CN107925248B - 电气组件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于输电网络的电气组件。所述电气组件包括：换流器(32)，其包括：第一端子；以及用于连接到电网络(40)的第二端子，其中所述第一端子是DC端子；可操作地连接到所述DC端子的DC输电媒介(38)；可操作地连接到所述DC输电媒介(38)的电路中断设备，所述电路中断设备包括至少一个开关元件和能量吸收元件，所述电路中断设备的所述或每个开关元件是可切换的，以通过所述能量吸收元件(64)使所述DC输电媒介(38)中的电流流动转向，以便减少所述DC输电媒介(38)中的电流流动；以及换流器控制单元，其被编程为在泄漏电流减小模式下操作所述换流器(32)以控制所述DC端子处的DC电压，以便控制所述能量吸收元件(64)两端的电压，以在通过切换所述电路中断设备的所述或每个开关元件以使所述DC输电媒介(38)中的电流流动转向通过所述能量吸收元件(64)而减少所述DC输电媒介(38)中的电流流动之后，减小在所述DC输电媒介(38)中流动的泄漏电流。

Description

电气组件
技术领域
本发明涉及一种用于输电网络，特别是高压直流(HVDC)输电网络的电气组件。
背景技术
电网络可以包括经由一个或多个载流导体连接到负载的电源(例如电池)，或者包括使用载流导体的网络连接到多个负载的多个电源。
电网络的实例是需要HVDC换流器的多端互连的DC电网，由此可以使用两个或更多个电连接在一起的HVDC换流器在DC侧交换功率。每个HVDC换流器充当源或汇，以维持DC电网的总体输入-输出功率平衡，同时根据需要交换功率。DC电网依靠DC输电线或电缆网络来实现HVDC换流器的多端互连。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于输电网络中的电气组件，该电气组件包括：
换流器，其包括：第一端子；以及用于连接到电网络的第二端子，其中第一端子是DC端子；
可操作地连接到DC端子的DC输电媒介(DC power transmission medium)；
可操作地连接到DC输电媒介的电路中断设备(circuit interruption device)，电路中断设备包括至少一个开关元件和能量吸收元件(energy absorption element)，电路中断设备的所述或每个开关元件是可切换的，以通过能量吸收元件使DC输电媒介中的电流流动转向，以便减少DC输电媒介中的电流流动；以及
换流器控制单元，其被编程为在泄漏电流减小模式下操作换流器以控制DC端子处的DC电压，以便控制能量吸收元件两端的电压，以在通过切换电路中断设备的所述或每个开关元件以通过能量吸收元件使DC输电媒介中的电流流动转向而减少DC输电媒介中的电流流动之后，减小在DC输电媒介中流动的泄漏电流。
在使用中，操作电路中断设备以通过切换所述对应开关元件或每个对应开关元件以通过能量吸收元件使DC输电媒介中的电流流动转向而中断DC输电媒介中的电流流动。这使得能量吸收元件提供反电动势(EMF)，以将DC输电媒介中的电流流动降低到能有效地导致DC输电媒介中的电流中断的水平。
然而，在DC输电媒介中的电流流动中断之后，泄漏电流(也被称为剩余电流)继续流过DC输电媒介和能量吸收元件。泄漏电流的幅值根据能量吸收元件的V-I特性和能量吸收元件两端的DC电压而变化。泄漏电流的流动不仅具有连续加热能量吸收元件的效果(这可能会导致能量吸收元件热失控)，而且还会干扰DC输电媒介的故障清除过程，特别是当DC输电媒介为架空线形式时，因为故障清除过程将需要DC输电媒介中的电流下降到零并且在重新激励DC输电媒介之前也需要用于去电离的时间延迟。
在本发明的电气组件中提供换流器控制单元不仅允许减小泄漏电流以避免上述与泄漏电流相关的问题，从而提高相关输电网络的可靠性和性能，而且也不需要额外的电流减小硬件来降低泄漏电流，而额外的电流减小硬件将会增大相关输电网络的尺寸、重量和成本。
