CN110690690B - 电流控制设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于通过操纵设备中的磁通量的量以及因此跨设备的由配电网络所经历的阻抗来控制配电网络内的电流量的设备。这是通过围绕磁性可渗透芯体缠绕多个线圈并且通过向设备提供磁性可渗透桥接元件来实现的，所述磁性可渗透桥接元件在完全打开位置和完全关闭位置之间可移动，在所述完全打开位置处，由每个线圈中的交流电流在芯体中生成的净磁通量为零，在所述完全关闭位置处，芯体中存在净磁通量。

Description

电流控制设备

技术领域

本文中描述的技术涉及电流控制设备。特别地，描述了一种用于在故障状况期间控制N相配电系统中的电流的设备。

背景技术

电力系统用于生成和供应电力。这样的系统的示例是生成并向扩展区域提供电力的电网。还可以在飞行器和海洋船舶等上实现较小的电力系统。

电力系统典型地包括发电机组和将所生成的电力馈送到整个电力系统的附近电子部件的配电系统。配电系统典型地包括用于向电子部件供应交流电流（AC）或直流电流（DC）的多个配电线路以及用作电流的返回路径的一个或多个返回线路。

关于电力系统的已知问题是配电系统偶尔会经历故障，例如，故障可能是交叉或下行配电线路的结果。配电系统中的故障可能导致过量的电流（在本文中被称为“过电流”或“故障电流”）流过较宽的电力系统，这对于经常因此变得损坏的上游关键负载是特别有问题的。

已知通过使用被称为故障电流限制器（FCL）的设备来保护电力系统免受故障电流的影响，所述故障电流限制器（FCL）在不完全断开电流的情况下限制故障电流。FCL典型地通过在正常电流电平下提供低阻抗而在当倾向于存在过量电流电平时的故障期间提供高阻抗来操作。FCL典型地以“超导”FCL的形式，其被配置成使得当形成故障时，其电阻急剧上升（通过被称为“磁体失超”的过程），并且故障电流被转移到具有较高阻抗的并联电路。

然而，这样的系统中的问题在于，它们在尺寸上是庞大的（例如，在于它们具有并联电路），并且通常需要在故障发生之后维修和更换组成部分。因此，将会是期望的是，提供一种用于在故障状况期间控制N相配电系统中的电流的设备，除了别的之外，所述设备较不庞大且包括较少在故障之后将被更换的部分。

发明内容

根据本文中描述的技术的一方面，提供一种用于控制N相配电系统中的电流的设备，所述设备包括：形成回路的磁性可渗透芯体；磁性可渗透桥接元件，其在完全关闭位置和完全打开位置之间可移动，在所述完全关闭位置处，在芯体上的第一位置与在芯体上的第二位置之间沿着桥接元件提供磁性可渗透路径，在所述完全打开位置处，在芯体上的第一位置与第二位置之间形成磁性绝缘间隙；围绕芯体缠绕的多个线圈，其中每个线圈适合于从所述配电系统接收交流电流，以在芯体中生成时变磁场；其中多个线圈围绕芯体缠绕，使得多个线圈中的交流电流将在将达到以下的方向上生成时变磁场：当桥接元件处于所述完全打开位置时，芯体中的基本为零的净磁通量；以及当桥接元件处于完全关闭位置时，芯体中的非零净磁通量；其中设备还包括控制器，控制器配置成在完全打开位置与完全关闭位置之间移动磁性可渗透桥接元件以控制芯体中的净磁通量的量且由此控制对跨所述线圈的电流的阻抗。

本文中所描述的技术涉及一种适合用于通过操纵设备中的磁通量的量以及因此跨设备的由配电网络所经历的阻抗来控制配电网络内的电流量的设备。这是通过围绕磁性可渗透芯体缠绕多个线圈并且通过向设备提供磁性可渗透桥接元件来实现的，所述磁性可渗透桥接元件在完全打开位置和完全关闭位置之间可移动，在所述完全打开位置处，由每个线圈中的交流电流在芯体中生成的净磁通量为零，在所述完全关闭位置处，芯体中存在净磁通量。

通过控制由配电系统经历的阻抗量，该设备可用作故障电流限制器，其具有比现有技术布置更简单和更紧凑的设计。此外，控制由通过设备的电流所经历的阻抗的能力允许在正常电流模式期间操作的较大多功能性，因为设备还可用作差模滤波器、共模滤波器或可变电感器。与其中分离地提供这些设备的假设布置相比，这具有进一步的尺寸和紧凑性益处。

