CN111712982B - 故障处理 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于处理与用于在AC系统（101、102）与DC系统（106‑1、106‑2）之间交换电功率的电压源转换器（VSC）相关联的故障的方法和设备。VSC（104）经由接口设备连接到AC系统，接口设备包括具有用于耦合到AC系统的多个AC相（A、B、C）的初级绕组集合（202）的变压器（107）。在本公开的实施例中，初级绕组集合具有中性点（N）并且接口设备包括故障模块（301），故障模块（301）具有储能元件（302），储能元件（302）与初级绕组集合的中性点和诸如地之类的参考电压之间的电阻元件（303）并联连接。故障模块不干扰正常操作，但万一在变压器的次级侧上发生相接地故障，就可能在AC相中感应比以其它方式将导致的情况更早的零交叉，因而允许AC断路器（108）以缩短的燃弧时间断开。

Description

故障处理

技术领域

本公开涉及用于故障处理的方法和设备，并且特别地涉及用于处理AC系统与DC系统之间的连接中的故障并且尤其处理与电压源转换器相关联的故障的方法和设备。

背景技术

通常，已主要通过使用交流（AC）分配方案（特别地，高压AC分配系统）而实现电功率的分配和传输。越来越多地针对一些电功率传输应用而提出直流（DC）系统，并且特别地HVDC（高压直流）。可能存在使用HVDC电功率的许多益处。

为了使用HVDC电功率传输，典型地有必要使AC电功率转换成DC并且又转换回。因而，DC系统可以耦合到一个或多个AC系统，其中至少一个转换器站在AC系统与DC系统之间的每个接口处。

在历史上，HVDC系统利用转换器站中的线路换向转换器来实现，线路换向转换器使用诸如晶闸管的元件，所述晶闸管可以被可控制地关断，但只要晶闸管被线路电压正确地偏置，晶闸管就依然导电。然而，功率电子设备领域中的发展已导致对于AC-DC转换和DC-AC转换的电压源转换器（VSC）的增加的使用。VSC使用切换元件（switching element），典型地与相应反并联二极管连接的能够被可控制地导通和关断的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。

典型地，VSC对于AC系统的每个电相将具有相分支。典型地，AC系统将是三相电系统。每个转换器臂的AC节点可以经由变压器连接到AC系统的相应AC相，变压器具有电连接到AC系统的初级绕组集合和电连接到VSC的相分支的次级绕组集合。

每个相分支可以在相应高侧DC端子和低侧DC端子处（例如，在高侧DC汇流条（busbar）与低侧DC汇流条之间）耦合到DC系统。相分支将典型地包括多个转换器臂，其中每个转换器臂在AC节点与所定义的标称DC电压之间延伸。在对称单极布置中，相分支可以具有两个转换器臂，在AC节点与高侧DC端子之间延伸的高侧转换器臂以及在AC节点与低侧DC端子之间延伸的低侧转换器臂。在双极布置中，两个转换器臂可以布置在高侧DC端子与参考电位（例如，地）之间，其中AC节点在两个臂的中点处。另外的两个转换器臂可以位于参考电位与低侧DC端子之间。每个转换器臂包括被称为阀的切换设备。在一些VSC设计（诸如，模块化多电平转换器（MMC）或交替臂转换器（AAC））中，阀可以至少部分地由多个单元的串联连接形成，每个单元具有储能元件，诸如，能够选择性地在单元的端子之间串联连接或被绕过（bypass）的电容器。阀能够用于电压波形整形（wave-shaping），并且能够允许以相对低的失真在AC与DC之间转换。