电气组件还可以包括可操作地连接到DC输电媒介的开关装置(例如隔离开关、隔离器、机械开关装置等)，开关装置可切换以将DC输电媒介从电路中断开。提供开关装置允许在DC输电媒介中的电流中断之后将DC输电媒介中的电流流动减小到零。
当电气组件包括开关装置时，换流器控制单元可以被编程为在泄漏电流减小模式下操作换流器以控制DC端子处的DC电压，以便控制能量吸收元件两端的电压，以在切换开关装置将DC输电媒介从电路断开之前，将在DC输电媒介中流动的泄漏电流减小到允许开关装置安全断开的值。
在本发明的电气组件中提供换流器控制单元便于在较低电平的泄漏电流和DC电压下切换开关装置，这不仅允许使用以较低电流额定值和较低DC电压额定值工作的较便宜的开关装置，而且还由于开关装置在较低的泄漏电流电平下进行切换，能够使开关装置更快地工作。
可以理解的是，本发明可应用于包括至少一个开关元件和能量吸收元件的任何电路中断设备，其中电路中断设备的所述或每个开关元件是可切换的，以通过能量吸收元件使DC输电媒介中的电流流动转向，以便减少DC输电媒介中的电流流动。
还将理解的是，本发明可应用于包括在泄漏电流减小模式下操作的单个换流器或多个换流器的电气组件，所述单个换流器或多个换流器结合单个电路中断设备或多个电路中断设备以及单个DC输电媒介或多个DC输电媒介。
在本发明的实施方案中，能量吸收元件可以包括至少一个非线性电阻元件。任选地，所述或每个非线性电阻元件可以是电涌放电器(surge arrester)。由于非线性电阻元件的V-I特性可以被配置为使得泄漏电流随着能量吸收元件两端的电压的变化而急剧下降，这将带来更快速且更有效的减小泄漏电流的方法。
在本发明的进一步的实施方案中，换流器可以被配置成形成电流路径，当第二端子处的电压的幅值相对于DC端子处的DC电压的幅值处于预定值时，不受控制的换流器电流可能会通过该电流路径在第二端子与DC端子之间流动。
在泄漏电流减小模式下对DC端子处的DC电压的控制可以导致DC端子处的DC电压的变化，这会导致第二端子处的电压的幅值相对于DC端子处的DC电压的幅值处于预定值，从而导致形成电流路径，不受控制的换流器电流可能会通过该电流路径在第二端子与DC端子之间流动。出于对换流器的由于可靠性、性能和安全性的原因的不利影响，第二端子与DC端子之间的不受控制的换流器电流的流动是不可取的。
在这样的实施方案中，换流器控制单元可以被编程为操作换流器以控制第二端子处的电压的幅值，以便当换流器在泄漏电流减小模式下操作以控制DC端子处的DC电压时，防止不受控制的换流器电流在第二端子与DC端子之间流动。这确保了避免由第二端子与DC端子之间的不受控制的换流器电流的流动引起的上述不利影响。
通过控制第二端子处的电压幅值来防止不受控制的换流器电流在第二端子与DC端子之间的流动可以以多种方式执行，其中的一些实例如下所述。
在第二端子是AC端子并且电网络是AC网络的本发明的实施方案中，换流器可以被配置为形成电流路径，当AC端子处的AC电压的幅值相对于DC端子处的DC电压的幅值处于预定值时，不受控制的换流器电流可能会通过该电流路径在AC端子与DC端子之间流动。
在这样的实施方案中，换流器控制单元可以被编程为操作换流器以控制AC端子处的AC电压的幅值，以便当换流器在泄漏电流减小模式下操作以控制DC端子处的DC电压时，防止不受控制的换流器电流在AC端子与DC端子之间流动。
在本发明的进一步的此类实施方案中，换流器可以被配置为形成电流路径，当AC端子处的AC电压的幅值高于DC端子处的DC电压的幅值时，不受控制的换流器电流可能会通过该电流路径在AC端子与DC端子之间流动，并且换流器控制单元还可以被编程为操作换流器以将AC端子处的AC电压的幅值控制为低于DC端子处的DC电压的幅值，以便当换流器在泄漏电流减小模式下操作时，防止不受控制的换流器电流在AC端子与DC端子之间流动。
