CN112640238A

CN112640238A - 用于识别高压直流输电线路中的故障并且生成用于直流断路器的触发信号的方法和设备

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Publication number: CN112640238A
Application number: CN201880095646.9A
Authority: CN
Inventors: C.布兰特尔; D.埃尔金; A.舍恩; P.C.图纳霍夫
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2038-07-17
Also published as: EP3797460A1; CN112640238B; WO2020015820A1

Abstract

本发明涉及一种用于生成用于直流断路器(22)的触发信号(A)的方法，该直流断路器连接在高压直流电源(11)与高压直流输电线路(24)之间。在该方法中，测量施加在高压直流输电线路(24)上的电压，从而获得电压测量值(Um)，并且测量流经高压直流输电线路(24)的电流，从而获得电流测量值(Im)。通过分析电压测量值(Um)和/或电流测量值(Im)，识别高压直流输电线路上存在的故障(230)，并且据此生成用于直流断路器(22)的触发信号(A)。此外，本发明涉及一种用于生成触发信号的装置。

Description

用于识别高压直流输电线路中的故障并且生成用于直流断路器的触发信号的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于生成用于直流断路器的触发信号的方法，该直流断路器连接在高压直流电源与高压直流输电线路之间。此外，本发明涉及一种用于生成触发信号的装置。

背景技术

高压直流输电(

)特别好地适用于在长距离上传输电能，因为在此出现相对低的电损耗。简单的高压直流输电系统(

系统)具有两个高压直流输电站(

站)，两个高压直流输电站借助高压直流输电线路(

线路)电连接。所谓的多端

系统(

网)更为复杂。多端

系统具有两个以上的

站，这些

站经由多个

线路彼此电连接。这种

网通常具有高压直流节点，在这些高压直流节点处三个或更多个

线路彼此电连接。

如果在

线路上进行能量传输期间出现电气故障(例如，导致形成电弧的短路)，则必须可靠地识别该故障，因此据此可以采取适当的保护措施。在简单的

系统和多端

系统中，都必须识别

线路上的这种故障并且进行对应地清除。为此可以考虑以下方法。

第一已知方法在于，在识别到故障之后在连接到

系统的交流电网中断开交流断路器，并且由此中断向

系统的能量供应。该保护方案的缺点是，必须关闭整个

系统以清除故障，并且需要

站的重新启动过程。如果

站具有模块化多电平变流器，则必须对模块的能量存储器进行新的充电，这大大延迟了故障清除之后的能量传输的恢复。

使用线路差动保护可能是用于选择性地清除故障的另一种可能性。在此，在

线路的端部处测量流过的电流并且将其彼此比较。一旦两个测得的直流电流之差超过阈值，就断开线路。但是，该设计需要使用快速的通信基础设施，其中通信介质的信号传播时间同样延迟了故障识别。

这些所描述的方法要么需要附加的复杂组件，要么不能够实现选择性地清除

线路上的故障。这些缺点在带有模块化多电平变流器的多端

系统中尤为明显。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提出一种方法和一种装置，利用该方法和装置可以在发生故障的情况下快速并且轻松地生成用于断路器的触发信号(断开信号)，利用该触发信号可以在故障情况下减少向故障位置的能量传输。

根据本发明，上述技术问题通过根据独立专利权利要求所述的方法和装置来解决。在从属权利要求中说明了方法和装置的有利的实施方式。

公开了一种用于生成用于直流断路器的触发信号的方法，该直流断路器连接在(高压直流输电网的)高压直流电源与高压直流输电线路之间，其中在该方法中：

-测量施加在高压直流输电线路上的(单个)电压测量点上的电压，从而获得电压测量值，

-测量(单个)电流测量点处流经高压直流输电线路的电流，从而获得电流测量值，以及

-通过(仅)分析电压测量值和/或电流测量值，识别高压直流输电线路(的故障位置)上存在的故障(、特别是高压直流输电线路上存在的短路和/或电弧)，并且据此生成用于直流断路器的触发信号。在该方法中特别有利的是，可以仅通过分析电压测量值和电流测量值来识别故障并且可以据此生成触发信号。基于触发信号断开直流断路器，由此中断了从高压直流电源到高压直流输电线路的电流流动。由此，减少或完全断开了在高压直流输电线路中流动的故障电流。由于仅必须分析在电压测量点处测得的电压测量值和在电流测量点处测得的电流测量值，得到了非常简单的用于生成触发信号的方法。因此，根据触发信号，通过直流断路器中断高压直流电源与高压直流输电线路上的故障位置之间的电流流动。流向故障位置(故障点)的电流被断开。高压直流电源例如可以是高压直流输电网或高压直流输电系统的高压直流输电站(变流器)或电网节点(高压直流节点、高压直流输电网节点)。

该方法可以进行为使得生成用于直流断路器的触发信号，如果：

-(特别是在预定的第三时间段内)电压测量值的平均时间变化的绝对值超过预定的第一电压变化阈值，其中(特别是基本上同时)电压测量值的平均时间变化小于零。由此实现对快速的电压降的识别。

诸如“第一时间段”、“第二时间段”、“第三时间段”等术语在此仅应理解为对于不同的时间段的标识符。这些不同的时间段可以具有不同的时长或相同的时长。例如，术语“第三时间段”的使用并不旨在表示在该方法或装置中还必须使用“第一时间段”和“第二时间段”。“第一时间段”和“第二时间段”例如可以在可选的方法步骤中或者在方法或装置的变形中使用。

该方法也可以进行为使得生成用于直流断路器的触发信号，如果：

-(特别是在预定的第四时间段内)电压测量值的平均时间变化的绝对值超过预定的第一电压变化阈值，其中电压测量值的平均时间变化小于零并且(基本上同时，即在预定的第四时间段内)电流测量值的平均时间变化超过预定的第一电流变化阈值，或者

-(特别是在预定的第四时间段内)电压测量值的平均时间变化的绝对值超过预定的第一电压变化阈值，其中电压测量值的平均时间变化小于零并且(基本上同时，即在预定的第四时间段内)电流测量值超过预定的第五电流阈值。在第一替换方案中，由此实现与快速电流上升结合地识别快速电压降。在第二替换方案中，由此实现与电流上升结合地识别快速电压降。

-在预定的第一时间段内，电压测量值低于预定的第一电压阈值，并且电流测量值超过预定的第一电流阈值，或者

-在预定的第二时间段内，电压测量值低于预定的第二电压阈值并且电流测量值改变其符号(因为测得的(直流)电流具有电流方向反转)，或者

-在预定的第二时间段内，电压测量值低于预定的第二电压阈值，电流测量值改变其符号(因为测得的(直流)电流具有电流方向反转)并且电流测量值的时间变化的绝对值超过预定的第一电流变化阈值。

在该方法中，以“或”门逻辑电路给出了电压测量值和/或电流测量值的三个不同的特征或标准。一旦识别出三个特征中的一个或满足三个标准中的一个，则生成触发信号。该方法特别可靠，因为检查多个特征/标准以识别高压直流输电线路上的故障。

由此产生用于生成用于(特别是电力电子)直流断路器的触发信号的方法，该直流断路器连接在(高压直流输电网的)高压直流电源与高压直流输电线路之间，其中在该方法中：

-生成用于直流断路器的触发信号，如果：

该方法可以进行为使得如果电流测量值超过预定的第二电流阈值，则生成用于直流断路器的触发信号。该替换的标准/特征被构建为附加的过电流识别。有利地，第二电流阈值可以被选择为使得该第二电流阈值是直流断路器的额定断路电流。由此，即使不满足先前提到的(更复杂的)标准并且因此根据这些更复杂的标准没有生成触发信号，也确保对直流断路器的保护。因此，方法的该变形可以(在通过过电流破坏之前)实现对直流断路器的保护。

该方法也可以进行为使得第一电流阈值小于第二电流阈值。如果第一电流阈值小于第二电流阈值，则这有利地导致：在出现故障时，通过分析第一电流阈值可以比通过分析第二电流阈值更快地生成触发信号。换言之，可以在较低的故障电流下将直流断路器断开。由此得到特别快速和可靠的方法。