此外，激活故障电流限制器需要将桥接元件移动到完全关闭位置。该机械响应响应于检测到配电系统中存在故障状况而提供对故障电流限制器的较快激活。这与花费时间来激活的假设故障电流限制器（例如，由于需要芯体“失超”或变得不饱和）相比尤其是真的。这是有利的，因为较大的故障电流将在主配电网络中被施加达较短的时间量。

此外，该设备通过利用电力系统本身中的电流来提供对电流的阻抗。这比其中故障电流限制器需要外部电源以便实现相同结果的假设布置更实际和经济。

芯体上的第一位置可以位于线圈的第一侧上。芯体上的第二位置可以位于线圈的与第一侧相对的第二侧上。

配电网络可以是DC配电网络。设备还可以包括DC-到-AC逆变器，以将来自配电网络的DC电流改变为要由多个线圈接收的AC电流。

配电网络可以是单相配电网络。多个线圈可以包括串联连接的第一线圈和第二线圈。多个线圈可以被缠绕，使得第一线圈中的交流电流在回路周围的第一方向上产生磁场，并且第二线圈中的相同交流电流在与回路周围的第一方向相对的第二方向上产生磁场。

多个线圈可以被缠绕，使得第一线圈中的电流的方向相对于回路周围的圆周方向将在与第二线圈中的电流的方向相对的方向上。

配电网络可以是多相配电网络。多个线圈可以包括用于配电系统的每个相电流的一个线圈。每个线圈可以被配置成从多相配电网络接收与设备的每个其它线圈异相360/N度的交流电流。

桥接元件可以被配置成由机械致动器在打开位置和关闭位置之间可移动。机械致动器可以是线性致动器。机械致动器可以是旋转致动器。

控制器可以被配置成响应于检测到配电系统中存在故障而使得设备通过将桥接元件移动到完全关闭位置来限制配电系统中的电流。

控制器可以被配置成：如果配电系统中的检测到的电流超过预定阈值电流值，则检测到配电系统中存在故障。

控制器可以配置成通过将桥接元件移动到完全打开位置与完全关闭位置之间的中间位置而作为可变电感器、共模滤波器或差模滤波器操作。

本文中描述的技术延伸到具有如本文中描述的设备的配电状态。因此，在本文中描述的技术的一方面中，提供一种N相AC配电系统，其具有N个配电线路，一个配电线路用于配电系统的每个相，其中每个配电线路连接到根据本文中包括的任何陈述的设备。

本文中描述的技术还延伸到一种控制本文中包括的陈述中的任一个的设备的操作的方法。方法包括控制器：

以被动操作模式操作设备，在所述被动操作模式中，桥接元件保持在完全打开位置中，使得芯体中存在基本为零的净磁通量；

接收指示配电系统中的电流的幅度的电流测量结果；

基于接收的电流测量结果来确定配电系统中是否存在故障；以及

如果确定配电系统中存在故障：

通过使得桥接元件移动到完全关闭位置来切换设备以在主动操作模式中操作，使得跨芯体维持净磁场。

基于接收的电流测量结果来确定配电系统中是否存在故障可以包括：基于接收的电流测量结果来确定配电系统中的电流的幅度是否超过预定阈值。如果配电系统中的电流的幅度超过预定阈值电流值，则可以确定配电系统中存在故障。

技术人员将理解的是，除了相互排斥的情况之外，关于任何一个上述方面来描述的特征可以在已作必要的修正的情况下而应用于任何其它方面。此外，除了相互排斥的情况之外，本文中描述的任何特征可以应用于任何方面和/或与本文中描述的任何其它特征组合。

附图说明

现在将仅作为示例参考附图来描述实施例，在附图中：

图1是本文中描述的技术的电力系统的示意图；

图2是在被动操作模式期间操作的以单相故障电流限制器形式的电流控制设备的示意图；

图3是当在主动操作模式期间操作时的图2的电流控制设备的示意图；

图4是具有旋转桥接元件的以单相故障电流限制器形式的电流控制设备的示意图；

图5是在被动操作模式期间操作的以三相故障电流限制器形式的电流控制设备的示意图；

图6是当在主动操作模式期间操作时的图5的电流控制设备的示意图；以及

图7是图示当用作故障电流限制器时电流限制设备的总体操作的流程图。

具体实施方式

在附图中，在适当的情况下，相似的参考标号用于指代相似的特征。

参考图1，其为电力系统的线路图，提供了电力系统100，所述电力系统100包括产生电力的发电机组1和将电力馈送到配电系统2的附近电子部件的配电系统2。

在图1的示例中，发电机组1由同步发电机驱动以生成用于配电系统2的交流电压（AC）。然而，发电机组1可由任何适合的旋转驱动机构（诸如涡轮机）驱动。

配电系统2包括与发电机组1串联连接的配电线路7，以用于经由配电总线将电流供应到三个连接的电负载3、4、6，以及用作电流的返回路径的一个或多个返回线路（未示出）。每个配电线路7对应于电力系统100的单相。虽然未示出，但是配电线路7与串联连接的断路器（例如熔断器等）一起采用，以向配电网络7的不同区段提供保护和断路隔离能力。