在更进一步的此类实施方案中，换流器可以包括多个第二端子，每个第二端子是用于连接到多相AC网络的相应相的AC端子，换流器被配置为形成电流路径，当AC端子中的给定两个之间的线间AC电压的幅值高于DC端子处的DC电压的幅值时，不受控制的换流器电流可能会通过该电流路径在AC端子与DC端子之间流动，并且换流器控制单元可以被编程为操作换流器以将AC端子中的给定两个之间的线间AC电压的幅值控制为低于DC端子处的DC电压的幅值，以便当换流器在泄漏电流减小模式下操作时，防止不受控制的换流器电流在AC端子与DC端子之间流动。
在第二端子是AC端子并且电网络是AC网络的本发明的实施方案中，换流器控制单元可以被编程为操作换流器以与AC网络交换无功功率(例如，从AC网络吸收或向其提供无功功率)，以控制AC端子处的AC电压的幅值，以便当换流器在泄漏电流减小模式下操作时，防止不受控制的换流器电流在AC端子与DC端子之间流动。
通过与AC网络交换无功功率来控制AC端子处的AC电压的幅值的特征可以应用于包括半桥模块的换流器，每个半桥模块包括与能量储存设备并联连接的一对模块开关，以允许每个半桥模块的配置选择性地提供单向电压。在这样的换流器中，半桥模块可以被布置成形成链节换流器(chain-link converter)，其可操作以促进第二端子与DC端子之间的电力传输。
在本发明的进一步的实施方案中，换流器被配置为形成电流路径，当第二端子处的电压的幅值相对于DC端子处的DC电压的幅值处于预定值时，不受控制的换流器电流可能会通过该电流路径在第二端子与DC端子之间流动的，换流器可以包括至少一个电压源，该电压源被配置为提供电压以抵消第二端子与DC端子之间的电压差，以便当换流器在泄漏电流减小模式下操作以控制DC端子处的DC电压时，防止不受控制的换流器电流在第二端子与DC端子之间流动。这允许在泄漏电流减小模式期间改变DC端子处的DC电压，而不会导致不受控制的换流器电流在第二端子与DC端子之间流动。因此，在这样的实施方案中，可以省略以下特征：换流器控制单元被编程为操作换流器以与AC网络交换无功功率以控制AC端子处的AC电压的幅值，以便当换流器在泄漏电流减小模式下操作时，防止不受控制的换流器电流在AC端子与DC端子之间流动。
这种电压源的实例可以包括但不限于：能够储存和释放能量以提供电压的能量储存设备，诸如电容器或电池。换流器可以包括一个或多个开关，所述开关可切换以选择性地配置所述或每个电压源以提供电压而抵消第二端子与DC端子之间的电压差。
当第二端子是AC端子时，电网络是AC网络，并且换流器被配置为形成电流路径，当AC端子处的AC电压的幅值相对于DC端子处的DC电压的幅值处于预定值时，不受控制的换流器电流可能会通过该电流路径在AC端子与DC端子之间流动，所述或每个电压源可以被配置为选择性地提供正电压和负电压。在这种情况下，换流器可以包括全桥模块，每个全桥模块包括与能量储存设备并联连接的两对模块开关，以允许全桥模块的配置选择性地提供双向电压。
使用所述或每个电压源来抵消第二端子与DC端子之间的电压差，在所述或每个电压源也被用于换流器的正常操作以在第二端子与DC端子之间传输电力的换流器布置中，具有有利的成本效益和空间效益。例如，换流器可以包括可操作以促进第二端子与DC端子之间的电力传输的链节换流器，而所述或每个电压源可以是链节换流器结构内的能量储存设备。一个链节换流器可以包括多个模块(例如，多个串联连接的模块)，每个模块包括至少一个模块开关和至少一个能量储存设备，所述或每个模块开关以及所述或每个能量储存设备在每个模块中布置成可组合以选择性地提供电压源。
在本发明的又一些实施方案中，第二端子可以是另外的DC端子，并且电网络可以是DC网络。
可以理解的是，电流路径的形成可以根据换流器的组件而变化。例如，换流器可以包括至少一个无源电流抑制元件(passive current check element)，该至少一个无源电流抑制元件被布置为形成电流路径，当第二端子处的电压的幅值相对于DC端子的DC电压的幅值处于预定值时，不受控制的换流器电流可以通过该电流路径在第二端子与DC端子之间流动。