有利地，在方法中直流断路器可以是电力电子直流断路器或混合式直流断路器。但是原则上也可以使用另外的直流断路器。

该方法也可以被实现为使得高压直流电源(尤其是高压直流输电站)具有模块化多电平变流器，其具有大量类似的模块。

该方法也可以进行为使得每个模块(以半桥电路)具有至少两个电子开关元件和电能存储器。这种模块也被称为半桥模块。在具有以半桥技术(即，具有半桥模块)的模块化多电平变流器的高压直流输电站中可以特别有利地使用该方法，因为(与具有全桥模块的多电平变流器不同)由于半桥模块，这些多电平变流器无法建立针对故障电流的反向电压。然而，该方法也可以在具有以全桥技术的模块化多电平变流器的高压直流输电站中使用。

该方法也可以进行为使得高压直流电源(尤其是高压直流输电站)具有两个模块化多电平变流器，其直流接头(直流电压接头)电串联连接(并且其中直流接头的连接点形成接地接头)。具有这种高压直流输电站的高压直流输电也被称为双极高压直流输电，因为高压直流输电站除了接地接头之外还具有两个另外的直流接头。在此，一个直流接头通常具有比接地接头更高的电势，而另一直流接头通常具有比接地接头更低的电势。

该方法也可以进行为使得第一电压阈值小于第二电压阈值。

在该方法中，直流断路器可以是单向直流断路器。单向直流断路器是只能断开一个方向上的电流流动的直流断路器(单向断开的直流断路器)。另一个方向上的电流流动不能断开，例如，该电流流动经由反并联二极管进行。电力电子直流断路器相对于机械式断路器或混合式断路器(即，既具有机械开关元件又具有电子开关元件的断路器)具有以下优点：电力电子直流断路器可以非常迅速地断开故障电流。单向直流断路器可以相对容易且以低成本的方式实现，因为仅需要为一个电流方向设置有源电力电子部件。另一个电流方向可以借助简单的(不受控的)二极管(或多个二极管的串联电路)来实现。

该方法也可以进行为使得仅当相应条件(至少)存在预定的持续时间的时长时，才生成用于直流断路器的触发信号。

此外，公开了一种装置，其具有：

-直流断路器，该直流断路器连接在(高压直流输电网的)高压直流电源与高压直流输电线路之间，

-电压传感器，该电压传感器用于测量施加在高压直流输电线路上的(单个)电压测量点上的电压，从而获得电压测量值，

-电流传感器，该电流传感器用于测量在(单个)电流测量点流经高压直流输电线路的电流，从而获得电流测量值，以及

-控制装置，该控制装置被配置为用于通过(仅)分析电压测量值和/或电流测量值来识别高压直流输电线路上存在的故障(、特别是高压直流输电线路上存在的短路和/或电弧)，并且据此生成用于直流断路器的触发信号。

该装置可以被设计为使得控制装置生成用于直流断路器的触发信号，如果：

-(特别是在预定的第三时间段内)电压测量值的平均时间变化的绝对值超过预定的第一电压变化阈值，其中(基本上同时)电压测量值的平均时间变化小于零。由此实现对快速的电压降的识别。

该装置也可以被设计为使得控制装置生成用于直流断路器的触发信号，如果：

由此，得到装置，其具有：

-(电力电子)直流断路器，该直流断路器连接在(高压直流输电网的)高压直流电源与高压直流输电线路之间，

-控制装置，该控制装置被配置为用于生成用于直流断路器的触发信号，如果：

该装置可以被设计为使得如果电流测量值超过预定的第二电流阈值，则控制装置生成用于直流断路器的触发信号。

该装置可以被设计为使得第一电流阈值小于第二电流阈值。

该装置可以被设计为使得直流断路器是电力电子直流断路器或混合式直流断路器。

该装置可以被设计为使得直流断路器是单向直流断路器。单向直流断路器是只能断开一个方向上的电流流动的直流断路器(单向断开的直流断路器)。

该装置可以被设计为使得高压直流电源(尤其是高压直流输电站)具有模块化多电平变流器，其具有大量类似的模块。

该装置可以被设计为使得每个模块(以半桥电路)具有至少两个电子开关元件和电能存储器。

该装置可以被设计为使得高压直流电源(尤其是高压直流输电站)具有两个模块化多电平变流器，其直流接头(直流电压接头)电串联连接(并且其中直流接头的连接点形成接地接头)。

该装置可以被设计为使得第一电压阈值小于第二电压阈值。

该装置可以具有：

-电感、特别是扼流圈，其用于限制流过直流断路器的电流的电流变化。

该装置可以具有：

-限压装置，该限压装置限制短暂(瞬态地)出现在高压直流输电线路上的电压的水平。限压装置特别地限制短暂(瞬态地)出现在高压直流输电缆线上的电压的水平，其极性与运行中在高压直流输电缆线上出现的稳态工作电压的极性相反。该限压装置有利地防止了在高压直流输电缆线与参考电势、特别是地电势之间出现相反极性的不允许的大电压尖峰。

