的值，且在控制器操作机械开关以将DC输电介质从电路断开前衰减存在于DC路径中的任何功率振荡。
在本发明的另外实施例中，DC路径可进一步包括可操作地连接到DC输电介质的额外DC输电介质。
在使用机械开关的用途的此类实施例中，电流换向装置可与额外DC输电介质串联连接。在此类实施例中，电流换向装置可用以间接地迫使额外DC输电介质中的电流下降到准许在控制器操作机械开关以将额外DC输电介质从电路断开前安全断开机械开关的值，且在控制器操作机械开关以将额外DC输电介质从电路断开前衰减存在于DC路径中的任何功率振荡。
在其它此类实施例中，DC路径可进一步包括额外电流换向装置，所述电流换向装置和额外电流换向装置分别与DC输电介质和额外DC输电介质串联连接。
在使用机械开关的用途的此类实施例中，电流换向装置可用以间接迫使DC输电介质中的电流下降到准许在控制器操作机械开关以将DC输电介质从电路断开前安全断开机械开关的值，且额外电流换向装置可用以在控制器操作机械开关以将DC输电介质从电路断开前衰减存在于DC路径中的任何功率振荡。
在其它此类实施例中，额外电流换向装置可用以间接地迫使DC输电介质中的电流下降到准许在控制器操作机械开关以将额外DC输电介质从电路断开前安全断开机械开关的值，且电流换向装置可用以在控制器操作机械开关以将DC输电介质从电路断开前衰减存在于DC路径中的任何功率振荡。
因此，电流换向装置与额外电流换向装置可独立于彼此且根据其相应的电流控制负载而优化。
在使用机械开关的用途的实施例中，两个电流换向装置可用以迫使DC输电介质中的电流下降到准许在控制器操作机械开关以将DC输电介质从电路断开前安全断开机械开关的值，和/或两个电流换向装置可用以在控制器操作机械开关以将DC输电介质从电路断开前衰减存在于DC路径中的任何功率振荡。
在本发明的实施例中，控制单元可被编程以选择性将开关元件接通和切断多次以控制电流直接从开关元件到能量吸收元件的换向。重复地接通和切断开关元件导致DC路径的视在电阻的受控制的变化。可执行此变化以修改DC路径中的电流的流动。举例来说，鉴于功率振荡的时变本质，可接通和切断开关元件多次以衰减DC路径中存在的一个或多个功率振荡。
任选地，DC路径可进一步包括电流旁路装置，其被布置以准许电流旁路路径的选择性形成，且电流旁路路径在形成时准许在使用中流过DC路径的电流流过电流旁路路径，且同时绕过电流换向装置。这准许在高故障电流条件下或当电流换向装置有故障时绕过电流换向装置。
根据本发明的第二方面，提供一种电气系统，其包括：
多个互连的DC传输路径；和
根据任一前述权利要求所述的电气总成，所述多个互连的DC传输路径中的一个包括所述电气总成的所述DC路径，
其中所述控制单元被编程以选择性控制所述开关元件的开关以将所述电流直接从所述开关元件换向到所述能量吸收元件以便增大由通过连接所述电流换向装置的所述DC路径的直流的流动造成的所得电压降，且由此抵抗所述电流通过所述DC路径的所述流动以将所述电流从所述DC路径换向到所述其它DC传输路径或所述其它DC传输路径中的至少一个。
所述多个互连的DC传输路径可被布置使得由通过所述多个互连的DC传输路径中的所述或每一其它者的直流的流动造成的所述电压降独立于所述电流换向装置的控制以增大由通过所述DC路径的直流的所述流动造成的所得电压降。
此电气系统可以是例如包括多个DC端子的多端子DC电气网络，借此每一DC传输路径连接于多个DC端子之间，或可以是HVDC站。
本发明的电气系统可包括根据本发明的第一方面的实施例中的任一个的多个电气总成，其中多个互连的DC传输路径中的每一个包括所述多个电气总成的DC路径中的相应一个，
其中所述多个互连的DC传输路径被布置使得由通过所述多个DC路径中的每一个的直流的流动造成的所述电压降独立于所述相应电流换向装置的控制以增大由通过所述多个DC路径中的所述或每一其它者的直流的所述流动造成的所得电压降。
在此类实施例中，可同时操作多个电流换向装置以控制电流在各种DC路径之间的重新分布。
以上参考本发明的第一方面描述的对应的优势加以必要修正，适用于本发明的第二方面。
附图说明
现将参见附图借助于非限制性实例来描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1示意性地示出根据本发明的第一实施例的呈DC电网的形式的电气系统；