在某些VSC设计中，万一在AC系统或VSC中检测到故障，AC系统中或耦合到AC系统的电路断路器（即，连接在变压器的初级绕组侧上的电路断路器）就充当初级保护。能够在高压系统中操作的AC电路断路器典型地包括具有相对于彼此可移动的两个电接触件（contact）的机械切断开关。在正常操作中，开关被闭合，并且两个电接触件彼此物理接触，以提供具有低导通电阻的导电路径。万一发生故障，开关就被断开，并且一个接触件相对于另一个移动，以中断（break）物理接触并且防止导电。然而，开关耗费一段时间来断开，并且由于所涉及的高压，在两个电接触件已被物理地切断但仍然彼此靠近时，接触件之间的电场可能非常高并且高于接触件之间的介质（例如，空气）的击穿电压。如果在电流流过电路断路器时电路断路器被断开，则可能发生接触件之间的燃弧（arcing），并且一旦已建立燃弧，只要电流继续流动到电路断路器，就可以维持电弧。

在AC系统中，电流通常在每个周期中自然地两次过零。在AC电流下降至零时，燃弧终止。然而，在可能在HVDC 转换器站内发生的某些故障情景下，通过电路断路器的故障电流可能至少在若干个AC周期内不具有零交叉（zero crossing）。这意味着，那些相中的电流可能具有延迟的零交叉，或可能根本没有过零，意味着AC电路断路器可能没有有效地操作，并且可能经受持续的燃弧持续时间。

专利公告US2013/0063989和US2014/0268942两者都解决该问题，并且描述了用于在AC系统与DC系统之间耦合的接口布置。这些文献两者都公开了额外开关设备（即，万一发生故障就被有源地（actively）控制的元件）的使用，以如US2013/0063989中所描述的在变压器的次级侧上或如US2014/0268942中所描述的经由变压器的额外的绕组集合提供对地的短路。额外开关设备是不利的，因为额外开关设备增大VSC的成本和占地面积，并且还导致清除故障所耗费的时间取决于额外开关设备的速度的额外变量。WO2016066196还利用基于控制的解决方案来解决该问题，而不需要额外的开关设备。然而，所提出的解决方案依赖于延迟断路器断开时间，因而这不利地增加了故障的持续时间。因此，备选解决方案将是有利的。

发明内容

本公开的实施例涉及响应于故障的故障处理的改进。

因而，在一个方面，提供了一种用于在AC系统与DC系统之间通过接口连接的接口设备，所述设备包括：

变压器，所述变压器具有用于耦合到所述AC系统的多个AC相的绕组集合，所述绕组集合具有中性点；以及

故障模块，所述故障模块包括与第一模块节点与第二模块节点之间的电阻元件并联连接的储能元件；

所述第一模块节点电连接到所述绕组集合的所述中性点，并且所述第二模块节点连接到在使用中保持在参考电压的参考节点。

在正常操作期间，初级绕组集合的中性点处的电压保持平衡，并且故障模块对正常操作没有任何实质性影响。万一发生上文中所讨论的类型的故障，就可以命令与AC相串联的AC电路断路器断开。如上文中所注意到的，一个AC相将被预期具有电流的零交叉，并且因而相关的电路断路器将在相对短的时间内成功地断开，但在其它相中的至少一个中，可能存在故障电流的相当大的DC分量。在本公开的实施例中，然而一旦对于一个相的AC电路断路器已被断开，就将在中性点处存在失衡。因而，电流能够流向储能元件或从储能元件流出。由故障模块感应（induce）的该电流流动影响其它AC相中的故障电流分布，使得剩余的AC相将被预期比以其它方式将导致的情况更早地经历电流的零交叉。因而，实施例的接口设备允许万一发生故障，就命令所有AC断路器都断开，因而提供了简单的控制方法，但提供了以缩短的燃弧时间更迅速断开所有AC电路断路器。

所述故障模块还可以包括电涌放电器，所述电涌放电器与所述储能元件和所述电阻元件并联电连接在所述第一模块节点与所述第二模块节点之间。所述储能元件可以包括至少一个电容器。