该装置可以被设计为使得

-限压装置具有电流路径，在短暂出现不允许的大电压的情况下，电流从高压直流输电线路经由该电流路径(向参考电势)流出。由此，限制了该电压的水平。

在此，电流路径可以将高压直流输电线路与参考电势、特别是与地电势连接。

该装置可以被设计为使得

-电流路径具有电气阀、特别是二极管，和/或过电压放电器。

电气阀可以被极化为使得限压装置限制短暂(瞬态地)出现的电压，其极性与在高压直流输电线路上出现的稳态工作电压的极性相反(其中，限压装置不会影响稳态工作电压)。

在此，过电压放电器的阈值电压可以确定高压直流输电线路上允许的最大电压。

限压装置可以布置在直流断路器与高压直流输电线路之间。

扼流圈可以布置在限压装置与高压直流电源之间。

该装置可以被设计为使得仅当相应条件(至少)存在预定的持续时间的时长时，才生成用于直流断路器的触发信号。

该装置可以被设计为使得

-高压直流输电线路是塑料绝缘的高压直流输电缆线。

所描述的方法和所描述的装置具有相同或类似的优点。

附图说明

下面参考实施例更详细地阐述本发明。在此，相同的附图标记指示相同或相同作用的元件。附图中：

图1示出了具有四个高压直流输电站和十四个直流断路器的多端

系统的实施例，

图2示出了图1的多端

系统的局部，

图3示出了高压直流输电站的实施例，

图4示出了模块化多电平变流器的实施例，

图5示出了以半桥技术的模块的实施例，

图6示出了直流断路器的实施例，

图7示出了用于生成第一触发信号的逻辑电路的实施例，

图8示出了用于生成第二触发信号的逻辑电路的实施例，

图9示出了用于生成第三触发信号的逻辑电路的实施例，

图10示出了用于生成第四触发信号的逻辑电路的实施例，

图11示出了用于生成第四触发信号的逻辑电路的另外的实施例，

图12示出了用于生成第四触发信号的逻辑电路的另外的实施例，

图13示出了用于根据第一触发信号、第二触发信号、第三触发信号和第四触发信号生成(总)触发信号的逻辑电路的实施例，和

图14示出了各个逻辑电路的示例性概要示图。

具体实施方式

图1中示出了以多端高压直流输电系统1的形式的

系统1的实施例。下面，高压直流输电也简称为

在此，高压被理解为大于100kV的电压。多端

系统1具有第一

站11、第二

站12、第三

站13和第四

站14。

站11、12、13和14通常具有变流器的功能，该变流器可以将交流电转换为直流电和/或将直流电转换为交流电。因此，将图1中的

站分别象征为变流器。

站也可以被称为

变流器站或被称为

转换器站。

站分别是高压直流电源。第一

站11的交流接头15经由第一三相交流线路16与未示出的第一交流电网连接。同样，第二

站12经由交流线路18与未示出的第二交流电网连接。以相同方式，第三

站13和第四

站14也分别经由三相交流线路与未示出的交流电网连接。第一

站11的直流接头20经由第一直流断路器22与第一

线路24电连接。第一

线路24(以及还有所有其他

线路)具有正极和负极(参见图2)。第一

线路24经由第二直流断路器25和第一母线26与第三直流断路器28以及与第四直流断路器30电连接。第一母线26(以及还有

系统1的所有其他母线)具有两个分开的电流母线：用于

线路的正极的电流母线26a和用于

线路的负极的电流母线26b(参见图3)。

以类似的方式，第二

站12的直流接头经由第五直流断路器32、第二

线路34、第六直流断路器35和第二母线36与第七直流断路器38和第八直流断路器40电连接。此外，第三

站13的直流接头经由第九直流断路器42与第三

线路44电连接。此外，第四

站14的直流接头经由第十直流断路器46、第四

线路47、第十一直流断路器48和第三母线49与第十二直流断路器50、第十三直流断路器52和第十四直流断路器54电连接。

第三直流电压断路器28经由第五

线路58与第十三直流断路器52连接。第四直流断路器30经由第六

线路60与第七直流断路器38连接。第八直流断路器40经由第七

线路62与第十四直流断路器54电连接。当直流断路器是单向直流断路器时，则直流断路器可以分别被定向为使得靠近

站或母线的直流断路器可以分别断开从相应的

站或从相应的母线流出的电流。换言之，直流断路器可以分别被定向为使得靠近高压直流电源的直流断路器可以分别断开从相应的高压直流电源流出的电流。这至少适用于

站或母线的正接头。在

站或母线的负接头中，电流方向反转，因此在那里可以反转直流断路器的方向。

由于

系统1具有以四个

站11、12、13和14的形式的四个端，因此该

系统也被称为多端

系统1或者被称为多端

网1。

在

系统的另外的实施例中，也可以省略母线，并且连接到母线的直流断路器可以直接与相应的

站的直流接头连接。

在

系统的另外的实施例中，可以省略在

站11、12、14与母线26、36、49之间的直流断路器22、25、32、35、46和48。于是，

站分别直接与母线连接。

线路上出现的直流电压和直流电流可能会随时间变化，特别是在出现故障时。

图2中以更详细的形式示出了

系统1的局部。因此可以清楚地看到，第一

站11的直流接头20具有三个不同的接头：正接头P、负接头N以及接地接头M(也被称为接地导体M)。接地接头M通常具有地电势。在此，正接头P经由第一直流断路器22与第一

线路24电连接。此外，在图2中可以很好地看到，

线路分别具有正极24a、58a、60a和负极24b、58b、60b；正接头P经由第一直流断路器22与第一

线路24的正极24a连接，负接头N与第一

线路24的负极24b连接。负接头N可以经由另外的直流断路器与第一

线路24的负极24b连接；该另外的直流断路器为了清楚起见未在图2中示出。借助电流传感器202，在电流测量点204处(在第一

线路24的正极24a处)测量流过第一

线路24的直流电流I，从而获得电流测量值Im。这些电流测量值Im(经由第一数据线路208)传输到控制装置210。借助电压传感器214，测量电压测量点218处施加在第一

线路24上的电压U，从而获得电压测量值Um。这些电压测量值Um(借助第二数据线路222)传输到控制装置210。在该实施例中，相对于地电势测量电压测量值Um。

控制装置210分析电流测量值Im和电压测量值Um，并且如果在第一

线路24上(或者在与第一

线路24连接的另外的

线路上、诸如在第五

线路58或者在第六

线路60上)出现电气故障230，则基于该分析进行识别。这种电气故障230也被称为“线路故障”、“跨线故障”或被称为“DC故障”。这种电气故障230尤其可以是短路230，诸如

线路的正极与负极之间的短路或

线路的极中的一个与地电势之间的短路。这种故障例如也可以是带有电弧形成的短路230。故障230出现在

线路上的故障位置231(故障点231)处。

如果基于对电压测量值Um和电流测量值Im的分析，识别到在第一

线路24上(或在另外的

线路中的一个上)存在这种故障230，则控制装置210生成触发信号A。(借助第三数据线路226)该触发信号A被传输到第一直流断路器22。根据触发信号A，触发第一直流断路器22，即，第一直流断路器22断开。由此，将第一

线路24与第一

站11分离。换言之，从第一

站11到第一

线路24的电流流动被中断。更准确地说，从第一

站11到第一

线路24的正极24a的电流流动被中断。由此，中断了到第一

线路24上的故障位置231的能量供应，由此熄灭了可能燃烧的电弧和/或无电压地断开第一

线路24。在此，优点在于，分别只有其上出现故障的那个

线路才借助对应的直流断路器与进行能量馈送的

站分离。例如(参见图1)在第一

线路24上出现故障的情况下，第一直流断路器22中断第一

站11向第一

线路24的能量馈送就足够了。根据能量流动的方向，也可能需要第二直流断路器25中断向第一

线路24的能量供应。然而，不需要无电压地断开不受故障230影响的

系统1的另外的

线路(诸如第三

线路44、第二

线路34或第七

线路62)，使得能量传输可以继续在

网1的不受故障230影响的部分中进行。因此大的优点是，可以借助相应的直流断路器选择性地断开(即，无电压地断开)

网1的电网部段。

网1的其余直流断路器(即，第二直流断路器25至第十四直流断路器54)同样与控制装置并且分别与电流传感器以及分别与电压传感器电连接。在此，每个直流断路器可以与自己的控制装置相关联，或者多个直流断路器(在极端情况下，所有直流断路器)可以与共同的控制装置相关联。在后一种情况下，直流断路器分别(选择性地)从共同的控制装置接收单独的触发信号A。为了清楚起见，在图2中图形地示出了仅与第一直流断路器22有关联的控制装置、电流传感器和电压传感器。

图3中示出了第一

站11的实施例。第二

站12、第三

站13和第四

站14同样可以以与第一

站11相同的方式构造。

第一

站11具有第一变流器302和第二变流器304。在此，第一变流器302形成

站11的第一子变流器302；第二变流器304形成

站11的第二子变流器304。第一变流器302的交流接头经由第一(交流)变压器306与第一

站11的交流接头15电连接。第二变流器304的交流接头经由第二(交流)变压器308与第一

站11的交流接头15电连接。第一变流器302的正直流接头PA1形成第一

站11的正接头P。第一变流器302的负直流接头NA1与第二变流器304的正直流接头PA2电连接。该电连接形成第一

站11的接地接头M。第二变流器304的负直流接头NA2形成第一

站11的负接头N。

图4中示出了变流器400的实施例。在此，这例如可以是图3中所示的第一变流器302和/或第二变流器304。也可能的是，

站中的一个或多个仅具有一个变流器，例如以图4中所示的形式的变流器。

变流器400是模块化多电平变流器400(modular multilevel Converter，MMC)。该变流器400具有第一交流接头405、第二交流接头407和第三交流接头409。第一交流接头405与第一相模块支路411和第二相模块支路413电连接。第一相模块支路411和第二相模块支路413形成变流器400的第一相模块415。第一相模块支路411的背离第一交流接头405的端部与第一直流接头416电连接；第二相模块支路413的背离第一交流接头405的端部与第二直流接头417电连接。第一直流接头416为正直流接头；第二直流接头417为负直流接头。第一直流接头416例如可以是根据图3的正直流接头PA1，并且第二直流接头417可以是负直流接头NA1。

第二交流接头407与第三相模块支路418的端部以及与第四相模块支路421的端部电连接。第三相模块支路418和第四相模块支路421形成第二相模块424。第三交流接头409与第五相模块支路427的端部以及与第六相模块支路429的端部电连接。第五相模块支路427和第六相模块支路429形成第三相模块431。

第三相模块支路418的背离第二交流接头407的端部和第五相模块支路427的背离第三交流接头409的端部与第一直流接头416电连接。第四相模块支路421的背离第二交流接头407的端部和第六相模块支路429的背离第三交流接头409的端部与第二直流接头417电连接。