图2示意性地示出图1中的DC电网的部分的根据本发明的第二实施例的电气总成；并且
图3示意性地示出根据本发明的第三实施例的呈HVDC输电站形式的电气系统。
具体实施方式
根据本发明的第一实施例的呈DC电网的形式的电气系统示于图1中，且通常由参考数字200标示。
DC电网200包括多个DC端子202，和多个DC输电线204a、204b、204c。在使用中，每一DC端子202操作性地连接到相应AC-DC转换器206的DC侧，所述DC侧又连接到相应AC电气网络208、209。
在图1中所示的实施例中，第一DC输电线204a被布置以互连第一DC端子202与第二DC端子202，第二DC输电线204b被布置以互连第一DC端子202与第三DC端子(未示出)，且第三DC输电线204c被布置以互连第二DC端子202与第四DC端子(未示出)。
每一DC输电线204a、204b、204c的每一端与相应隔离开关210串联连接。在使用中，可操作每一隔离开关210断开，用于当在对应的DC输电线204a、204b、204c中流动的电流处于零或大体上零的电流阈值，即准许安全断开每一隔离开关210的值时，选择性阻挡电流在对应的DC输电线204a、204b、204c中流动。
每一DC输电线204a、204b、204c与对应的隔离开关210的每一串联连接进一步与相应的电流换向装置212串联连接，用于界定相应电气总成。
如图2中所示，每一电流换向装置212包括与能量吸收元件216并联连接的开关元件214。开关元件214包括呈绝缘栅双极晶体管(IGBT)的形式的一对反向串联连接的开关装置，通过每一IGBT与反并联的二极管并联连接。能量吸收元件216包括电涌放电器，例如，氧化锌电涌放电器。
设想在本发明的其它实施例中，每一开关元件214中的开关装置的数目可变化，和/或每一电流换向装置212中的能量吸收元件216的数目可变化。进一步设想，在本发明的再其它实施例中，开关元件214可替换或另外包括不同开关装置，例如IGBT、IGCT、GTO、其它自换向开关装置等，和/或能量吸收元件216可取而代之或另外包括另一类型的非线性电阻器和/或线性电阻器。
每一电气总成进一步包括相应的控制器218，其配置以选择性操作对应的隔离开关210以断开连接对应的DC输电线204。每一控制器218可为可编程的以操作对应的隔离开关210，或可被配置以机械操作对应的隔离开关210。
每一电气总成进一步包括控制单元220，其被编程以选择性控制开关元件214的开关，即，选择性接通和关断开关元件214。
还应该认识到，控制器218和控制单元220中的一些或全部可相互分开。将进一步了解，控制器218和控制单元中的一些或全部可相互整合220。
在正常操作期间，DC电网200用以传送电力，例如，经由转换器206和DC输电线204a、204b、204c从海上风电场208到岸上AC系统209。在此正常操作期间，电流流过每一DC输电线204a、204b、204c，且因此也流过每一隔离开关210和每一电流换向装置212。更具体地说，当电流流过给定电流换向装置212时，开关元件214与能量吸收元件216的并联连接意味着当开关元件214接通时，归因于能量吸收元件216的电阻，电流优先流过开关元件214。
故障或其它不正常操作情况可出现于DC电网200中。举例来说，DC电网200的DC输电线204a、204b、204c中的一个可经历极点到地面故障(pole-to-ground fault)。故障或其它不正常操作情况的存在可导致有故障的DC输电线204a、204b、204c中的高故障电流和由此导致的DC电网200中的高故障电流。
为了说明本发明工作的方式的目的，假定第一DC输电线204a为有故障的DC输电线，但应理解，本发明的工作的以下描述加以必要修改，适用于故障出现在其它DC输电线204b、204c中的任一个中。
在本发明的工作的第一实例中，第一DC输电线204a、对应的隔离开关210和对应的电流换向装置212一起界定DC路径。