无源电流抑制元件可以是限制电流仅流向一个方向的任何无源设备。无源电流抑制元件的实例可以是但不限于二极管。
现将参考附图借助于非限制性实例来描述本发明的优选实施方案，在附图中：
图1示意性地示出了包括根据本发明的第一实施方案的电气组件的DC输电方案；
图2示意性地示出了图1的电气组件的换流器的换流器支路的结构；
图3示意性地示出了两象限单极模块的结构；
图4示意性地示出了图1的电气组件的电路中断设备的结构；
图5示出了图1的DC输电方案中的引导电流流过图4的电路中断设备的能量吸收支路的配置；
图6给出了流过图4的电路中断设备的能量吸收支路的电流随DC输电线电压的变化；
图7图示了图4的电路中断设备的能量吸收支路的每个电涌放电器的V-I特性；以及
图8示意性地示出了根据本发明第二实施方案的电气组件的四象限双极模块的结构。
第一DC输电方案如图1所示，通常由附图标记30表示。
DC输电方案30呈包括第一换流器和第二换流器的点对点DC输电方案30的形式。每个换流器32包括DC端子34形式的多个第一端子和AC端子36形式的多个第二端子。第一换流器32的每个DC端子34经由相应的DC输电线38可操作地连接到第二换流器32的DC端子34中的相应一个。在使用中，第一换流器32的每个AC端子36连接到第一多相AC网络40的相应相，而第二换流器32的每个AC端子36连接到第二多相AC网络42的相应相。
可以设想，在本发明的其他实施方案中，每条DC输电线38可以由海底DC输电电缆、架空DC输电电缆、地下DC输电电缆或者在两个或更多个电气元件之间传输电力的任何DC输电媒介代替，但不限于前述各项。
图1所示的每个换流器32限定AC/DC电压源换流器32，所述AC/DC电压源换流器包括多个换流器支路44，所述多个换流器支路中的每个如图2所示进行布置。
在每个换流器32中，每个换流器支路44在DC端子34之间延伸，并且包括：在DC端子34中的一个与AC端子36中的相应一个之间延伸的第一支路部分46；以及在DC端子34中的另一个与相同的AC端子36之间延伸的第二支路部分48。
每个支路部分46、48包括多个串联连接的模块50以限定链节换流器。在所示的具体实施方案中，每个模块50包括一对模块开关52，所述模块开关以半桥布置与电容器54并联连接以限定可提供单向电压且可在两个方向上传导电流的两象限单极模块50，如图3所示。每个模块开关52包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其与呈二极管形式的反并联无源电流抑制元件并联连接。
每个换流器32还包括被编程为操作换流器32的换流器控制单元56。每个换流器控制单元56被编程为控制对应换流器32的模块50的模块开关52的切换，以便操作每个模块50以选择性地提供电压源。这使得每个换流器控制单元56能够操作对应的换流器32以调整每个对应DC端子34处的DC电压并且调整每个对应AC端子36处的AC电压。
可以设想，在本发明的其他实施方案中，第一换流器和第二换流器可以共享相同的换流器控制单元56。
DC输电方案30还包括多个电路中断设备58，每个电路中断设备在DC输电线38的相应端处连接，使得每个电路中断设备58可操作地串联连接在相应的DC输电线38与其中一个换流器之间。
图4示意性地示出了每个电路中断设备58的结构。
每个电路中断设备58包括主支路60、辅助支路62和能量吸收支路64。主支路60包括与快速隔离开关串联连接的半导体开关。辅助支路62包括多个串联连接的绝缘栅双极晶体管(IGBT)，并且与主支路60并联连接。能量吸收支路64包括多个电涌放电器，每个电涌放电器与辅助支路62中的相应的一个IGBT并联连接。每个电涌放电器可以是例如氧化锌电涌放电器。
可以设想，在本发明的其他实施方案中，每个IGBT可由一个或多个其他半导体开关设备代替，每个二极管可由将电流限制在仅流向一个方向的另一类型的无源电流抑制元件代替，和/或每个电容器54可由诸如燃料电池或蓄电池的能够储存且释放能量的另一类型的能量储存设备代替。