为了保护串联连接的配电线路7和电部件（诸如电路断路器）免受配电系统2中的过量故障电流的影响，故障电流限制器（FCL）8与配电线路7以串联连接提供，以限制通过其的故障电流。除了保护配电线路7和电部件之外，FCL 8将保护电负载3、4、6。例如，FCL 8上游的电负载3、4将被保护以免受欠电压的影响，所述欠电压作为由FCL 8下游的故障5引起的过量电流的结果，如图1中所示。

本公开的故障电流限制器8包括控制器9、致动器10和包括磁性可渗透芯体的主体11，如下面将进一步描述的。控制器9被配置成基于指示配电系统2中的电流的幅度的接收到的电流测量结果来控制故障电流限制器8（特别是故障电流限制器的机械致动器10）的操作。

控制器9可以包括任何适合的电路，以引起本文中描述并且如图7中所图示的方法的执行。控制器9可以包括：控制电路；和/或处理器电路；和/或至少一个专用集成电路（ASIC）；和/或至少一个现场可编程门阵列（FPGA）；和/或单个或多处理器架构；和/或顺序/并行架构；和/或至少一个可编程逻辑控制器（PLC）；和/或至少一个微处理器；和/或至少一个微控制器；和/或中央处理单元（CPU）；和/或图形处理单元（GPU），以执行方法。

在各种示例中，控制器9可以包括至少一个处理器和至少一个存储器。存储器存储包括计算机可读指令的计算机程序，所述计算机可读指令在由处理器读取时使得执行本文中所描述且如图7中所图示的方法。计算机程序可以是软件或固件，或者可以是软件和固件的组合。

处理器可以包括至少一个微处理器，并且可以包括单核处理器，可以包括多个处理器核（诸如双核处理器或四核处理器），或者可以包括多个处理器（其中的至少一个可以包括多个处理器核）。存储器可以是任何适合的非暂时性计算机可读存储介质、数据存储设备或设备，并且可以包括硬盘驱动器和/或固态驱动器。存储器可以是永久不可移除存储器，或者可以是可移除存储器（诸如通用串行总线（USB）闪速驱动器或安全数字卡）。存储器可以包括：在计算机程序的实际执行期间采用的本地存储器；大容量存储器；以及高速缓冲存储器，其提供至少某计算机可读或计算机可用程序代码的临时存储以减少在代码的执行期间可从大容量存储器检索代码的次数。

计算机程序可以存储在非暂时性计算机可读存储介质上。计算机程序可以从非暂时性计算机可读存储介质传输到存储器。非暂时性计算机可读存储介质可以是例如USB闪速驱动器、安全数字（SD）卡、光盘（诸如紧致盘（CD）、数字多功能盘（DVD）或蓝光盘）。在一些示例中，计算机程序可以经由无线信号或经由有线信号传输到存储器。

输入/输出设备可直接或通过介于中间的输入/输出控制器耦合到控制器9。各种通信适配器也可以耦合到控制器9，以使得系统能够通过介于中间的私有或公共网络变得耦合到其它装置或远程打印机或存储设备。非限制性示例包括这样的通信适配器的调制解调器和网络适配器。

通常，FCL 8通过在配电系统2中不存在故障时（即，当配电系统2具有在可容忍范围内的电流电平时）提供低阻抗，而在配电系统2中存在故障5时（即，当配电系统2经历过量电流电平时）提供较高阻抗来操作。现在将关于图2至图6的实施例进一步描述这一点。

图2和图3图示了通过单相故障电流限制器20的横截面，所述单相故障电流限制器20被配置成分别在被动或主动操作模式中操作。

图2和图3的故障电流限制器20包括形成封闭的（即连续的）回路的磁性可渗透芯体21，该回路通常以正方形的形状（尽管其它形状也会是同样可能的）。芯体21可以是铁磁材料，诸如铁，尽管可以使用适合于支持永久磁场的任何材料。

围绕芯体21缠绕的是第一线圈26和第二线圈27。尽管为了便于说明未示出，但是第一线圈26和第二线圈27彼此串联连接，并且与图1的配电系统2的配电线路7串联连接，使得每个线圈26、27被配置成从配电系统2接收相同的交流电流。以此方式，通过第一线圈26和第二线圈27的交流电流将在回路周围的芯体21中生成时变磁场28、29、210、211。