所述接口设备还可以包括：对于所述AC系统的所述AC相中的每个的相应AC电路断路器；和故障控制器，所述故障控制器用于万一发生故障，就操作所述AC电路断路器。

所述故障模块所耦合到的所述变压器的绕组可以是初级绕组集合，换而言之，所述故障模块位于所述变压器的初级绕组侧上。

所述接口设备还可以包括用于耦合到电压源转换器的多个相分支的所述变压器的次级绕组集合。

万一在以下项中的任一个中发生相接地故障中的任一个，所述故障控制器就可以被配置成命令所述AC电路断路器断开：所述次级绕组集合；所述电压源转换器的相分支或在所述次级绕组集合与所述电压源转换器的相分支之间的连接。万一发生这样的故障，所述故障控制器就还可以被配置成发送阻断所述电压源转换器的命令。

故障模块的储能元件和电阻元件可以被配置成使得在AC电路断路器中的一个断开的情况下，储能元件产生（source）或吸收（sink）足以修改各种相的电流分布的电流，以便于引起其它相中的至少一个中的电流的零交叉，使得每个AC断路器能够被断开，而没有燃弧时间的大量增加。

所述电压源转换器可以被配置为双极输电系统的一部分和/或被配置为高压直流（HVDC）输电系统的一部分。

在另一方面，提供了一种用于配电网络的故障处理的方法，所述方法包括：

在正常操作模式期间，操作电压源转换器，以经由接口设备与具有多个电相的AC系统交换电功率，所述接口设备包括变压器，所述变压器包括连接到所述AC系统的所述电相的初级绕组集合和连接到所述电压源转换器的次级绕组集合；

其中所述接口设备还包括故障模块，所述故障模块包括储能元件，所述储能元件与参考电压和所述初级绕组集合或所述次级绕组集合中的一个的中性点之间的电阻元件并联连接；

所述方法还包括：针对故障进行监测；以及一检测到故障，就生成使对于所述第一AC系统的所述相中的每个的相应AC电路断路器断开的命令。

接口设备可以在如上文中所讨论的变型中的任一个中实现。所述故障可以是以下项中的任一个中的相接地故障：所述次级绕组集合；所述电压源转换器的相分支或在所述次级绕组集合与所述电压源转换器的相分支之间的连接。万一发生这样的故障，所述方法就还可以包括生成阻断所述电压源转换器的命令。

如上文中所注意到的，所述故障模块还可以包括与所述储能元件和所述电阻元件并联电连接的电涌放电器。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式来描述本发明，附图中：

图1图示了输电网络的一个示例；

图2图示了在AC系统与DC系统之间的VSC的常规连接的一个示例；

图3图示了包括根据实施例的接口设备的在AC系统与DC系统之间的VSC的连接的示例；

图4a和图4b图示了对于常规连接以及经由根据实施例的接口设备在故障期间通过AC断路器的电流和阻抗的绘图（plot）；以及

图5a和图5b图示了对于AC断路器的断路器断开时间对燃弧时间的关系的绘图。

具体实施方式

图1示出了使用HVDC的输电网络100的一个示例。图1中所示出的网络100包括在两个AC系统101和102之间连接的DC系统；然而，应当理解，实施例可以按输电系统中的任何类型的AC/DC耦合或各种各样的类型的AC/DC耦合实现。

电力网络100包括第一AC系统101。第一AC系统101可以包括任何电AC系统，并且能够例如是诸如风电场、水电站或其它AC发电机之类的电源，或能够是用于配电/输电的AC网络或电网。第一AC系统101连接到第一转换器站103，第一转换器站103包括用于从AC转换成DC或反之亦然的至少一个电压源转换器（VSC）104。第一转换器站103经由DC传输线路或极（pole）106-1和106-2连接到第二转换器站105。第二转换器站105还包括用于在AC与DC之间转换或反之亦然的至少一个VSC 104，并且第二转换器站105耦合到第二AC系统102，第二AC系统102能够是单独的AC传输/分配电网或其能够是与第一AC系统101相同的AC网络的不同部分。