在于第一DC输电线204a中出现故障后，控制单元220控制开关元件214的开关以断开，和由此将电流直接从开关元件214换向到能量吸收元件216。流过直接从开关元件214到能量吸收元件216的DC路径的电流的换向，可导致由通过DC路径的直流的流动造成的所得电压降和因此具有抵抗DC路径中的电流的流动，且由此使其完全或部分在DC电网200中其它处流动，即完全或部分将电流重新引导到其它DC输电线204b、204c的效应的DC路径的视在电阻的增大。在此实例中，能量吸收元件216的电阻被合适地评定以间接地迫使第一DC输电线204a中的电流下降到准许在控制器218操作隔离开关210以断开连接第一DC输电线204a之前安全断开隔离开关210的值。在此情况下，目标值为零或大体上为零。
同时，第一DC输电线204a中的故障可导致DC路径中的功率振荡的发生。另外或或者，DC路径中的功率振荡可由转换器206或AC电气网路208、209或由在DC电网200中的其它处出现的一或多个故障造成。因此，作为DC路径的电感和电容的结果，直流加一个或更多个振荡分量将在DC路径中流动。虽然功率振荡将自然地随时间衰减，但此衰减可花费相当大量的时间以便妨碍隔离开关210安全地断开以断开连接第一DC输电线204的能力。
鉴于功率振荡的时变本质，控制单元可以按具体频率(其可范围从数Hz到数kHz)任选地接通和关断开关元件214多次以控制电流直接从开关元件214到能量吸收元件216的换向以在控制器218操作隔离开关210以断开连接第一DC输电线204a前衰减存在于DC路径中的功率振荡。按具体频率重复地接通和关断开关元件214导致DC路径的视在电阻的受控制的变化，借此可变化受控制的视在电阻以修改DC路径中的电流的流动。
可随着在例如500Hz的频率下的脉冲宽度调制进行多次接通和关断开关元件214。
当第一DC输电线204a中的故障电流减小到零或大体上零的目标值时，控制器218操作在第一DC输电线204a的两端连接的隔离开关210以断开，和由此阻挡电流在有故障的第一DC输电线204a中流动。
同时，DC电网200中的其余部分能够在不中断的情况下继续其正常服务。
通过配置电流换向装置212以实现电流从开关元件214到能量吸收元件216的直接换向，电气总成能够快速响应控制DC路径中的电流的需求。这又减小在断开连接第一DC输电线204a过程中的时间延迟。
电气总成中的开关元件214的包括不仅准许使用相对小且低成本的开关元件214，而且当与DC电网200中的总损失相比时，导致电流换向装置212中的可忽略的损失。
在本发明的工作的第二实例中，可通过对应于另一DC输电线204b、204c的电流换向装置212的操作来准许在第一DC输电线204a的两端处连接的隔离开关210安全地断开，在所示的实施例中，所述另一DC输电线可为第二DC输电线204b或第三DC输电线204c。在此实例中，第一DC输电线204a、另一DC输电线204b、204c、对应的隔离开关210和对应的电流换向装置212一起界定DC路径。
在第二实例中的本发明的工作等同于在第一实例中的本发明的工作，除了对应于第一DC输电线204a的电流换向装置212的操作由对应于另一DC输电线204b、204c的电流换向装置212的操作代替之外。虽然这仍然导致由通过DC路径的直流的流动造成的所得电压降和因此具有抵抗DC路径中的电流的流动的效应和由此使其在DC电网200中其它处流动的DC路径的视在电阻的增大，但能量吸收元件216的电阻被合适地评定以间接(如与直接相对)迫使第一DC输电线204a中的电流下降到准许在控制器218操作隔离开关210以断开连接第一DC输电线204a前安全断开对应于第一DC输电线204a的隔离开关210的值。可操作对应于另一DC输电线204b、204c的电流换向装置212以增大由通过DC路径的直流的流动造成的所得电压降和因此DC路径的视在电阻，以便在控制器218操作隔离开关210以断开连接第一DC输电线204a前衰减存在于DC路径中的功率振荡。
在本发明的工作的第三实例中，可通过对应于第一DC输电线204a和另一DC输电线204b、204c的两个电流换向装置212的操作来准许在第一DC输电线204a的两端处连接的隔离开关210安全地断开。在此实例中，第一DC输电线204a、另一DC输电线204b、204c、对应的隔离开关210和对应的电流换向装置212一起界定DC路径。
在此实例中，对应于第一DC输电线204a的电流换向装置212的操作由对应于另一DC输电线204b、204c的电流换向装置212的操作补充。