故障电流限制器20的芯体21包括两个磁性可渗透的电磁铁芯：从芯体21上的第一位置216（在两个线圈26、27之间、线圈26、27的第一侧上）延伸的第一电磁铁芯212，以及从芯体21上的第二位置217（在与第一侧相对的线圈26、27的第二侧上、两个线圈26、27之间）延伸的第二电磁铁芯213。第一和第二电磁铁芯212、213在两个线圈26、27之间沿着设备20的中心线218朝向彼此延伸。

如图2和图3中所示，第一电磁铁芯212包括在完全打开位置23和完全关闭位置24之间可移动的磁性可渗透桥接元件22，在所述完全打开位置23处，在第一电磁铁芯212和第二电磁铁芯213之间形成磁性绝缘间隙25，在所述完全关闭位置24处，在芯体21上的第一位置216和第二位置217之间（沿着桥接元件22和电磁铁芯212、213）提供了磁性可渗透路径。在图2和图3的示例中，在完全关闭位置处在第一电磁铁芯212和第二电磁铁芯213之间形成连接以提供磁性可渗透路径。然而，应当领会的是，在完全关闭位置处不需要第一电磁铁芯212和第二电磁铁芯213之间的物理连接。相反，完全关闭位置可以是一位置，在所述位置处在第一电磁铁芯212和第二电磁铁芯213之间限定磁性可渗透间隙，并且可以基于在故障状况期间所需（或期望）的电感电平来设置磁性可渗透间隙的尺寸。

在图2和图3的示例中，桥接元件22由机械致动器（特别是线性致动器）在完全打开位置23和完全关闭位置24之间可移动。然而，可以使用任何适合的致动器机构来在芯体21上的第一位置216和第二位置217之间沿着桥接元件22和电磁铁芯212、213制造和对应地打断磁性可渗透路径。例如，视情况而定，线性致动机构可包括由分离的DC源或加载的弹簧机构激活的螺线管、释放机构和/或故障安全机构。

图2和图3中所示的可移动桥接元件22在其（距离回路上的位置216的）远端边缘处成形以限定凸出部。第二电磁铁芯213在其（距离芯体21上的位置217的）远端处协作地成形以限定要在桥接元件处于闭合位置24时接收凸出部的对应通道。凸出部和通道具有对应的深度，使得当桥接元件22处于关闭位置24时，它们基本上彼此齐平，以限定在回路上第一位置216和第二位置217之间的磁性可渗透路径。通道和凸出部对应，因为它们被成形为使得可移动桥接元件22的凸出部符合第二电磁铁芯213的通道的形状，以及反之亦然。尽管未示出，但是第二电磁铁芯213可以是以限定通道的环形结构的形式，并且桥接元件可以是对应成形的圆柱凸出部或突起。

两个线圈26、27被缠绕，使得无论何时在两个线圈26、27中存在相同的交流电流，第一线圈26和第二线圈27中的交流电流将在彼此相对的方向上产生磁场。在本示例中，当沿着在环形芯体21周围的相同圆周方向观察时，两个线圈26、27被缠绕使得第一线圈26中的交流电流的方向在与第二线圈27中的交流电流的方向相对的方向上。

图2和图3图示了对于给定方向的交流电流的这些效果。特别地，图2和图3示出了两个线圈26、27围绕芯体21缠绕，使得第一线圈26中的交流电流在芯体21（回路）的周围的第一圆周方向上产生磁场28，并且使得第二线圈27中的相同交流电流在与在芯体21（回路）的周围的第一圆周方向相对的第二圆周方向上产生磁场29。通过两个线圈26、27的交流电流的方向在图2和3中由叉214和点215图示，其中叉214表示向页面中行进的电流，并且点215表示向页面外行进的电流。如可以看出的，当沿着沿磁场线29的围绕芯体21的回路的单个圆周方向观察时，第一线圈26中的电流方向以逆时针方向缠绕，而第二线圈27中的电流方向以顺时针方向缠绕。对应地，当沿着沿磁场线28的围绕芯体21的回路的单个圆周方向观察时，第一线圈26中的电流方向以顺时针方向缠绕，而第二线圈27中的电流方向以逆时针方向缠绕。

如在图2中可见，当可移动桥接元件22处于完全打开位置23时，由线圈26、27生成的磁场28、29将不被跨第一电磁铁芯212和第二电磁铁芯213之间的磁性绝缘间隙25支持。因此，由线圈26、27中的交流电流在相对方向上生成的磁场28、29将被无效，使得在芯体中提供基本为零的净磁通量。