DC输电方案30还包括多个开关装置，每个开关装置呈隔离器66的形式并且与多个电路中断设备58中的相应一个串联连接。在使用中，每个隔离器66可以操作以断开相应的DC输电线38，即将相应的DC输电线38从电路中断开。
在DC输电方案30的正常操作期间，每个换流器控制单元56控制对应换流器32的模块50的模块开关52的切换，以便操作对应的换流器32以执行功率转换操作，从而在其AC端子36与DC端子34之间传输电力。此操作引起多相AC网络40、42之间的功率传输，包括沿着换流器之间的DC输电线38的功率传输。同时，流过DC输电线38的电流优先流过电路中断设备58的主支路60，并且隔离器66闭合。
DC输电线38可能会在DC输电方案30操作期间遇到DC极到极故障68。这引起具有高电流上升速率的强故障电流的流动。
将参考以下电气组件来描述DC输电方案30响应于故障68的操作，所述电气组件包括第一换流器32、DC输电线38中的一条、电路中断设备58与可操作地连接在第一换流器32与DC输电线38中的一条之间的隔离器66的串联连接。可以理解的是，DC输电方案30响应于故障68的以下操作经必要的变更适用于使用不同的换流器32、不同的DC输电线38和/或电路中断设备58和隔离器66的不同串联连接的电气组件。
一旦识别出故障68，主支路60的半导体开关就关断，引起主支路60到辅助支路的电流换向，使得流过快速隔离开关的电流降到零。这使得快速隔离开关在零电流下断开。一旦快速隔离开关被断开，辅助支路的IGBT就被切换以将电流从辅助支路换向到能量吸收支路64。图5示意性地示出了DC输电方案30引导电流在电路中断设备58的能量吸收支路64中流动的配置。这允许能量吸收支路64提供通常为正常DC传输线电压的1.5倍的反电动势，以将DC输电线38中的电流的流动降低至有效地导致DC输电线38中的电流流动中断的电平。
以这种方式，电路中断设备58的开关元件是可切换的，以通过能量吸收支路64使DC输电线38中的电流流动转向，以便减少DC输电线38中的电流流动。
在DC输电线38中的电流流动中断之后，泄漏电流继续流过第一换流器32、流过DC输电线38、流过电路中断设备58的能量吸收支路64，并且到达故障68。泄漏电流的大小随着电涌放电器的V-I特性和能量吸收支路64两端的DC电压而变化，此时通常在几百mA至1-2A的范围内。
在此阶段，换流器控制单元56被编程为在泄漏电流减小模式下操作第一换流器32以控制连接到DC输电线38的DC端子34处的DC电压，以便控制能量吸收支路64两端的DC电压。更具体地讲，DC端子34处的DC电压被控制，以减小能量吸收支路64两端的DC电压，以减小在DC输电媒介中流动的泄漏电流，因为电涌放电器的VI特性使得流过能量吸收支路64的任何电流随着能量吸收支路64两端的电压的变化而急剧下降。
图6示出了流过能量吸收支路64的电流随着DC传输线电压的变化，而图7图示了每个电涌放电器的V-I特性。控制DC端子34处的DC电压以将DC传输线电压降低10％以使能量吸收支路64两端的DC电压相应降低10％，并且从图6可以看出，这导致泄漏电流大大降低了大约三个数量级，从1A降低到0.001-0.003A。
在泄漏电流减小之后，隔离器66在降低的泄漏电流电平下被断开，以断开DC输电线38。这将DC输电线38中的电流流动降低到零。只有在隔离器66断开所需的时间内，第一换流器32才需要在泄漏电流减小模式下工作。由于隔离器66只需要一个小的时间间隔(通常20-30ms)即可断开，因此，第一换流器32只需要在泄漏电流减小模式下工作相同的小时间间隔。一旦隔离器66被断开，DC端子34处的DC电压就可恢复到其正常值。
因此，在图1的电气组件中提供换流器控制单元56不仅允许减小泄漏电流，以便避免能量吸收支路64的热失控以及对DC输电线38的故障清除过程的干扰，而且也不需要额外的电流减小硬件来降低泄漏电流，而额外的电流减小硬件将会增大DC输电方案30的尺寸、重量和成本。