每个相模块支路具有多个模块(1_1、1_2、1_3…1_n；2_1…2_n；等)，这些模块电串联连接。这种模块也被称为子模块。在图1的实施例中，每个相模块支路具有n个模块。电串联连接的模块的数量可以非常不同，至少将三个模块串联连接，但也例如可以将50个、100个或更多个模块电串联连接。在该实施例中，n＝36：即，第一相模块支路411具有36个模块1_1、1_2、1_3、…1_36。另外的相模块支路413、418、421、427和429以相同的方式构造。此外，每个相模块支路具有电感Lx(电感L1...L6、线圈L1...L6)。因此，第一相模块支路411具有第一电感L1。第二相模块支路413具有第二电感L2，等等。

图5中示出了模块500的实施例。在此，这例如可以是图4中示出的变流器400的模块1_1至6_n中的一个。

模块500被设计为半桥模块500。模块500具有带有第一反并联连接的二极管504的第一(可断开的)电子开关元件502(第一可断开的半导体阀502)。此外，模块500具有带有第二反并联连接的二极管508的第二(可断开的)电子开关元件506(第二可断开的半导体阀506)以及以电容器510形式的电气能量存储器510。第一电子开关元件502和第二电子开关元件506分别被设计为IGBT(insulated-gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管)。第一电子开关元件502与第二电子开关元件506电串联连接。在两个电子开关元件502与506之间的连接点处布置了第一电气模块接头512。在第二电子开关元件506的与连接点对置的接头处布置了第二电气模块接头515。此外，第二模块接头515与能量存储器510的第一接头电连接；能量存储器510的第二接头与第一电子开关元件502的与连接点对置的接头电连接。

因此，能量存储器510与由第一电子开关元件502和第二电子开关元件506构成的串联电路电并联连接。通过由(未示出的)电子控制电路对应地控制第一电子开关元件502和第二电子开关元件506，可以实现在第一模块接头512与第二模块接头515之间要么输出能量存储器510的电压要么不输出电压(即，输出零电压)。因此，可以通过各个相模块支路的模块的共同作用来产生变流器的各个期望的输出电压。

图6中示出了直流断路器600的实施例。图1和图2中所示的直流断路器中的一个、多个或所有可以以与图6的直流断路器600相同的方式构造。

直流断路器600具有输入端601和输出端602。直流断路器600在输入端601与输出端602之间切换电流。在输入端601与输出端602之间存在两个彼此并联连接的电流路径：工作电流路径604和断路电流路径608。工作电流路径604具有电子开关610。电子开关610例如可以是IGBT(或多个IGBT的串联电路)。二极管612(续流二极管612)与电子开关610反并联连接。代替二极管612，也可以使用由多个二极管构成的串联电路。(代替具有反并联二极管612的IGBT 610，也可以使用反向导电的IGBT。)第一电感616与由电子开关610和二极管612构成的并联电路串联连接。断路电流路径608具有由过电压放电器620和第二电感622构成的串联电路。在输入端601与工作电流路径604和断路电流路径608的连接点之间，布置了第三电感624。

在直流断路器600的接通状态下，电流I(直流电流I)从输入端601经由接通的电子开关610流到输出端602。一旦直流断路器600接收到触发信号A，则电子开关610断开(在此：IGBT断开)。据此，电流I从工作电流路径604换向到断路电流路径608。由于断路电流路径608中的电流I在过电压放电器620处产生反向电压，该反向电压导致电流I减小并最终下降到零。在此，电能在过电压放电器620中被转换成热量并散发到环境中。第一电感616和/或第二电感622不需要作为直流断路器600中真实存在的部件而存在。这些电感例如可以通过直流断路器600内部的线路电感或漏电感来产生。第三电感624可以作为部件安装在直流断路器600中。第三电感624例如可以被设计为扼流圈624。替换地，第三电感624也可以布置在直流断路器600外部。例如，第三电感624可以串联地布置在输入端601之前。第三电感624限制通过电子开关610的电流上升。

直流断路器600具有限压装置630。限压装置630将输出端602与参考电势638连接。特别地，参考电势638是地电势638。参考电势638例如可以是

站中的一个的接地接头M的电势。因此，限压装置630具有电流路径642，该电流路径将直流断路器600的输出端602与参考电势638电连接。限压装置630也可以布置在直流断路器600外部。特别地，限压装置630可以布置在直流断路器600与高压直流输电线路之间。电流路径将高压直流输电线路与参考电势连接。特别地，第一电感624可以布置在限压装置630与(与输入端601连接的)高压直流电源之间。电流路径642具有电气阀646、特别是二极管646。此外，电流路径642具有过电压放电器650和/或电阻654。在最简单的情况下，电流路径642仅具有电气阀646。替换地，电流路径642还可以附加地具有过电压放电器650。因此，过电压放电器的阈值电压确定高压直流输电线路上允许的、相反极性的最大电压。电阻654不需要作为真实的电气部件存在于限压装置630中。该电阻654例如可以象征参考电势638的欧姆电阻，例如接地638的欧姆电阻。

限压装置630限制施加在直流断路器的输出端602上的电压的水平。如果该输出端602与高压直流输电线路连接，则限压装置630限制短暂(瞬态地)出现在高压直流输电线路上的相反极性的电压的水平。

限压装置(仅)限制短暂(瞬态地)出现在高压直流输电线路上的电压的水平，其极性与运行中在高压直流输电线路上出现的稳态工作电压的极性相反。这通过电气阀646来实现。电气阀646被极化为使得限压装置限制短暂出现的电压，其极性与在高压直流输电线路上出现的稳态工作电压的极性相反。但是，限压装置不会影响稳态工作电压。

该限压装置630有利地防止了在高压直流输电线路与参考电势、特别是地电势之间出现相反极性的不允许的大电压尖峰。为此目的，限压装置630具有电流路径642，在短暂出现不允许的大电压的情况下，电流从高压直流输电线路经由该电流路径642(向参考电势)流出。由此，限制了该不允许的电压的水平。限制相反极性的不允许电压对于保护被设计为塑料绝缘的高压直流输电缆线的高压直流输电线路的塑料绝缘是有利的。

所示出的直流断路器600是电力电子直流断路器600(SSCB，Solid State CircuitBreaker，固态断路器)、特别是单向电力电子直流断路器600。即，直流断路器600仅能够断开一个方向上的电流流动(即，从输入端601到输出端602的方向上的电流流动)。因此，其是单向断开的直流断路器600。代替该单向断开的直流断路器，当然也可以使用双向断开的直流断路器，即，能够断开两个方向上的电流流动的直流断路器。但是，代替电力电子直流断路器600，也可以使用另外的直流断路器，例如机械直流断路器或混合式直流断路器。

图7中示出了第一逻辑电路700的实施例。该第一逻辑电路700借助分析电压测量值Um和电流测量值Im来生成第一触发信号A1。第一逻辑电路700利用欠压识别来实现过电流保护。

电压测量值Um到达第一比较器706的输入端704。第一比较器706将电压测量值Um与第一电压阈值Usl(第一电压界限值Us1)进行比较。一旦电压测量值Um降至第一电压阈值Usl以下，则在第一比较器706的输出端708处输出逻辑“1”信号(也被称为逻辑“1”或被称为逻辑高信号)。第一比较器706的输出端708与第一时间元件712的输入端710连接。第一时间元件712的输出端714与第一“与”门720的第一输入端716连接。

第一时间元件712可以具有各种功能。一方面，如果逻辑“1”信号在其输入端710处施加至少预先给定的第一持续时间(接通延迟)，则第一时间元件712然后才在其输出端714处输出逻辑“1”信号。此外，第一时间元件712将在其输出端714处输出的逻辑“1”信号存储预先给定的第二持续时间(断开延迟)。第一时间元件712可以具有接通延迟和/或断开延迟。在此，第一持续时间和第二持续时间可以具有相同的时长或不同的时长。这也适用于另外的所有时间元件。

电流测量值Im到达第二比较器726的输入端724。一旦电流测量值Im超过第一电流阈值Isl(第一电流界限值Isl)，则该第二比较器726在其输出端728输出逻辑“1”信号。第二比较器726的输出端728与第一“与”门720的第二输入端730电连接。一旦在第一“与”门720的第一输入端716和第二输入端730上同时施加逻辑“1”信号，则第一“与”门720在其输出端732处输出以逻辑“1”信号的形式的信号。该逻辑“1”信号是第一触发信号A1。