图1图示了双极布置，其中第一转换器站103和第二转换器站105中的每个具有一对VSC 104，一个VSC 104连接到DC系统的一个极，例如连接到高侧传输线路106-1，而另一个VSC 104连接到DC系统的第二极，例如连接到低侧传输线路106-2（然而，有时两个VSC能够被视为一个双极VSC的正半部分和负半部分。为了清楚起见，本描述将会将双极布置称为具有两个VSC）。每个VSC 104可以在DC侧上连接到相关的DC极，并且还连接到所定义的DC电压，诸如，地。在这样的双极系统中，每个VSC 104耦合到相应AC系统101或102，并且因而存在使转换器站103或105连接到相应AC系统101或102的两个AC臂。将理解，然而有可能是其它布置。例如，在对称单极方案中，每个转换器站103和105可以包括单个VSC 104，单个VSC104在DC侧上连接在高侧DC端子与低侧DC端子之间（例如，在线路106-1与线路106-2之间），所述单个AC臂连接到相应AC系统。实施例可以在任何类型的HVDC方案中实现。

实际上，AC系统包括多个电相，并且典型地三个相，并且因而每个AC臂包括对于相中的每个的路径。

转换器站103或105经由变压器107连接到AC系统101或102，变压器107具有连接到AC系统的初级绕组集合和连接到转换器设备104的相应相分支的次级绕组集合。将AC电路断路器系统108连接在每个AC臂中，在故障控制器（未在图1中图示）的控制之下，AC电路断路器系统108可操作以万一检测到故障，就中断电路并且停止电流流动。

图2更详细地图示了转换器站103或105中的一个的VSC 104的结构和VSC 104到AC系统101或102的常规连接，其中如参考图1而讨论的类似组件以相同参考数字标识。

图2（在左手边）图示了到AC系统的连接，并且特别地示出了AC系统的标记为A、B以及C的多相分量。每个相输入到相应AC电路断路器108a、108b、108c（统称为108），AC电路断路器中的每个接收来自故障控制器201的控制信号并且受其控制。故障控制器201图示为形成转换器站103或105的一部分的单独的控制器，但在一些实例中，故障控制器的功能性的至少一部分可以由更广的电力网络100内的其它组件提供。

然后，AC相A、B以及C中的每个耦合到变压器107。变压器107可操作以使AC系统的电压变换成VSC 104的操作所要求的值。变压器包括经由断路器108耦合到AC系统的初级绕组集合202和耦合到VSC 104的相分支的次级绕组集合203。在所图示的实施例中，初级绕组集合202处于具有中性点N的星形配置中，而次级绕组集合203处于三角形（delta）配置中。中性点N可以直接地连接到地，或经由限制元件（诸如，阻抗或电涌放电器）连接到地。以此方式布置的“星形-三角形”配置能够提供一些优点，诸如防止三次谐波电流流入供电线路。然而，可以在一些实现中使用备选配置。

变换的AC相中的每个连接到转换器设备104的相应相分支。在所图示的实施例中，转换器设备104是电压源转换器（VSC），并且一般而言，VSC 104可以是任何类型的VSC，诸如如所图示的半桥模块化多电平转换器（HB MMC）。

VSC 104包括相应上转换器臂204和下转换器臂205。对于相分支的上转换器臂204连接在对于该相的AC节点与高侧DC总线206之间，并且下转换器臂205连接在该AC节点与低侧DC总线207之间。对于双极配置，高侧DC总线或低侧DC总线中的一个可以连接到参考电位，例如地，并且另一个DC总线可以连接到DC线路106-1或106-2中的一个。

每个转换器臂204或205可以包括串联连接的电感器208和也串联布置的一个或多个切换单元209。在一些VSC设计（诸如，模块化多电平转换器（MMC））中，单元209可以如图示那样包括诸如电容器210的储能元件和诸如IGBT 211的开关，开关能够被控制成使电容器210在单元的端子之间串联连接或使端子在绕过电容器的路径中连接。这样的单元的串联连接（其有时被称为链式链路（chain-link）电路或链式链路转换器）允许单元共同地被控制成提供跨过转换器臂的电压波形整形，便于（allow for）以相对低的谐波失真水平在AC与DC之间的高效转换。