在图1的电气组件中提供换流器控制单元56还便于在较低电平的泄漏电流和DC电压下切换隔离器66，这不仅允许使用以较低电流额定值和较低DC电压额定值工作的较便宜的隔离器66，而且由于隔离器在较低的泄漏电流电平下进行切换，能够使隔离器66更快地工作。
在故障68期间，在每个半桥模块50中使用IGBT和反并联二极管对意味着第一换流器32的反并联二极管形成电流路径，当AC端子36中的给定两个之间的线间AC电压的幅值高于DC端子34处的DC电压的幅值时，不受控制的换流器电流可能会通过该电流路径在AC端子36与DC端子34之间流动，这可能是由于在泄漏电流减小模式下DC端子34处的DC电压降低所造成的。
为了防止当第一换流器32在泄漏电流减小模式下操作时，不受控制的换流器电流在AC端子36与DC端子34之间流动，换流器控制单元56操作第一换流器32以控制AC端子36中的给定两个之间的线间AC电压的幅值以使其低于DC端子34处的DC电压的幅值。这可以通过以下方式来实现：换流器控制单元56操作第一换流器32以与相应的AC网络40交换无功功率(例如，从AC网络40吸收或向AC网络40提供无功功率)来控制每个AC端子36处的AC电压的幅值，以便当第一换流器32在泄漏电流减小模式下操作时，防止不受控制的换流器电流在AC端子36与DC端子34之间流动。
提供了第二DC输电方案，其在结构和操作上与图1的第一DC输电方案30相似，并且相同的特征具有相同的附图标记。
第二DC输电方案与第一DC输电方案30的不同之处在于，在第二DC输电方案的每个换流器32中，每个模块70呈四象限双极模块70而不是两象限单极模块50的形式。更具体地讲，在每个换流器32中，每个模块70包括以全桥布置与电容器54并联连接的两对模块开关52，所，以限定可提供双向电压且可在两个方向上传导电流的四象限双极模块70，如图8所示。
将参考以下电气组件来描述第二DC输电方案响应于故障68的操作，所述电气组件包括第一换流器32、DC输电线38中的一条、电路中断设备58与可操作地连接在第一换流器32与DC输电线38中的一条之间的隔离器66的串联连接。可以理解的是，DC输电方案响应于故障68的以下操作经必要的变更适用于使用不同的换流器32、不同的DC输电线38和/或电路中断设备58和隔离器66的不同串联连接的电气组件。
在第一换流器32在泄漏电流减小模式操作期间，换流器控制单元56控制第一换流器32的模块70的模块开关52的切换，以迫使换流器电流流过一个或多个电容器54，并由此使模块70中的一个或多个能够选择性地提供正电压和负电压，以抵消相应AC端子36处的AC电压与相应DC端子34处的DC电压之间的电压差。
提供四象限双极模块70以选择性地提供正电压和负电压以抵消相应AC端子36处的AC电压与相应DC端子34处的DC电压之间的电压差，能够在第一换流器32在泄漏电流减小模式下操作以控制DC端子34处的DC电压时，甚至在AC端子36的给定两个之间的线间AC电压的幅值高于连接到DC传输线38的DC端子34处的DC电压的幅值时，防止不受控制的换流器电流在AC端子36与DC端子34之间流动。这允许在泄漏电流减小模式期间改变DC端子34处的DC电压，而不会导致不受控制的换流器电流在AC端子36与DC端子34之间流动。因此，在第二DC输电方案中，可省略以下特征：换流器控制单元56被编程为操作第一换流器32以与AC网络40交换无功功率，以控制AC端子36处的AC电压的幅值，以便当第一换流器32在泄漏电流减小模式下操作时防止不受控制的换流器电流在AC端子36与DC端子34之间流动。
可以设想，在本发明的其他实施方案中，换流器可以呈具有多个第二端子的DC-DC换流器的形式，第二端子的形式为另外的DC端子而不是AC端子。在这样的实施方案中，换流器控制单元被编程为在泄漏电流减小模式下操作DC-DC换流器以控制连接到DC输电线的DC端子处的DC电压，所述泄漏电流减小模式与上文参考第一DC输电方案30描述的泄漏电流减小模式相同。