可选地，可以在第二比较器726的输出端728与第一“与”门720的第二输入端730之间布置第二时间元件736。第一时间元件712(以及必要时第二时间元件736)负责，即使低于第一电压阈值Us1和超过第一电流阈值Is1没有同时发生，也输出了第一触发信号A1。更确切地说，低于第一电压阈值Us1和超过第一电流阈值Is1仅需要在预先给定的第一时间段内发生，以便生成第一触发信号1。要么该第一时间段是第一时间元件712的第二持续时间，要么(对于附加地存在第二时间元件736的情况)从第一时间元件712的第二持续时间和第二时间元件736的第二持续时间得到该第一时间段。

一旦输出第一触发信号A1(即，一旦第一触发信号A1呈现逻辑值“1”)，则也输出(总)触发信号A，即置为逻辑“1”(逻辑“1”信号)(参见图13)。

因此，当(特别是在预定的第一时间段内)电压测量值Um小于第一电压阈值Usl并且电流测量值Im大于第一电流阈值Isl时，则生成第一触发信号Al。因此分析以下两个参量以生成第一触发信号Al：电压测量值Um和电流测量值Im。当在第一

线路24上出现短路230时(参见图2)，则电压测量值Um和电流测量值Im的这种变化在实施例中出现。然后，直流电流I由于短路230而上升，即电流测量值Im超过第一电流阈值Isl。同时，导致第一

线路24上的电压降，由此电压测量值Um变小；因此电压测量值Um低于第一电压阈值Usl。以这种方式，识别第一

线路24上的故障，并且据此生成第一触发信号A1。据此，生成(总)触发信号A(即，置为逻辑“1”信号)。根据触发信号A，触发第一直流断路器22并中断从第一

站11到第一

线路24的电流流动。由此清除了第一

线路24上的故障。第一电压阈值Us1例如可以相应于第一

线路24的标称电压的40％。第一电流阈值Is1例如可以相应于第一

线路24的标称电流的120％。

图8中示出了第二逻辑电路800的实施例。该第二逻辑电路800分析电压测量值Um和电流测量值Im，并且作为该分析的结果生成第二触发信号A2。第二逻辑电路800利用电流方向识别来实现过电流保护。

在图8的上部，示出了第二逻辑电路800的第一电路部分。第一电路部分分析电压测量值Um是否低于第二电压阈值Us2。这以类似于以上结合图7的第一逻辑电路700的上部示出和描述的方式进行。为此目的，将电压测量值Um馈送到第三比较器806的输入端804。第三比较器806的输出端808与第三时间元件812的输入端810连接。第三时间元件812的输出端814与第二“与”门820的第一输入端816连接。在第二“与”门820的输出端822处输出第二触发信号A2。第三比较器806识别何时电压测量值Um低于第二电压阈值Us2。然后在第三比较器806的输出端808处输出逻辑“1”信号。连接在第三比较器806下游的第三时间元件812将第三比较器806的输出信号存储预定的保持时间。第二电压阈值Us2可以与第一电压阈值Us1一样大(即，例如相应于第一

线路24的标称电压的60％)。

在图8的中部，示出了第二逻辑电路800的第二电路部分。该第二电路部分用于识别流过

线路的电流中是否发生电流方向反转。为此，第二电路部分具有第四比较器826和第五比较器828。电流测量值Im既施加到第四比较器826的输入端830，又施加到第五比较器828的输入端832。一旦电流测量值Im超过第三电流阈值Is3，则第四比较器826在其输出端836输出逻辑“1”信号。一旦电流测量值低于第四电流阈值Is4，则第五比较器828在其输出端840输出逻辑“1”信号。该第四电流阈值Is4是负电流阈值。第三电流阈值Is3是正电流阈值。通过这两个比较，可以识别在第二时间段内电流测量值何时改变了其符号(即，例如从负电流测量值变为正电流测量值)。第二时间段由第四时间元件842和/或第五时间元件844来实现。在此，仅需要存在两个时间元件842、844中的一个。例如，仅需要存在第五时间元件844，第四时间元件842可以是可选的。当然，也可以同时存在两个时间元件842、844。第四比较器826的输出端836经由第四时间元件842与第二“与”门820的第二输入端846电连接。第五比较器828的输出端840经由第五时间元件844与第二“与”门820的第三输入端850电连接。第三电流阈值Is3例如可以相应于第一

线路24的标称电流的10％。第四电流阈值Is4例如可以相应于第一

线路24的标称电流的负10％。

在图8的下部，示出了第二逻辑电路800的第三电路部分。利用该可选的第三电路部分，识别电流测量值的时间变化dIm/dt的绝对值是否超过预定的第一电流变化阈值SW1。为此，第二逻辑电路800的第三电路部分具有低通滤波器856、第六比较器858和第六时间元件860。电流测量值Im(该电流测量值是已经在第二逻辑电路800的第二电路部分中分析了的相同的电流测量值Im)的一阶时间导数dIm/dt被馈送到低通滤波器856的输入端862。低通滤波器856去除电流测量值Im的一阶时间导数dIm/dt中的干扰性高频分量，如其例如可能由于噪声效应而引起的。低通滤波器856的输出端864经由第六比较器858和第六时间元件860与第二“与”门820的第四输入端866连接。第六比较器858识别电流测量值的时间变化的绝对值|dIm/dt|何时超过预定的第一电流变化阈值SW1。第六时间元件860将在第六比较器858的输出端上输出的值暂存预定的时间段。低通滤波器856例如可以是三阶的巴特沃斯滤波器(Butterworth-Filter)。低通滤波器856例如可以具有1kHz的截止频率。图7和图8中所示的时间元件可以分别具有例如100ms的预定保持时间；该保持时间确定第一时间段和第二时间段的时长。例如，第一时间段和第二时间段可以分别为100ms。

一旦在第二“与”门820的第一输入端816、第二输入端846、第三输入端850和第四输入端866上同时施加逻辑“1”信号，则在“与”门820的输出端822上输出第二触发信号A2。即，如果在预定的第二时间段内，电压测量值Um低于预定的第二电压阈值Us2、电流测量值Im改变其符号(因为流过直流电压断路器的直流电流具有电流方向反转)并且电流测量值的时间变化超过预定的第一电流变化阈值SW1，则输出第二触发信号A2。借助这三个标准，如下识别出

线路上的故障：由于故障(短路)，电压崩溃，使得电压测量值变小。同时或在第二时间段内，

线路中的直流电流改变其方向，因为由于

线路上的短路，所涉及的

站的相应变流器不再(按预期)从

线路中汲取电流，而是(不期望地)由于

线路上的短路而将电流馈入

线路。由此导致直流电压断路器中的电流方向反转。最后，电流变化还必须在第二时间段内以最小速度发生，由此识别

线路上的故障。这意味着梯度di/dt必须超过第一电流变化阈值SW1。因此，由于短路而引起的快速电流变化与例如由于多端

系统上的正常负载变化而可能出现的缓慢电流变化不同。在该实施例中，第二电压阈值Us2可以与按照图7的第一逻辑电路700的第一电压阈值Us1一样大。

一旦输出了第二触发信号A2(即，在“与”门820的输出端处输出逻辑“1”信号作为第二触发信号)，则也输出(总)触发信号A(作为逻辑“1”信号)(参见图13)。

图9中示出了可选的第三逻辑电路900的实施例。该第三逻辑电路900分析电流测量值Im，并且作为分析的结果生成第三触发信号A3。第三逻辑电路实现了纯粹的过电流识别。