可操作对应于第一DC输电线204a的电流换向装置212以间接地迫使第一DC输电线204a中的电流下降到准许在控制器218操作隔离开关210以断开连接第一DC输电线204a前安全断开对应于第一DC输电线204a的隔离开关210的值，同时可操作对应于另一DC输电线204b、204c的电流换向装置212以增大由通过DC路径的直流的流动造成的所得电压降和因此DC路径的视在电阻，以便在控制器218操作隔离开关210以断开连接第一DC输电线204a前衰减存在于DC路径中的功率振荡。
或者，可操作对应于另一DC输电线204b、204c的电流换向装置212以间接迫使第一DC输电线204a中的电流下降到准许在控制器218操作隔离开关210以断开连接第一DC输电线204a前安全断开对应于第一DC输电线204a的隔离开关210的值，同时可操作对应于第一DC输电线204a的电流换向装置212以增大由通过DC路径的直流的流动造成的所得电压降和因此DC路径的视在电阻，以便在控制器218操作隔离开关210以断开连接第一DC输电线204前衰减存在于DC路径中的功率振荡。
进一步或者，可操作两个电流换向装置212以迫使第一DC输电线204a中的电流下降到准许在控制器218操作隔离开关210以断开连接第一DC输电线204a前安全断开对应于第一DC输电线204a的隔离开关210的值，和/或可操作两个电流换向装置212以增大由通过DC路径的直流的流动造成的所得电压降和因此DC路径的视在电阻，以便在控制器218操作隔离开关210以断开连接第一DC输电线204a前衰减存在于DC路径中的功率振荡。
断开连接给定DC输电线204a、204b、204c的要求还可在非故障情况下引起，非故障情况可包括例如出于传输安全原因的DC输电线维护或隔离的操作情况。
根据本发明的第三实施例的呈HVDC站的形式的电气系统示于图3中，且大体由参考数字300标示。
图3示出HVDC站的单线图，其包括第一极302、第二极304、电极线306和连接于第一极302与电极线306之间的开关阀308。
HVDC站300包括多个DC路径，其中的每一个包括连接到DC输电介质的相应DC开关设备310。所述多个DC开关设备310包括：
●多个旁路开关312，其中的每一个与开关阀308中的相应一个并联连接；
●连接于开关阀308与电极线306之间的中性总线开关314；
●连接于电极线306与地面之间的中性总线接地开关316；
●在电极线306中连接的金属返回转接开关318；和
●连接于电极线306与第一极302与第二极304之间的中点之间的地面返回转接开关320。
每一DC开关设备310在结构上与图2中示出的布置等同，其中每一DC开关设备310包括与电流换向装置212串联连接的机械开关，其中机械开关呈隔离开关210的形式。设想，在本发明的其它实施例中，隔离开关210可由另一类型的机械开关代替。
在使用中，当在对应的DC输电介质中流动的电流处于零或大体上零的电流阈值(即，准许每一隔离开关210的无弧断开的值)时，可通过操作对应的隔离开关210以断开连接对应的DC输电介质来操作每一DC开关设备310断开以选择性阻挡电流在对应的DC输电介质中流动。
每一DC开关设备310与对应的DC输电介质的连接界定相应的电气总成。
每一电气总成进一步包括相应的控制器218，其被配置以选择性操作对应的隔离开关210以断开连接对应的DC输电介质。每一控制器218被配置以机械操作对应的隔离开关210。每一电气总成进一步包括控制单元220，其被编程以选择性控制开关元件214的开关，即，选择性接通和关断开关元件214。
在HVDC站300的操作期间，当对应的DC开关设备310闭合时，直流流过每一DC路径。电流流过闭合的DC开关设备310和对应的DC输电介质，且因此也流过对应的隔离开关210和电流换向装置212。类似于本发明的第一实施例，当电流流过给定电流换向装置212时，开关元件214与能量吸收元件216的并联意味着当接通开关元件214时，归因于能量吸收元件216的电阻，电流优先流过开关元件214。
可能需要断开给定闭合DC开关设备310以将直流换向，作为其正常负载的部分，这可在故障或非故障情况下引起。
如下描述给定闭合DC开关设备310的断开以将直流换向。