而且，在采用DC-DC换流器的这样的实施方案中，可以通过以下方式来防止任何不受控制的换流器电流在另外的DC端子与DC端子之间流动：直接控制每个另外的DC端子处的DC电压；或使用一个或多个模块来提供电压，以便以与上文参考第二DC输电方案描述的类似方式来抵消另外的DC端子与DC端子之间的电压差。
还可以设想，在本发明的其他实施方案中，本发明可以适用于其他类型的故障，诸如极接地故障或极到极到接地故障。
可以理解的是，本发明适用于需要断开给定的DC输电线38的非故障情况，其可以包括诸如DC输电线维护或出于传输安全原因而隔离的操作情况。
还可以理解，仅仅选择了DC输电方案30和换流器32、72的拓扑和配置来说明本发明的工作原理，本发明可应用于DC输电方案和换流器的其他拓扑和配置。例如，DC输电方案可以呈多端DC电网的形式。

Claims (14)

1.一种供在输电网络中使用的电气组件，所述电气组件包括：
换流器，其包括：第一端子；以及用于连接到电网络的第二端子，其中所述第一端子是DC端子；
操作地连接到所述DC端子的DC输电媒介；
操作地连接到所述DC输电媒介的电路中断设备，所述电路中断设备包括至少一个开关元件和能量吸收元件，所述电路中断设备的所述或每个开关元件是可开关的，以通过所述能量吸收元件使所述DC输电媒介中的电流的流动转向，以便减少所述DC输电媒介中的电流的所述流动；以及
换流器控制单元，其被编程为在泄漏电流减小模式下操作所述换流器以控制所述DC端子处的DC电压，以便控制跨所述能量吸收元件两端的电压，以在通过开关所述电路中断设备的所述或每个开关元件以使所述DC输电媒介中的电流的所述流动转向通过所述能量吸收元件而减少所述DC输电媒介中的电流的所述流动之后，减小在所述DC输电媒介中流动的泄漏电流。
2.根据权利要求1所述的电气组件，还包括操作地连接到所述DC输电媒介的开关装置，所述开关装置可开关以将所述DC输电媒介从电路中断开，其中所述换流器控制单元被编程为在所述泄漏电流减小模式下操作所述换流器以控制所述DC端子处的DC电压，以便控制跨所述能量吸收元件两端的电压，以在开关所述开关装置以将所述DC输电媒介从电路断开之前将在所述DC输电媒介中流动的所述泄漏电流减小到允许所述开关装置安全打开的值。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的电气组件，其中，所述能量吸收元件包括至少一个非线性电阻元件。
4.根据权利要求3所述的电气组件，其中，所述或每个非线性电阻元件是电涌放电器。
5.根据权利要求1-2中的任一项所述的电气组件，其中，所述换流器被配置为形成电流路径，当所述第二端子处的电压的幅值相对于所述DC端子处的DC电压的幅值处于预定值时，不受控制的换流器电流通过所述电流路径在所述第二端子与所述DC端子之间流动，并且其中所述换流器控制单元被编程为操作所述换流器以控制所述第二端子处的所述电压的所述幅值，以便当所述换流器在所述泄漏电流减小模式下操作以控制所述DC端子处的所述DC电压时，防止所述不受控制的换流器电流在所述第二端子与所述DC端子之间流动。
6.根据权利要求5所述的电气组件，其中，所述第二端子是AC端子，所述电网络是AC网络，所述换流器被配置为形成电流路径，当所述AC端子处的AC电压的幅值相对于所述DC端子处的DC电压的幅值处于预定值时，不受控制的换流器电流通过所述电流路径在所述AC端子与所述DC端子之间流动，并且其中所述换流器控制单元被编程为操作所述换流器以控制所述AC端子处的所述AC电压的所述幅值，以便当所述换流器在所述泄漏电流减小模式下操作以控制所述DC端子处的所述DC电压时，防止所述不受控制的换流器电流在所述AC端子与所述DC端子之间流动。