电流测量值Im被馈送到第七比较器906的输入端904。一旦电流测量值Im超过预定的第二电流阈值Is2，则在第七比较器906的输出端908处输出第三触发信号A3(即，将第三触发信号作为逻辑“1”信号输出)。在此有利地，预定的第二电流阈值Is2大于预定的第一电流阈值Is1。此外可选地，预定的第二电流阈值Is2大于预定的第三电流阈值Is3。这导致：第三触发信号的生成晚于第一触发信号A1或第二触发信号A2。因此，第三触发信号代表备用触发信号，该备用触发信号仅当(例如由于逻辑电路中的故障而)未生成第一触发信号A1和第二触发信号A2时才被生成。例如，预定的第二电流阈值可以被选择为与所关联的直流断路器的额定断路电流一样大。由此实现了对直流断路器的保护，因为直流断路器始终会在由于过大的故障电流而损坏该直流断路器之前被及时断开。因此，第三逻辑电路为相应的直流断路器实现了后备保护。该后备保护防止流过直流断路器的直流电流可能呈现这样高的值，使得由此可能损坏直流断路器。第二电流阈值Is2例如可以相应于第一

线路24的标称电流的150％。

图10中示出了第四逻辑电路1000的实施例。该第四逻辑电路1000分析电压测量值Um，并且作为分析的结果生成第四触发信号A4。第四逻辑电路1000实现对快速电压降的识别。

电压测量值Um到达可选的第二低通滤波器1006的输入端1004。第二低通滤波器1006去除了电压测量值Um中的干扰性高频分量，如其例如可能由于噪声效应而引起的。低通滤波器1006的截止频率例如可以是1kHz。低通滤波器1006是可选的，并且也可以被省略。第二低通滤波器1006的输出端1008与第八比较器1016的输入端1012电连接。

第八比较器1016将电压测量值Um与预定的第一电压变化阈值SWU1进行比较。一旦在电压测量值的平均时间变化小于零(ΔUm/Δt<0)的情况下电压测量值的平均时间变化ΔUm/Δt的绝对值超过第一电压变化阈值SWU1(|ΔUm/Δt|>SWU1)，则在第八比较器1016的输出端1020处输出逻辑“1”信号。第八比较器1016的输出端1020与第七时间元件1028的输入端1024连接。在第七时间元件1028的输出端1032处输出第四触发信号A4。

在此优选地，电压测量值Um的平均时间变化ΔUm/Δt被确定为使得在此在第一时间点T1确定第一电压测量值Um(T1)，并且在另一个时间T1+NT确定另一个电压测量值Um(T1+NT)，然后确定电压测量值Um(T1)和Um(T1+NT)的差(Um(T1+NT)-Um(T1))，并且随后将该差除以两个电压测量值之间的时间差NT：ΔUm/Δt＝(Um(T1+NT)-Um(T1))/NT。在此，N是大于零的正整数，并且T是两个依次等距的电压测量值之间的时间。在此特别地，N大于1。例如，N可以取值2、3、4或5等。通过对N的选择，得到对N个电压测量值的过滤或平均。由此，滤除了测得的电压中的高频干扰。该平均时间变化ΔUm/Δt尤其可以借助时间离散的信号处理元件来确定，其中T是两个依次的(离散)电压测量值Um之间的采样步长。

图11中示出了第五逻辑电路1100的实施例。该第五逻辑电路1100分析电压测量值Um和电流测量值Im，并且作为该分析的结果生成第四触发信号A4。第四逻辑电路1000实现与快速电流上升结合的对快速电压降的识别。

在第五逻辑电路1100中，如在根据图10的第四逻辑电路1000中那样进行对电压测量值Um的分析。附加地，分析了电流测量值Im。对电流测量值Im的分析在第五逻辑电路1100的(下部的)附加支路中进行。

电流测量值Im到达可选的第三低通滤波器1106的输入端1104。第三低通滤波器1106去除了电流测量值Im中的干扰性高频分量，如其例如可能由于噪声效应而引起的。低通滤波器1106的截止频率例如可以是10kHz。低通滤波器1106是可选的，并且也可以被省略。第三低通滤波器1106的输出端1108与第九比较器1116的输入端1112电连接。

第九比较器1116将电流测量值Im与预定的第一电流变化阈值SWI1进行比较。一旦电流测量值的平均时间变化ΔIm/Δt超过第一电流变化阈值SWI1(|ΔIm/Δt|>SWI1)，则在第九比较器1116的输出端1120处输出逻辑“1”信号。第九比较器1116的输出端1120与第八时间元件1128的输入端1124连接。第八时间元件1128具有输出端1132。

此外，第五逻辑电路1100具有第三“与”门1140。第七时间元件1028的输出端1032与第三“与”门1140的第一输入端1144连接。第八时间元件1128的输出端1132与第三“与”门1140的第二输入端1148连接。在第三“与”门1140的输出端1152处输出第四触发信号A4。

在此，以与电压测量值Um的平均时间变化ΔUm/Δt相同的方式确定电流测量值Im的平均时间变化ΔIm/Δt。在此优选地，电流测量值Im的平均时间变化ΔIm/Δt被确定为使得在第一时间点T1确定第一电流测量值Im(T1)，并且在另一个时间T1+NT确定另一个电流测量值Im(T1+NT)，然后确定电流测量值Im(T1)和Im(T1+NT)的差(Im(T1+NT)-Im(T1))，并且随后将该差除以两个电压测量值之间的时间差NT：ΔIm/Δt＝(Im(T1+NT)-Im(T1))/NT。在此，N是大于零的正整数，并且T是两个依次等距的电流测量值之间的时间。在此特别地，N大于1。例如，N可以取值2、3、4或5等。通过对N的选择，得到对N个电流测量值的平均。由此，滤除了测得的电流中的高频干扰。该平均时间变化ΔIm/Δt尤其可以借助时间离散的信号处理元件来确定，其中T是两个依次的(离散)电流测量值Im之间的采样步长。

图12中示出了第六逻辑电路1200的实施例。该第六逻辑电路1200分析电压测量值Um和电流测量值Im，并且作为该分析的结果生成第四触发信号A4。第六逻辑电路1000实现与电流上升结合的对快速电压降的识别。

第六逻辑电路1200与图11的第五逻辑电路1100的不同之处仅在于，第九比较器1116将电流测量值Im与预定的第五电流阈值Is5进行比较(而不是如在第五逻辑电路中那样将电流测量值的平均时间变化ΔIm/Δt与第一电流变化阈值SWI1进行比较)。一旦电流测量值Im超过第五电流阈值Is5(Im>Is5)，则在第九比较器1116的输出端1120处输出逻辑“1”信号。

图13中示出了第七逻辑电路1300的实施例。该第七逻辑电路1300由“或”门1302构成。于是，当第一触发信号A1、第二触发信号A2、第三触发信号A3或第四触发信号A4(或触发信号A1、A2、A3、A4中的多个)作为逻辑“1”信号施加到“或”门1302的输入端上时，该“或”门1302在其输出端1304处输出(总)触发信号A作为逻辑“1”信号。在另外的实施例中，第七逻辑电路1300还可以具有少于(或多于)4个的输入端。这意味着，如果仅生成四个触发信号A1、A2、A3和A4中的选出的触发信号，因为仅应用了选出的保护标准，则也可以输出(总)触发信号A。

根据触发信号A，直流断路器中断高压直流电源与高压直流输电线路上的故障位置之间的电流流动。因此，根据触发信号A，直流断路器断开流向故障位置的电流。图7至图12中所示的逻辑电路也可以分别独立地用于生成触发信号A。例如，图10中所示的第四逻辑电路1000可以(在没有第一逻辑电路700、第二逻辑电路800和第三逻辑电路900一起作用的条件下)生成触发信号A。于是，第四触发信号A4作为(总)触发信号A来输出。

图14中概述式地示出了具有各个逻辑电路的示例性电路1400。与图13一致地示出了“或”门1302，在其输入端处施加四个(单个)触发信号A1至A4。在此，块1404象征根据图9的第三逻辑电路900，块1408象征根据图7的第一逻辑电路700，块1412象征根据图8的第二逻辑电路800，并且块1416象征根据图10、图11或图12的第四逻辑电路1000、第五逻辑电路1100或第六逻辑电路1200。在电路1400中，可以省略块中的一个或多个。例如还有，电路1400仅利用块1416(在该情况下，不需要“或”门1302)或者仅利用块1416和1404来起作用。