一开始，控制单元220控制开关元件214的开关以断开和由此将电流直接从开关元件214换向到能量吸收元件216。流过DC路径的电流直接从开关元件214到能量吸收元件216的换向导致由通过DC路径的直流的流动造成的所得电压降和因此具有抵抗DC路径中的电流的流动且由此使其完全或部分在HVDC站300中其它处流动的效应的DC路径的视在电阻的增大。在此实例中，能量吸收元件216的电阻被合适地评定以间接地迫使对应的DC输电介质中的电流下降到准许在控制器218操作隔离开关210以断开连接对应的DC输电介质前无弧断开对应的隔离开关210的值。在此情况下，目标值为零或大体上为零。
当对应的DC输电介质中的电流减小到零或大体上零的目标值时，控制器218操作隔离开关210以在无弧条件下断开，和因此阻挡电流在对应的DC输电介质中流动，因此有效地断开连接对应的DC输电介质。隔离开关210的断开也提供DC开关设备310的端子之间的高度绝缘。
由于不需要每一DC开关设备310作为断路器操作以破坏流过其的直流，而是仅需要其将直流从对应的DC路径换向到HVDC站300中的其它处，因此当与HVDC站300的标称电压额定值相比时，归因于电流直接从开关元件214到能量吸收元件216的换向的所得电压降的增大相对低。开关元件214的额定电压可被配置为相对小，且可用低数目个开关装置或单个双向开关装置达成。
每一电气总成中的电流换向装置212的包括不仅准许无弧断开每一DC开关设备310的机械开关，而且准许使用相对小且低成本的开关元件214。
此外，能量吸收元件216保护开关元件214免受可在DC开关设备310的操作期间引起的电压尖峰。
将了解，给定电流换向装置212的控制以将流过对应的DC路径的电流直接从开关元件214换向到能量吸收元件216具有抵抗仅在连接给定电流换向装置212的DC路径中的电流的流动的效应。换句话说，多个DC路径被布置使得由通过所述多个DC路径中的每一个的直流的流动造成的电压降独立于相应电流换向装置212的控制以增大由通过所述多个DC路径中的每一其它者的直流的流动造成的所得电压降。
设想，在其它实施例中，每一DC输电线204a、204b、204c可由但不限于以下各者代替：海底DC输电电缆、架空DC输电电缆、地下DC输电电缆或在两个或更多个电气元件之间传输电力的任一DC输电介质。
将了解，电气系统、电气总成和电流换向装置212的拓扑和配置仅被选择以说明本发明的工作，且本发明可适用于电气系统、电气总成和电流换向装置的其它拓扑和配置。

Claims (19)

1.一种电气总成，用于在电气系统中使用，所述电气总成包括DC路径，所述DC路径包括：
DC输电介质；以及
电流换向装置，所述电流换向装置包括开关元件和能量吸收元件，所述开关元件被布置以准许在使用中流过所述DC路径的电流流过所述开关元件，且同时绕过所述能量吸收元件，
其中所述电气总成进一步包括控制单元，用于选择性控制所述开关元件的开关，将所述电流直接从所述开关元件换向到所述能量吸收元件，以便增大由通过连接所述电流换向装置的所述DC路径的直流的流动造成的所得电压降，且由此抵抗所述电流通过所述DC路径的所述流动。
2.根据权利要求1所述的电气总成，其中，所述电流换向装置被配置以具有额定电压，所述额定电压使所述能量吸收元件能够增大由通过连接所述电流换向装置的所述DC路径的直流的所述流动造成的所述所得电压降，且由此抵抗所述电流通过所述DC路径的所述流动。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电气总成，其中，所述DC路径进一步包括：
机械开关，所述机械开关连接到所述DC输电介质；以及
控制器，所述控制器配置为选择性操作所述机械开关，将所述DC输电介质从电路断开，
其中所述控制单元用于选择性控制所述开关元件的所述开关，将所述电流直接从所述开关元件换向到所述能量吸收元件，由此迫使所述DC输电介质中的所述电流下降到准许在所述控制器操作所述机械开关以将所述DC输电介质从电路断开前安全断开所述机械开关的值。