当可移动桥接元件22处于完全关闭位置24时，如在图3中可见，由线圈26、27生成的磁场210、211跨沿着芯体21上的第一位置216和第二位置217之间桥接元件22（即沿着第一电磁铁芯212和第二电磁铁芯213）的磁性可渗透路径被支持。此外，由线圈26、27中的交流电流在相对方向上生成的磁场210、211将在沿着第一电磁铁芯212和第二电磁铁芯213的相同方向上，使得沿着桥接元件22的净磁场将是磁场210、211的叠加。因此，在芯体21中支持（非零）净磁通量。

通过在完全打开位置23和完全关闭位置24之间移动磁性可渗透桥接元件22，故障电流限制器20可以被设置为在任一被动操作模式和主动操作模式中操作，在被动操作模式期间，基本上为零的净磁通量（并且因此阻抗）被维持在芯体21中，在主动操作模式期间，净磁通量被维持在芯体21中，使得存在对跨线圈26、27的电流的阻抗。

应当理解的是，尽管已经关于为配电系统2生成交流电流（AC）的发电机组描述了图2和图3，但是这不是必需的。在其它布置中，发电机可以产生直流电流，并且故障电流限制器可以与DC-到-AC逆变器串联连接，以将来自配电网络的DC电流改变为要由多个线圈接收的AC电流。

此外，虽然图2和图3示出了单个故障电流限制器20，但是视情况而定，对于配电系统2的每个相，可以存在一个这样的故障电流限制器20。

虽然图2和图3的故障电流限制器包括具有共同操作的第一和第二电磁铁芯单组的芯体以及桥接元件，但是应当领会的是，芯体可以具有共同操作的第一和第二电磁铁芯的多个这样的组以及桥接元件。所述组可以独立地控制或作为集体单元来控制。

虽然上面已经描述了桥接元件22由线性致动器机构在完全打开位置23和完全关闭位置24之间可移动，但是应当领会的是，可以替代地使用任何适合的致动机构。例如，如现在将关于图4描述的，可移动桥接元件可以是旋转致动的。

图4示意性地图示了具有对应于关于图2和图3的设备所描述的特征的特征的单相故障电流限制器70。例如，图4的故障电流限制器70包括形成闭合回路的磁性可渗透芯体21以及围绕芯体21缠绕的第一线圈26和第二线圈27。然而，该示例的故障电流限制器70与图2和图3的故障电流限制器的不同，因为可移动桥接元件被配置成由旋转致动器机构驱动。

如在图4中可见，可移动桥接元件包括可旋转地安装在枢轴76上的主体75。主体75包括第一凸出部71和第二凸出部72，第一凸出部71和第二凸出部72各自在基本上平行但相对的方向上远离主体75延伸。第一电磁铁芯212在其远端（相对于点216）成形以限定第一凹部73，并且第二电磁铁芯213在其远端（相对于点217）成形以限定第二凹部74。

可移动桥接元件被配置成使得当桥接元件处于完全关闭位置时，第一凸出部71接合第一电磁铁芯212的第一凹部73并且被第一电磁铁芯212的第一凹部73接收，并且第二凸出部72接合第二电磁铁芯213的第二凹部74并且被第二电磁铁芯213的第二凹部74接收。凸出部和凹部具有对应的长度，使得当桥接元件处于完全关闭位置时，它们基本上彼此齐平，以在第一位置216和第二位置217之间限定磁性可渗透路径。凸出部和凹部还对应，因为它们被成形为使得可移动桥接元件的凸出部71、72符合凹部73、74的形状，以及反之亦然。

可使用任何适合的旋转致动器机构来制造和对应地打断凸出部71、72与对应的凹部73、74之间的接合。例如，旋转致动器可包括马达或扭转弹簧布置。视情况而定，该机构还可包括避免过量的冲击力的一个或多个保持和阻尼布置、锁定/释放机构和/或故障安全机构。

根据本文中描述的技术的其它实施例，提供了一种适合于限制多相系统中的故障电流的单个故障电流限制器。现在将参照图5和图6描述这种故障电流限制器。

图5和图6示意性地示出了三相故障电流限制器40，其被配置成分别在被动操作模式和主动操作模式期间操作。

故障电流限制器40包括磁性可渗透（例如铁）芯体41，其形成包括三个臂的闭合回路，所述三个臂被连接以形成基本上三角形的形状。在其它布置中，回路可以是例如以圆的形状。