所描述的装置和所描述的方法能够实现可靠的和选择性的保护、特别是对于多端

系统的可靠的和选择性的保护。装置和/或方法可以有利地在以塑料绝缘的高压直流输电缆线形式的高压直流输电线路中使用。这尤其可以在多端

系统中实现，在该多端

系统中，

传输链路具有很大比例的塑料绝缘缆线，并且其中借助直流断路器(DCCB)进行故障清除。所描述的装置和所描述的方法具有以下优点：

缆线放电电流受到限制，并且实现了迅速断开发生故障的线路以保护组件。即，在故障情况下，通过缆线电容的放电出现了快速上升的缆线放电电流。然而，安装在转换器和直流断路器中的半导体元件通常仅具有较低的过电流能力。因此，有利的是限制缆线放电电流并迅速断开发生故障的线路。

有利地限制了高压直流输电线路上的不期望的负电压幅度。未来的

系统预计具有高比例的以塑料绝缘的高压直流输电缆线(例如所谓的VPE(交联聚乙烯)电缆，即利用绝缘材料VPE来绝缘的电缆)形式的高压直流输电线路。在此，在直流电压下运行导致了绝缘材料中的空间电荷积累。如果出现相反极性的瞬态电压，则其可能导致绝缘材料的高电气负载，并最终导致绝缘失效。在故障情况下，由于行波反射可能出现具有相反极性的电压。因此，限制负电压幅度对于保护塑料绝缘是有利的。

所描述的装置和所描述的方法能够实现快速的和选择性的保护、特别是在多端

系统中的快速的和选择性的保护。因此，可以出现在低的毫秒范围内(尤其是低的一位数的毫秒范围内)断开涉及故障的线路。由此确保高的系统可用性。由此确保了系统组件的安全性，并减少了对相邻无故障组件的影响以及对组件的总负载。特别地，在使用电力电子直流断路器时，可以实现非常短的开关停滞时间。

在故障情况下使用电感例如作为第三电感624来限制缆线放电。电感的大小取决于系统拓扑，其例如可以是几十mH。除了限制电流陡度之外，电感还导致改变了线路的连接点处的电压行波特性。一方面，进入的电压行波被更强烈地反射，这导致发生故障的线路上的负电压幅度更高。另一方面，电感导致相邻线路之间的电压的部分退耦，使得有利地阻尼地实现相邻线路上的电压降。

该装置的附加电流路径(续流路径)导致对发生故障的线路上的负电压幅度的限制。同时，续流路径表示用于缆线放电的附加的(特别是低欧姆的)放电路径。这导致将线路侧故障电流分配到续流路径和直流断路器的主电流路径(特别是工作电流路径)上。由此得到具有高电流幅度的在线路侧陡峭的电流上升，反之流过直流断路器的电流受到电感的限制。结果，可以在不使直流断路器内使用的(半导体)元件过载的条件下及早进行对高的线路侧的故障电流幅度的识别。

实现了鲁棒、快速和选择性的线路保护。所描述的保护标准中的一个(所谓的Δv/Δt标准)分析电压测量值Um的平均时间变化Δv/Δt。该保护标准是鲁棒、选择性和快速的。该保护标准分析在所定义的时间窗(预定的第三时间段)内的电压降：如果以Δt为间距的两个电压值的差Δv的绝对值超过预选的边界值(电压变化阈值SWU1)，并且同时电压变得更小，则生成用于直流断路器的触发信号(特别是触发信号A4)。

特别地，仅当提到的条件至少存在预定的持续时间的时长时，才生成用于直流断路器的触发信号。在此，该预定的持续时间可以由对应的时间元件(在此：第七时间元件1028)的第一持续时间来确定。这也比照地适用于对触发信号的所有另外的确定。仅当所分析的电压测量值和/或电流测量值将相应的触发标准/监视标准/保护标准满足至少预定的持续时间的时长时，才可以可选地生成相应的触发信号。

替换地，仅当与以上所描述的电压测量值Um的时间变化Δv/Δt同时识别出线路电流Im的快速上升，或者当线路电流Im同时超过预选的第五电流阈值Is5时，才生成用于直流断路器的触发信号A4。

由于相邻的线路的电压走向通过第三电感624退耦，因此在发生故障的和无故障的线路上产生不同的(初始)电压降。由此可以清楚地在发生故障的线路与无故障的线路之间进行区分。通过适当地选择参数(Δv、Δt、预定的持续时间等)，可以实现特别选择性的、快速的和鲁棒的保护特性。

特别地，具有附加电感、限压装置(续流路径)和/或快速的、鲁棒的和选择性的保护标准(特别是Δv/Δt标准)的装置能够有利地实现保护直流输电系统和直流断路器的构件免受不允许的电流负载和电压负载。此外，仅出现通过构件进行很少的能量吸收；这也是为什么仅实现了构件的低负载。因此，可以实现快速重启策略(例如在部分缆线系统中)，并且因此可以实现DC输电系统的高可用性。特别地，Δv/Δt标准提高了缆线传输链路端部上的保护的速度和鲁棒性。

通过组合使用(特别是基于半导体的)直流断路器，其分别具有集中电感(作为部件实现)和二极管限压装置(二极管续流路径)，可以显著减少直至故障清除为止的持续时间和/或要借助直流断路器中断的最大DC电流幅度。由此减少了在故障清除期间消耗的能量和组件负载。与其他可想到的本地保护标准不同，Δv/Δt标准允许在第一电压行波到达时进行及早的故障识别。同时，在所定义的时间范围内分析系统特性，由此可以实现保护的高选择性以及高鲁棒性。

所描述的装置和所描述的方法尤其可以借助由硬件和软件构成的组合来实现。该装置和方法能够实现特别是对于多端

系统的全面的系统保护和组件保护。

在所描述的方法和所描述的装置中特别有利的是，仅需要在单个电压测量点处测量电压测量值，并且仅需要在单个电流测量点处测量电流测量值，以便生成用于分别相关联的直流断路器的触发信号。由此特别地，在多端

系统的不同部段之间不需要例如在使用线路差动保护时所需要的快速的通信基础设施。

已经描述了一种方法和一种装置，利用该方法和装置可以实现多端

系统的选择性的(线路)保护。在此，参数(例如，Us1、Us2、Is1、Is3、Is4和/或SW1)可以被有利地选择为使得在出现故障之后迅速(即，较早地)生成第一触发信号A1和第二触发信号A2，而在出现故障之后较慢地(即，稍后)生成第三触发信号A3。由此防止由于第三触发信号A3几乎同时触发多端

系统的多个直流断路器，并且因此无选择地断开多端

系统的大部分(或者甚至是整个多端

系统)。更确切地说，仅当在电压测量/电流测量的位置附近出现故障时才可以由此有利地生成第一触发信号A1和第二触发信号A2，反之更远的故障不会导致生成第一触发信号A1和第二触发信号A2。特别地，多端

系统具有

站，这些

站具有模块化多电平变流器和以半桥拓扑的形式的模块。此外，

系统优选地具有单向电力电子直流断路器。这种

系统可以优选地借助由

线路构成的架空线网来实现。利用所描述的方法和所描述的装置，可以快速地、选择性地并且可靠地清除直流侧上的线路故障(即，

线路上的故障)。在借助所描述的逻辑电路已经识别到这种故障之后，输出用于相应的直流断路器的触发信号，随后直流断路器中断向故障位置的电流流动。在此特别有利的是，发生故障的

线路可以被选择性地断开，反之未发生故障的

线路可以继续运行。

借助所描述的逻辑电路，可以并行地运行对电压测量值Um和/或电流测量值Im的不同分析。因此分析了不同的检测标准/保护标准。一旦如所给出的识别出检测标准中的一个，这就导致对保护的总触发(总触发信号A被输出为逻辑“1”信号)。纯粹的过电流识别(参见图9)可以被用作第一检测标准。在超过固定的电流阈值(第二电流阈值Is2)时，由于非选择性触发，该检测标准能够实现用于直流断路器的固有的后备保护。与直流断路器的额定断路电流对应地选择第二电流阈值能够实现对直流断路器的自保护。