4.根据权利要求3所述的电气总成，其中，所述控制单元用于选择性控制所述开关元件的所述开关，将所述电流直接从所述开关元件换向到所述能量吸收元件，由此迫使所述DC输电介质中的所述电流下降到准许在所述控制器操作所述机械开关将所述DC输电介质从电路断开前无弧断开所述机械开关的值。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的电气总成，其中，所述控制单元用于选择性控制所述开关元件的所述开关，将所述电流直接从所述开关元件换向到所述能量吸收元件，由此在所述控制器操作所述机械开关以将所述DC输电介质从电路断开前衰减存在于所述DC路径中的任何功率振荡。
6.根据权利要求3到5中任一权利要求所述的电气总成，其中，所述DC路径包括DC开关设备，所述机械开关形成所述DC开关设备的部分，和/或其中所述机械开关为隔离开关。
7.根据权利要求3到6中任一权利要求所述的电气总成，其中，所述电流换向装置与所述机械开关串联连接。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电气总成，其中，所述开关元件为电子开关元件和/或半导体开关元件。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电气总成，其中，所述能量吸收元件包括线性电阻器和/或非线性电阻器，和/或其中所述能量吸收元件与所述开关元件并联连接。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电气总成，其中，所述电流换向装置与所述DC输电介质串联连接。
11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电气总成，其中，所述DC路径还包括可操作地连接到所述DC输电介质的额外DC输电介质。
12.根据权利要求11所述的电气总成，其中，所述电流换向装置与所述额外DC输电介质串联连接，或其中所述DC路径还包括额外电流换向装置，所述电流换向装置和所述额外电流换向装置分别与所述DC输电介质和所述额外DC输电介质串联连接。
13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电气总成，其中，所述控制单元用于选择性将所述开关元件接通和切断多次，以控制所述电流直接从所述开关元件到所述能量吸收元件的所述换向。
14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电气总成，其中，所述DC路径进一步包括被布置以准许电流旁路路径的选择性形成的电流旁路装置，且所述电流旁路路径在形成时准许在使用中流过所述DC路径的电流流过所述电流旁路路径，且同时绕过所述电流换向装置。
15.一种电气系统，包括：
多个互连的DC传输路径；以及
根据任一前述权利要求所述的电气总成，所述多个互连的DC传输路径中的一个包括所述电气总成的DC路径，
其中所述控制单元用于选择性控制所述开关元件的开关，将所述电流直接从所述开关元件换向到所述能量吸收元件，以便增大由通过连接所述电流换向装置的所述DC路径的直流的流动造成的所得电压降，且由此抵抗所述电流通过所述DC路径的所述流动，以将所述电流从所述DC路径换向到所述其它DC传输路径或所述其它DC传输路径中的至少一个。
16.根据权利要求15所述的电气系统，其中，所述多个互连的DC传输路径被布置成使得由通过所述多个互连的DC传输路径中的所述或每一其它者的直流的所述流动造成的所述电压降独立于所述电流换向装置的控制，以增大由通过所述DC路径的直流的所述流动造成的所得电压降。
17.根据权利要求16所述的电气系统，其中，包括根据权利要求1到14中任一项权利要求所述的多个电气总成，其中所述多个互连的DC传输路径中的每一个包括所述多个电气总成的所述DC路径中的相应一个，
其中所述多个互连的DC传输路径被布置成使得由通过所述多个DC路径中的每一个的直流的所述流动造成的所述电压降独立于所述相应电流换向装置的所述控制，以增大由通过所述多个DC路径中的所述或每一其它者的直流的所述流动造成的所述所得电压降。
18.一种大体上如本发明中参见附图所描述和/或如所述附图中所说明的电气总成。
19.一种大体上如本发明中参见附图所描述和/或如所述附图中所说明的电气系统。
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