在使用中，可能在转换器站103或105内产生故障。一种故障类型是单相接地故障，其中AC相中的一个对地短路。万一检测到这样的故障，故障控制器201就可以生成用于AC电路断路器108的断开命令。

如上文中所注意到的，AC电路断路器108通过迅速地使在正常闭合状态下处于物理接触的两个接触件分离而操作。在接触件开始分离时，所涉及的高电压及电流可能意味着，产生足以使环绕接触件的气体或其它介质（例如，空气）电离的电场，并且可能开始燃弧。一旦开始燃弧，只要电流仍然供应到AC电路断路器，就可以维持燃弧，并且仅可以通过电流的零交叉来熄灭燃弧。

如果在VSC 104的一部分和在图2中由虚线框212图示的VSC 104的一部分到AC系统的连接中发生相接地故障，则可能出现问题。转换器站的该部分包括变压器107的次级绕组集合203、转换器104的每个臂204、205中的电感器208以及其间的所有连接。一般而言，突出显示的区域212包括次级绕组203与每个转换器臂204或205的单元209之间的所有组件。

如果在转换器站103或105的该部分中，发生这样的相接地故障，则该相接地故障可能引起相当大的故障电流在变压器107的次级侧上（即，在变压器的VSC侧上）的该相内流动。这转而可能导致DC电流相当大地注入到变压器107的初级侧上的相A、B、C中的一个或两个中。该DC电流向该相中流动的AC电流提供偏移。因而，在对于AC波形的电流的正常零交叉时，可能仍然存在DC电流分量流动。变压器107的初级侧上的AC相中以及因此流过对于该相的相应AC电路断路器108的电流实际零交叉可能被延迟到AC周期中的后期，或可能在若干AC周期内不发生，或在某些情况下，可能根本没有零交叉。这对于AC断路器108的正确运行造成严重的问题，因为电路断路器依赖于电流的零交叉来熄灭任何燃弧并且因而成功地断开以使电流流动停止。

一般而言，万一发生相接地故障，AC系统的一个相就可能仍然经历电流的零交叉。如果能够标识相关的相，则能够生成断开相关相的AC电路断路器108a-c的命令。一旦该AC电路断路器已成功地被断开，跨过该相的电流就成功地被熄灭，因而使该AC相与VSC 104隔离。这将导致剩余的相中的电流减小。故障相中的驱动电压减小，并且因此剩余的相中的电流的DC分量将开始减小，并且可能开始经历零交叉。

因此，一检测到故障，就可以命令AC电路断路器108断开，并且一旦电流已下降至足以发生零交叉，一个AC电路断路器成功断开就可以允许其它AC电路断路器断开。然而，将在第一AC电路断路器的断开时间与故障电流分量充分地下降以致于所有剩余的AC电路断路器都成功地断开之间存在延迟。该延迟时间能够在AC电路断路器108上施加增加的应变（strain），因为断路器在直到发生零交叉为止的时间延迟期间经历更长的燃弧时间。为了避免过长的燃弧时间，在确定很可能发生对于该相的零交叉的时候，能够命令AC电路断路器以交错的方式断开。这可以缓解对于每个AC电路断路器的燃弧时间量，但要求相对复杂的控制方案。在任何情况下，该延迟都允许任何故障电流与例如VSC 104或连接到VSC 104的各种组件交互的更多的时间，因而允许发生组件的损伤的更大的可能性。

本公开的实施例通过使用接口设备而缓解该问题，接口设备包括耦合到变压器的初级绕组集合的故障模块。故障模块连接在初级绕组集合的中性点与参考电位之间，参考电位可以是地电位。