作为另外的检测标准，在电流阈值减小的情况下将过电流识别与附加的欠压识别相结合(参见图7中的第一逻辑电路)。该检测标准使得能够较早地进行故障检测(与按照图9的纯粹的过电流识别相比)。在此，选择性通过第一电流阈值Is1以及通过第一电压阈值Us1来实现。

在第三检测标准中，在电流阈值Is3进一步减小的情况下，将过电流识别与电流流动反转识别相结合(参见图8中的第二逻辑电路800)。该检测标准能够在已经接近电流过零的电流流动反转的情况下实现故障检测(第三电流阈值Is3可以有利地被选择得对应地小)。该检测标准的选择性通过第三电流阈值Is3、电压下限(欠电压边界、第二电压阈值Us2)和电流变化阈值SW1(最小电流陡度di/dt)来实现。

此外，(在借助Δv/Δt确定的第四保护标准中)识别出快速的电压降(参见图10)。可选地，可以识别出与快速电压降基本同时出现的快速电流上升(参见图11)。作为另外的选项，可以识别出基本上与快速电压降同时出现的电流上升(参见图12)。

该装置和方法将快速且同时选择性的故障识别的优点与对保护技术的硬件的低要求(仅需要比较测量值以及确定时间变化或梯度)结合。由于集成了后备保护，因此保护设计也是可靠的。快速的故障检测能够实现减小直流电压断路器的额定断路电流。由此可以使用较小的直流电压断路器，这带来了成本优势。附加地，特别地，不需要快速的通信基础设施以选择性地识别不同

线路上的线路故障。利用所描述的方法和所描述的装置，可以非常快速地、特别是在几毫秒内中断故障电流。

所描述的方法和所描述的装置可选地使用过电流识别，其中使用附加的触发标准(欠压识别和电流流动反转识别)，以便能够将电流阈值选择得小。对快速的电压降的识别(参见图10)、与快速电流上升结合的对快速电压降的识别(参见图11)和/或与电流上升结合的对快速电压降的识别(参见图12)可以用作另外的替换的触发标准。作为测量参量，仅需要在

线路的相关线路分支处(例如，直接在直流断路器处)的电流和电压的测量参量。所描述的方法和所描述的装置可以优选地用于实现多端

连接。所描述的方法和所描述的装置大多数可以快速且以低成本的方式来实现。

开头所描述的已知的保护设计可以用于混合式直流断路器(其是既具有机械开关元件又具有电子开关元件的断路器)。反之，在所描述的新的方法和所描述的新的装置中，可以有利地使用(纯粹的)电力电子直流断路器，其可以比混合式直流断路器更快地进行切换。但是，原则上也可以在新的方法和新的装置中使用机械式直流断路器或混合式直流断路器。

Claims

1.一种用于生成用于直流断路器(22)的触发信号(A)的方法，所述直流断路器连接在高压直流电源(11)与高压直流输电线路(24)之间，其中在所述方法中：

-测量施加在所述高压直流输电线路(24)上的电压，从而获得电压测量值(Um)，

-测量流经所述高压直流输电线路(24)的电流，从而获得电流测量值(Im)，以及

-通过分析所述电压测量值(Um)和/或所述电流测量值(Im)，识别高压直流输电线路上存在的故障(230)，并且据此生成用于所述直流断路器(22)的触发信号(A)。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

-生成用于所述直流断路器(22)的触发信号(A)，如果：

-所述电压测量值(Um)的平均时间变化的绝对值超过预定的第一电压变化阈值(SWU1)，其中所述电压测量值(Um)的平均时间变化小于零。

3.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

-生成用于所述直流断路器(22)的触发信号(A)，如果：

-所述电压测量值(Um)的平均时间变化的绝对值超过预定的第一电压变化阈值(SWU1)，其中所述电压测量值(Um)的平均时间变化小于零，并且所述电流测量值(Im)的平均时间变化超过预定的第一电流变化阈值(SWI1)，或者

-所述电压测量值(Um)的平均时间变化的绝对值超过预定的第一电压变化阈值(SWU1)，其中所述电压测量值(Um)的平均时间变化小于零，并且所述电流测量值(Im)超过预定的第五电流阈值(Is5)。

4.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

-生成用于所述直流断路器(22)的触发信号(A)，如果：

-在预定的第一时间段内，所述电压测量值(Um)低于预定的第一电压阈值(Us1)，并且所述电流测量值(Im)超过预定的第一电流阈值(Is1)，或者

-在预定的第二时间段内，所述电压测量值(Um)低于预定的第二电压阈值(Us2)并且所述电流测量值(Im)改变其符号，或者

-在预定的第二时间段内，所述电压测量值(Um)低于预定的第二电压阈值(Us2)，所述电流测量值(Im)改变其符号并且所述电流测量值(Im)的时间变化的绝对值超过预定的第一电流变化阈值(SW1)。

5.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

-如果所述电流测量值(Im)超过预定的第二电流阈值(Is2)，则生成用于所述直流断路器(22)的触发信号(A)。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

-所述第一电流阈值(Is1)小于所述第二电流阈值(Is2)。

7.一种装置，所述装置具有：

-直流断路器(22)，所述直流断路器连接在高压直流电源(11)与高压直流输电线路(24)之间，

-电压传感器(214)，所述电压传感器用于测量施加在高压直流输电线路(24)上的电压，从而获得电压测量值(Um)，

-电流传感器(202)，所述电流传感器用于测量流经所述高压直流输电线路(24)的电流，从而获得电流测量值(Im)，以及

-控制装置(210)，所述控制装置被配置为，通过分析所述电压测量值(Um)和/或所述电流测量值(Im)，识别所述高压直流输电线路(24)上存在的故障(230)，并且据此生成用于所述直流断路器(22)的触发信号(A)。

8.根据权利要求7所述的装置，

其特征在于，

-所述控制装置(210)被配置为用于生成用于所述直流断路器(22)的触发信号(A)，如果：

9.根据权利要求7所述的装置，

其特征在于，

10.根据权利要求7所述的装置，

其特征在于，

11.根据权利要求7所述的装置，

其特征在于，

-所述控制装置(210)被配置为，如果所述电流测量值(Im)超过预定的第二电流阈值(Is2)，则生成用于所述直流断路器(22)的触发信号(A)。

12.根据权利要求11所述的装置，

其特征在于，

-所述第一电流阈值(Is1)小于所述第二电流阈值(Is2)。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的装置，

其特征在于，

-所述直流断路器(22)是电力电子直流断路器(22)或混合式直流断路器。

14.根据权利要求7至13中任一项所述的装置，

其特征在于，

-所述直流断路器(22)是单向直流断路器(22)。

15.根据权利要求7至14中任一项所述的装置，

其特征在于，

-所述高压直流电源(11)具有模块化多电平变流器(400)，所述模块化多电平变流器具有大量类似的模块(1_1…6_n)。

16.根据权利要求7至15中任一项所述的装置，

其特征在于，

每个模块(1_1…6_n)具有至少两个电子开关元件(502，506)和电能存储器(510)。

17.根据权利要求7至16中任一项所述的装置，

其特征在于，

-所述高压直流电源(11)具有两个模块化多电平变流器(302，304)，两个模块化多电平变流器的直流接头(PA1，NA1，PA2，NA2)串联连接。

18.根据权利要求7至17中任一项所述的装置，

其特征在于

-电感(624)、特别是扼流圈(624)，所述电感用于限制流过所述直流断路器(22)的电流的电流变化。

19.根据权利要求7至18中任一项所述的装置，

其特征在于

-限压装置(630)，所述限压装置限制短暂出现在所述高压直流输电线路(24)上的电压的水平。

20.根据权利要求19所述的装置，

其特征在于，

-所述限压装置(630)具有电流路径(642)，在短暂出现不允许的大电压的情况下，电流从所述高压直流输电线路(24)经由所述电流路径流出。

21.根据权利要求20所述的装置，

其特征在于，

-所述电流路径(642)具有电气阀(646)、特别是二极管(646)，和/或过电压放电器(650)。

22.根据权利要求7至21中任一项所述的装置，

其特征在于，

-所述高压直流输电线路(24)是塑料绝缘的高压直流输电缆线(24)。