7.根据权利要求6所述的电气组件，其中，所述换流器被配置为形成电流路径，当所述AC端子处的所述AC电压的所述幅值高于所述DC端子处的所述DC电压的所述幅值时，不受控制的换流器电流通过所述电流路径在所述AC端子与所述DC端子之间流动，并且其中所述换流器控制单元被编程为操作所述换流器以将所述AC端子处的所述AC电压的所述幅值控制为低于所述DC端子处的所述DC电压的所述幅值，以便当所述换流器在所述泄漏电流减小模式下操作时，防止所述不受控制的换流器电流在所述AC端子与所述DC端子之间流动。
8.根据权利要求6所述的电气组件，其中，所述换流器包括多个第二端子，每个第二端子是用于连接到多相AC网络的相应相的AC端子，并且所述换流器被配置为形成电流路径，当AC端子中的给定两个端子之间的线间AC电压的幅值高于所述DC端子处的所述DC电压的所述幅值时，不受控制的换流器电流通过所述电流路径在所述AC端子与所述DC端子之间流动，并且其中所述换流器控制单元被编程为操作所述换流器以将AC端子中的所述给定两个端子之间的所述线间AC电压的所述幅值控制为低于所述DC端子处的所述DC电压的所述幅值，以便当所述换流器在所述泄漏电流减小模式下操作时，防止所述不受控制的换流器电流在所述AC端子与所述DC端子之间流动。
9.根据权利要求7所述的电气组件，其中，所述换流器包括多个第二端子，每个第二端子是用于连接到多相AC网络的相应相的AC端子，并且所述换流器被配置为形成电流路径，当AC端子中的给定两个端子之间的线间AC电压的幅值高于所述DC端子处的所述DC电压的所述幅值时，不受控制的换流器电流通过所述电流路径在所述AC端子与所述DC端子之间流动，并且其中所述换流器控制单元被编程为操作所述换流器以将AC端子中的所述给定两个端子之间的所述线间AC电压的所述幅值控制为低于所述DC端子处的所述DC电压的所述幅值，以便当所述换流器在所述泄漏电流减小模式下操作时，防止所述不受控制的换流器电流在所述AC端子与所述DC端子之间流动。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的电气组件，其中，所述换流器控制单元被编程为操作所述换流器以与所述AC网络交换无功功率以控制所述AC端子处的所述AC电压的所述幅值，以便当所述换流器在所述泄漏电流减小模式下操作时，防止所述不受控制的换流器电流在所述AC端子与所述DC端子之间流动。
11.根据权利要求4所述的电气组件，其中，所述换流器被配置为形成电流路径，当所述第二端子处的所述电压的所述幅值相对于所述DC端子处的所述DC电压的所述幅值处于预定值时，不受控制的换流器电流通过所述电流路径在所述第二端子与所述DC端子之间流动，并且所述换流器包括至少一个电压源，所述至少一个电压源被配置为提供电压以抵消所述第二端子与所述DC端子之间的电压差，以便当所述换流器在所述泄漏电流减小模式下操作以控制所述DC端子处的所述DC电压时，防止所述不受控制的换流器电流在所述第二端子与所述DC端子之间流动。
12.根据权利要求11所述的电气组件，其中，所述第二端子是AC端子，所述电网络是AC网络，所述换流器被配置为形成电流路径，当所述AC端子处的所述AC电压的所述幅值相对于所述DC端子处的所述DC电压的所述幅值处于所述预定值时，不受控制的换流器电流通过所述电流路径在所述AC端子与所述DC端子之间流动，并且所述或每个电压源被配置为选择性地提供正电压和负电压。
13.根据权利要求1至2和11中的任一项所述的电气组件，其中，所述第二端子是另外的DC端子，并且所述电网络是DC网络。
14.根据权利要求4所述的电气组件，其中，所述换流器包括至少一个无源电流抑制元件，所述至少一个无源电流抑制元件被布置为形成所述电流路径，当所述第二端子处的所述电压的所述幅值相对于所述DC端子处的所述DC电压的所述幅值处于所述预定值时，所述不受控制的换流器电流通过所述电流路径在所述第二端子与所述DC端子之间流动。
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