图3图示了到包括根据本公开的实施例的接口设备的AC系统的连接和VSC，其中与图1和图2中所图示的那些组件类似的组件由相同参考数字标识。

图3再次图示了经由变压器107耦合到AC系统的三个相A、B以及C的VSC 104。在此实施例中，然而变压器107具有连接到其的故障模块301。故障模块301包括储能元件302，储能元件302与第一模块节点和第二模块节点之间的电阻元件303并联电连接。在图3中所图示的实施例中，储能元件包括至少一个电容器302。故障模块301的第一模块节点连接到初级绕组集合202的中性点。第二模块节点连接到处于参考电位的参考节点，在正常操作中，参考电位是与初级绕组的中性点相同的电位（在该示例中，地）。在一些实施例中，故障模块还包括电涌放电器304，电涌放电器304与电阻元件303和储能元件302并联电连接。

因而，图3的实施例中的故障模块301连接到变压器107的初级侧。在一些实例中，然而故障模块能够改为连接到变压器的次级绕组集合的中性点，以提供如本文中所描述的相同的一般优点。故障模块301包括纯无源组件，并且不需要诸如要求有源控制的开关或类似物的任何组件。

在正常非故障操作期间，在所有相A、B以及C都连接到初级绕组202的情况下，来自所有相的电压都将适当地平衡。因而，初级绕组集合202的中性点N处的电压将实质上与参考电位相同，并且因而故障模块的存在实质上将不会影响正常操作。

然而，万一在VSC 104的部分212、变压器次级绕组203或其间的连接中发生相接地故障，故障模块的组件的存在就能够减少使所有AC电路断路器108都断开所要求的时间。

万一发生这样的故障，故障控制器201就可以对所有AC电路断路器108都发出断开命令。如上文中所注意到的，在这样的相接地故障中，可能存在强加于AC相中的一个或多个上的DC电流分量。然而，至少一个AC相将仍然以对于AC波形的通常间隔经历电流的零交叉。因而，AC电路断路器108a-c中的一个将在相对短的时段内成功地断开，使该相与VSC隔离。

使电路断路器108a-c中的一个断开，有效地去除一个相的贡献将影响初级绕组202的中性点N处的电压。不再使中性点处的电压在所有相之间平衡，并且将跨过储能元件（例如，电容器302）和电阻组件302产生非零电压。该电压感应出流向电容器302/从电容器302流出的电流。该电流也在AC电路断路器尚未断开的AC相中流动。这提供对这样的相中的电流分布的调制，以致于至少部分地抵消了故障电流分量的影响。照此，这减小剩余相中的电流的偏移。因而，一旦AC电路断路器中的一个已断开，故障模块301的存在就引起其它AC相比如上所述的以其它方式将导致的情况更早地经历电流的零交叉。电阻组件303与储能元件并联连接，以便于允许供DC电流在必要时流动的路径，例如以为任何DC电流提供在正常操作期间进入变压器中性点的路径。这意味着，故障模块不干扰变压器的正常操作，但在故障状况期间，能够如上所述修改AC相的电流分布。电涌放电器304被提供来保护变压器中性点并且还限制电容器和电阻器上的电应力。

为了图示本发明的实施例的优点，诸如图2中所图示的常规VSC布置的操作被模拟并且与图3中所图示的布置的操作进行比较。

图4a图示了使用常规故障处理方法的响应于所检测到的故障的相A、B以及C中的每个的通过电路断路器108的电流值和阻抗值。图4a的顶部绘图示出了AC电流波形，并且底部绘图示出了电路断路器的阻抗。如上所述，在发生故障（诸如，单相接地故障）时，相中的一个将仍然经历电流的零交叉。在图4a中所图示的示例中，相B继续经历零交叉。如果全部三个AC电路断路器都被命令断开，则电路断路器108b将首先断开。使AC断路器108b闭合减少其它相的电流偏移，并且相A此后不久经历零交叉。然而，相C的电流仍然具有相当大的DC偏移，并且在其经历在电路断路器108c能够使导电停止时的零交叉之前经受若干周期。因而，完全地熄灭故障电流所耗费的时间相对长，并且对于相C的AC电路断路器经历大于40ms的相当长的燃弧时期。