故障电流限制器40包括三个线圈：第一线圈45、第二线圈46和第三线圈47。每个线圈围绕环形的芯体41的相应臂缠绕。尽管为了便于说明未示出，但是每个线圈45、46、47与配电网络的相应配电线路串联连接，从而对应于三相系统的单相。也就是说，每个线圈45、46、47被配置成接收与故障电流限制器40的每个其它线圈45、46、47异相一百二十度的交流电流。也就是说，当通过线圈之一（例如，第一线圈45）的电流处于正的最大幅度时，其它两个线圈（例如，第二线圈46和第三线圈47）中的每个中的电流处于负的半幅度，使得所有三个相的电流的净幅度基本上为零。

故障电流限制器40的芯体41包括一组三个磁性可渗透的电磁铁芯：从第一线圈45与第二线圈46之间的芯体41上的第一位置416延伸的第一电磁铁芯411，从第二线圈46与第三线圈47之间的芯体41上的第二位置417延伸的第二电磁铁芯412，以及从第三线圈47与第一线圈45之间的芯体41上的第三位置418延伸的第三电磁铁芯413。第一、第二和第三位置416、417、418中的每个与它们的两个相邻线圈45、46、47基本上等距。第一、第二和第三电磁铁芯411、412、413朝向回路的中心延伸，在该点处定位有磁性可渗透的桥接元件42。

磁性可渗透的桥接元件42围绕轴417在完全打开位置43和完全关闭位置50之间（由旋转致动器）可旋转，在完全打开位置43处，在相应的电磁铁芯411、412、413和桥接元件42之间形成磁性绝缘间隙44（如图5中所示），以及在完全关闭位置50处，在每个电磁铁芯411、412、413和桥接元件42之间形成连接（如图6中所示），以经由桥接元件42在芯体41上第一位置416、第二位置417和第三位置418之间提供磁性可渗透路径。

可以使用任何适合的旋转致动器机构来制造和对应地打断沿着桥接元件42的磁性可渗透路径。例如，旋转致动器可包括马达或扭转弹簧布置。视情况而定，该机构还可以包括避免过冲和过量的冲击力的一个或多个保持和阻尼布置、锁定/释放机构和/或故障安全机构。在其它布置中，桥接元件可以是线性致动的。（线性或旋转）致动机构可以视情况而定由电源、机电源或任何其它源驱动。

在图5和图6中示出的可移动桥接元件42被成形为限定三个凸出部，每个凸出部相对于彼此以基本上一百二十度从轴417沿直线延伸。凸出部和电磁铁芯411、412、413具有对应的长度，使得当桥接元件42处于关闭位置50时，它们基本上彼此齐平，以在第一位置416、第二位置417和第三位置418之间限定磁性可渗透路径。凸出部和电磁铁芯411、412、413对应，因为它们被成形为使得可移动桥接元件42的凸出部符合对应的电磁铁芯411、412、413的形状，以及反之亦然。

三个线圈45、46、47围绕芯体41缠绕，使得由第一线圈45中的交流电流产生的磁场48基本上被由第二线圈46和第三线圈47中的电流产生的磁场49、410无效或消除。

图5和图6图示了对于三相交流电流的给定时间快照的这种效果。特别地，图5和图6示出了当通过第一线圈45的电流在第一方向上处于其最大幅度时操作的设备40，但是通过第二线圈46的电流和通过第三线圈47的电流各自处于第一线圈45中的电流的最大幅度的一半并且在与第一方向相对的第二方向上流动。

通过线圈45、46、47的电流的方向在图5中由叉414和点415图示，其中叉414表示行进到页面中的电流，并且点415表示行进到页面外的电流。如可以看到的，当沿着沿磁场线48围绕芯体41的回路的单个圆周方向观察时，第一线圈45中的电流沿顺时针方向流动，而第二线圈46和第三线圈47中的电流沿逆时针方向流动。对应地，当沿着沿磁场线49围绕芯体41的回路的单个圆周向方向观察时，第一线圈45中的电流沿逆时针方向流动，而第二线圈46和第三线圈47中的电流沿顺时针方向流动。

当由第二线圈46和第三线圈47中的电流产生的场49、410将在相对方向上处于一半幅度时，由第一线圈45中的电流产生的场48在第一方向上处于其最大幅度。以这种方式，由第一线圈在第一方向上生成的场48被由第二线圈和第三线圈在第二方向上生成的场49、410无效。

当可移动桥接元件42处于完全打开位置43时，如图5中所示，由线圈45、46、47生成的磁场48、49、410不经由桥接元件42被跨电磁铁芯411、412、413支持，并且由线圈45、46、47生成的磁场48、49、410的方向将被无效，使得在芯体41中提供基本为零的净磁通量。

如图6中所示，当可移动桥接元件42处于完全关闭位置50时，由线圈45、46、47生成的磁场51、52、53、54、55、56经由桥接元件42被跨电磁铁芯411、412、413支持，使得（非零）净磁通量在芯体41中被支持。

通过在完全打开位置43和完全关闭位置50之间移动磁性可渗透桥接元件42，故障电流限制器40可以被设置为在任一被动操作模式和主动操作模式中操作，在被动操作模式期间，在芯体41中维持基本为零的净磁通量（并且因此阻抗），在主动操作模式期间，在芯体41中维持净磁通量，使得存在对跨线圈45、46、47的电流的阻抗。

故障电流限制器包括控制器9，所述控制器9被配置成使得故障电流限制器通过在完全打开位置和完全关闭位置之间移动磁性可渗透桥接元件而在被动操作模式和主动操作模式之间切换。特别地，控制器被配置成通过响应于检测到配电系统中存在故障而将桥接元件移动到完全关闭位置来使得故障电流限制器在主动操作模式中操作。控制器9可以被提供为故障电流限制器的一部分或被提供为被配置成向可移动桥接元件发送适当的控制信令的分离实体。

图7是示意性地图示与上文关于图1至图6描述的故障电流限制器结合使用的控制器9的操作的流程图。

该方法开始于步骤61，其中控制器在被动操作模式中操作，其中桥接元件被保持在完全打开位置，使得跨芯体维持基本为零的净磁通量。以这种方式，穿过线圈的交流电流将经历很小的阻抗并且因此将不会受到故障电流限制器的极大影响。

在被动操作模式期间，控制器接收指示配电系统中的电流的幅度的电流测量结果。

在步骤62，控制器基于接收的电流测量结果来检测配电系统中是否存在故障。这可以包括控制器基于电流测量结果来确定配电系统中的电流是否超过预定阈值。

如果在步骤62确定配电系统中的电流不超过预定阈值电流值，则在利用更新的测量结果重复步骤62之前，控制器将返回到步骤61并且接收更新的电流测量结果。

然而，如果在步骤62确定配电系统中的电流超过预定阈值电流值，则这可以被视为电力系统正在经历故障状况的指示，并且控制器将因此通过切换到主动操作模式来激活故障电流限制器。具体地，控制器将发出控制信令以使得桥接元件被移动到（并且保持在）完全关闭位置，使得跨芯体维持净磁场。在主动操作模式期间，与被动模式相比，穿过线圈的交流电流将经历相对大的阻抗，并且因此将被故障电流限制器减小。

故障电流限制器将继续在主动操作模式中操作，直到故障被清除为止。在故障已经被清除之后，控制器将在步骤64接收对此的确认。例如，这可以是以来自电力系统的用户的信号或输入的形式，或者可以是确定电流已经返回到低于阈值的电平的结果。

一旦已经接收到故障清除的确认，控制器将在步骤65通过发出将使得桥接元件返回到完全打开位置的信号来去激活故障电流限制器。

虽然以上已经关于提供故障电流限制器描述了本技术，但是应当领会的是，本文中描述的技术更一般地可适用于用于控制配电系统中的电流的任何类型的设备。例如，代替控制器如上所述的在被动操作模式和主动操作模式之间切换，控制器可以被配置成通过将桥接元件移动到完全打开位置和完全关闭位置之间的中间位置而在中间操作模式（例如，在正常电流电平期间）下操作。以此方式，本文中所描述的技术可用作可变电感器、共模滤波器或差模滤波器，如现在将描述的。

（故障电流限制）设备可以通过变化桥接元件在完全打开位置和完全关闭位置之间的位置以引入不同的共模电感和差模电感来用作可变电感器。可替换地，在故障状况以及正常电流操作状况两者下该设备都可以以这种方式用于控制电力线路中的电流流动。

（故障电流限制）设备还可以通过变化桥接元件在完全打开位置和完全关闭位置之间的位置以引入不同差模电感来用作可变差模电感器。

在桥接元件由旋转致动机构驱动的情况下，（故障电流限制）设备可以通过变化桥接元件旋转的速度以变化跨设备的电感来用作可变频率电感器。

将领会的是，在上述所有布置中，将基于在故障状况期间所需的电感的电平以及例如考虑在正常操作状况期间所需的共模电感要求来设置芯体材料和尺寸、在完全关闭位置处的磁性可渗透的桥接元件的位置以及多个线圈中的匝数。