图4b图示了使用本公开的实施例的响应于所检测到的故障的相A、B以及C中的每个的通过电路断路器108的电流值和阻抗值。图4b再次在顶部绘图中示出了通过AC电路断路器的每个相的AC电流，并且在底部绘图中示出了电路断路器的阻抗。如先前的示例中那样，检测到诸如单相接地故障之类的故障，并且命令所有AC电路断路器都断开。相B再次经历电流的零交叉，并且因而电路断路器108b是第一个完全断开的。然而，在该示例中，一旦电路断路器108b断开，中性点处的电压失衡就感应出到/来自变压器故障模块301的电流，如所描述的，这降低了由于故障电流而引起的DC偏移的影响。在该示例中，相A再次在对于相B的电路断路器断开之后不久经历零交叉。然而，如能够清楚地看到的，在该实例中，相C在经历电流的零交叉之前经历了远远更少的周期。更早的零交叉比常规途径更快得多地熄灭跨过相关的电路断路器的任何电流流动，因而降低故障电流对系统的各种组件造成损伤的风险。

图5a和图5b图示了在AC周期中的不同点的对于AC电路断路器的不同断开时间的在故障期间的断路器断开时间对燃弧时间的关系的绘图。将理解，AC断路器实际上断开所耗费的时间可能变化。因而，图5a和图5b考虑了许多不同的断路器断开时间（在该示例中，在1ms间隔十四个），并且对于在AC周期中给定点发生的故障，确定对于最坏情况的AC相的所合成的燃弧时间。因而，对于在AC周期中的给定点发生的故障，每个点表示对于给定的断路器断开时间的所合成的燃弧时间。图5a示出了使用对于VSC的常规故障处理方法的来自电路断路器的响应。能够看到，对于各种AC电路断路器的燃弧时间可能明显地变化，并且对于AC电路断路器中的至少一个的燃弧时间可能高达85ms左右。图5b图示了根据本公开的实施例的具有变压器故障模块的系统的断路器断开时间对燃弧时间的关系。在此情况下，电路断路器的最坏情况燃弧时间少于40ms，并且在该示例中，不超过大约36ms。该减小的燃弧时间更迅速地熄灭跨过断路器的电流，这在电路断路器上施加更小的应变并且降低损伤风险。

因而，实施例提供了用于VSC系统中的故障处理的设备和方法。接口设备包括故障模块，故障模块具有无源组件、储能元件以及电阻元件，无源组件、储能元件以及电阻元件在变压器的初级侧上在变压器的中性点与参考（例如，地）之间并联连接。例如，对于形成对称单极系统或如图1中所图示的双极布置的一部分的VSC，具有这样的故障模块的实施例可以在任何类型的HVDC方案中实现。本公开的实施例允许万一发生故障，故障控制器就简单地向所有AC电路断路器都发出断开命令，并且确保AC相中电流的较早地感应的零交叉，并且具有跨过电路断路器的减少的燃弧时间。因而，实施例以迅速并且高效的方式使AC电力网络与经历故障的VSC隔离。这降低任何故障电流损伤HVDC系统的组件的风险，并且特别地减小潜在地跨过电路断路器经历的应变。

应当注意到，上文中所提到的实施例图示了本发明，而不是限制本发明，并且在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员将能够设计许多备选实施例。单词“包括”不排除除了权利要求中所列出的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在，“一”或“一个”不排除多个，并且单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所叙述的若干单元的功能。权利要求中的任何参考符号都不应当如此被解释以致于限制其范围。

Claims (13)