此外，虽然已经关于附图描述了如形成闭合的（即连续的）回路的芯体，但这不是必需的。该回路可以替代地形成开放的（即不连续的或断开的）回路。这可以通过在芯体中提供一个或多个磁性可渗透间隙来实现。

将理解的是，本文中描述的技术不限于上述实施例，并且可以在不脱离本文中所描述的概念的情况下做出各种修改和改进。除了相互排斥的情况之外，任何特征可以分离采用或与任何其它特征组合采用，并且本公开延伸到并且包括本文中描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (15)

1.一种用于控制N相配电系统中的电流的设备，所述设备包括：

形成回路的磁性可渗透芯体；

磁性可渗透桥接元件，其在完全关闭位置和完全打开位置之间能够移动，在所述完全关闭位置处，在所述芯体上的第一位置与在所述芯体上的第二位置之间沿着所述桥接元件提供磁性可渗透路径，在所述完全打开位置处，在所述芯体上的所述第一位置与所述第二位置之间形成磁性绝缘间隙；

围绕所述芯体缠绕的多个线圈，其中每个线圈适合于从所述配电系统接收交流电流，以在所述芯体中生成时变磁场；

其中所述多个线圈围绕所述芯体缠绕，使得所述多个线圈中的所述交流电流将在将达到以下的方向上生成时变磁场：

当所述桥接元件处于所述完全打开位置时，所述芯体中的净磁通量为零；以及

当所述桥接元件处于所述完全关闭位置时，所述芯体中的净磁通量为非零；

其中所述设备进一步包括控制器，所述控制器配置成在所述完全打开位置与所述完全关闭位置之间移动所述磁性可渗透桥接元件以控制所述芯体中的净磁通量的量且由此控制对跨所述线圈的电流的阻抗。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述芯体上的所述第一位置位于线圈的第一侧上，且所述芯体上的所述第二位置位于所述线圈的与所述第一侧相对的第二侧上。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述配电系统是DC配电网络，并且所述设备还包括DC-到-AC逆变器，以将来自所述配电系统的DC电流改变为要由所述多个线圈接收的AC电流。

4.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述配电系统为单相配电网络；

所述多个线圈包括串联连接的第一线圈和第二线圈；以及

所述多个线圈被缠绕，使得所述第一线圈中的交流电流在所述回路周围的第一方向上产生磁场，并且所述第二线圈中的交流电流在与所述回路周围的所述第一方向相对的第二方向上产生磁场。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述多个线圈被缠绕，使得所述第一线圈中的电流的方向相对于所述回路周围的圆周方向将在与所述第二线圈中的电流的方向相对的方向上。

6.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述配电系统为多相配电网络；

所述多个线圈包括用于所述配电系统的每个相电流的一个线圈；以及

每个线圈被配置成从所述多相配电网络接收与所述设备的每个其它线圈异相360/N度的交流电流。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述桥接元件被配置成由机械致动器在所述打开位置和所述关闭位置之间能够移动。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述机械致动器是线性致动器。

9.根据权利要求7所述的设备，其中所述机械致动器是旋转致动器。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器被配置成响应于检测到所述配电系统中存在故障而使得所述设备通过将所述桥接元件移动到所述完全关闭位置来限制所述配电系统中的电流。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述控制器被配置成：如果所述配电系统中的检测到的电流超过预定阈值电流值，则检测到所述配电系统中存在故障。

12.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器配置成通过将所述桥接元件移动到所述完全打开位置与所述完全关闭位置之间的中间位置而作为可变电感器、共模滤波器或差模滤波器操作。

13.一种N相AC配电系统，其具有N个配电线路，一个配电线路用于所述配电系统的每个相，其中每个配电线路连接到根据权利要求1至12中任一项所述的设备。

14.一种控制根据权利要求1至12中任一项所述的设备的操作的方法，在使用中，所述方法包括所述控制器：

以被动操作模式操作所述设备，在所述被动操作模式中，所述桥接元件保持在所述完全打开位置中，使得所述芯体中存在的净磁通量为零；

接收指示所述配电系统中的电流的幅度的电流测量结果；

基于所述接收的电流测量结果来确定所述配电系统中是否存在故障；以及

如果确定所述配电系统中存在故障：

通过使得所述桥接元件移动到所述完全关闭位置来切换所述设备以在主动操作模式中操作，使得跨所述芯体维持净磁场。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

基于所述接收的电流测量结果来确定所述配电系统中是否存在故障包括：基于所述接收的电流测量结果来确定所述配电系统中的所述电流的所述幅度是否超过预定阈值电流值；以及

如果所述配电系统中的所述电流的所述幅度超过所述预定阈值电流值，则确定所述配电系统中存在故障。