1.一种用于在AC系统(101、102)与DC系统(106-1、106-2)之间通过接口连接的接口设备，所述接口设备包括：

变压器(107)，所述变压器(107)具有用于耦合到所述AC系统的多个AC相(A、B、C)的绕组集合(202)，所述绕组集合具有中性点(N)；

多个AC电路断路器，对于所述AC系统的所述多个AC相中的每个AC相有一个AC电路断路器；

故障模块(301)，所述故障模块(301)包括与第一模块节点与第二模块节点之间的电阻元件(303)并联连接的储能元件(302)；

所述第一模块节点被电连接到所述绕组集合的所述中性点，并且所述第二模块节点被连接到在使用中保持在参考电压的参考节点；以及

故障控制器，所述故障控制器用于操作所述多个AC电路断路器，所述故障控制器响应于相接地故障而被配置成：

对所述多个AC电路断路器中的每个AC电路断路器发出断开命令；以及

一旦所述多个AC电路断路器中的一个AC电路断路器被断开，所述故障控制器就被配置成导致要跨所述储能元件和所述电阻元件产生的非零电压，其中所述非零电压引起流至所述储能元件/从所述储能元件流出的电流并且所述电流还在其中所述AC电路断路器尚未断开的所述AC相中流动。

2.根据权利要求1所述的接口设备，其中所述故障模块包括电涌放电器(304)，所述电涌放电器(304)与所述储能元件和所述电阻元件并联电连接在所述第一模块节点与所述第二模块节点之间。

3.根据权利要求1或2所述的接口设备，其中所述储能元件包括至少一个电容器(302)。

4.根据权利要求1所述的接口设备，其中所述变压器的所述绕组集合是所述变压器的初级绕组集合。

5.根据权利要求4所述的接口设备，还包括用于耦合到电压源转换器的多个相分支的所述变压器(107)的次级绕组集合(203)。

6.根据权利要求5所述的接口设备，其中万一在以下项中的任一个中发生相接地故障，所述故障控制器就被配置成命令所述AC电路断路器断开：所述次级绕组集合；所述电压源转换器的相分支或在所述次级绕组集合与所述电压源转换器的相分支之间的连接。

7.根据权利要求6所述的接口设备，其中万一发生这样的故障，所述故障控制器就还被配置成发送阻断所述电压源转换器的命令。

8.根据权利要求5所述的接口设备，其中所述电压源转换器被配置为双极输电系统(100)的一部分。

9.根据权利要求5所述的接口设备，其中所述电压源转换器被配置为高压直流(HVDC)输电系统(100)的一部分。

10.一种用于配电网络的故障处理的方法，所述方法包括：

在正常操作模式期间，操作电压源转换器(104)，以经由接口设备与具有多个电相(A、B、C)的AC系统(101、102)交换电功率，所述接口设备包括变压器(107)，所述变压器(107)包括连接到所述AC系统的所述电相的初级绕组集合(202)和连接到所述电压源转换器的次级绕组集合(203)；

其中所述接口设备还包括故障模块(301)，所述故障模块(301)包括储能元件(302)，所述储能元件(302)与参考电压和所述初级绕组集合或所述次级绕组集合中的一个的中性点之间的电阻元件(303)并联连接；

所述方法还包括：通过故障控制器，监测故障；并且一检测到故障，就对多个AC电路断路器中的每个AC电路断路器发出断开命令，对于所述多个电相中的每个电相有一个AC电路断路器；以及一旦所述多个AC电路断路器中的一个AC电路断路器被断开，就导致要跨所述储能元件和所述电阻元件产生的非零电压，其中所述非零电压引起流至所述储能元件/从所述储能元件流出的电流并且所述电流还在其中所述AC电路断路器尚未断开的所述电相中流动。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述故障是以下项中的任一个中的相接地故障：所述次级绕组集合；所述电压源转换器的相分支或在所述次级绕组集合与所述电压源转换器的相分支之间的连接。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中万一发生故障，所述方法就还包括生成阻断所述电压源转换器的命令。

13.根据权利要求10至11中的任一项所述的方法，其中所述故障模块还包括与所述储能元件和所述电阻元件并联电连接的电涌放电器(304)。