CN114172139A - 用于固态开关的智能限流 - Google Patents

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Abstract

本公开的各实施例涉及用于固态开关的智能限流。公开了高电流保护的系统、方法、技术和装置。一个示例性实施例是一种包括固态断路器的电力系统，该固态断路器包括固态开关设备、耗能支路、辅助支路、以及控制器。耗能支路与固态开关设备并联耦合，并且包括耗能设备。辅助支路与固态开关设备并联耦合并且包括串联耦合在一起的电阻器、电感器、以及电流隔离开关设备。控制器被配置为确定固态断路器正在传导高幅度电流、选择连续限流模式或间歇限流模式、以及基于所选择的限流模式来操作固态开关设备。

Description

用于固态开关的智能限流
技术领域
本公开的各实施例涉及用于固态开关的智能限流。
背景技术
本公开总体涉及高电流保护。固态断路器可以被并入电力系统中，用于快速隔离故障。针对这些电力系统，故障识别和保护选择性地受到固态断路器中使用的半导体的热限制和过流限制所需的短时间范围的限制。为了降低固态断路器所传导的故障电流的幅度，一些断路器使用重复开关。仍有需求未满足，这些需求包括减少由固态断路器操作引起的谐波畸变以及减少对固态断路器的压力。例如，重复开关在降低故障电流幅度的同时，生成可能会损坏电力系统部件的谐波畸变。此外，重复开关对现有固态断路器造成热应力。鉴于本领域中的这些和其他缺点，非常需要本文中所公开的装置、方法、系统和技术。
为了清楚、简明和准确地描述本公开的非限制性示例性实施例、本公开的制作和使用的方式和过程，并且为了使得能够实践、制作和使用本公开，现在将参考某些示例性实施例，这些示例性实施例包括图中所图示的示例性实施例，并且特定语言将被用于描述这些示例性实施例。然而，应当理解的是，本公开的范围并没有因此产生限制，并且本公开包括并保护本领域技术人员通过本公开的益处能够想到的示例性实施例的这种改变、修改和其他应用。
发明内容
本公开的示例性实施例包括用于高电流保护的系统、方法、技术和装置。本公开的其他实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处应根据以下描述和附图变得显而易见。
附图说明
图1至图2图示了示例性电力系统。
图3是图示了示例性高电流保护过程的流程图。
图4A是图示了交流(AC)电力系统中的示例性固态断路器的电气特性的多个图。
图4B是图示了直流(DC)电力系统中的示例性固态断路器的电气特性的多个图。
图5A是图示了示例性连续限流模式期间的耗能的图。
图5B是图示了示例性间歇限流模式期间的耗能的图。
图6A至图6C图示了示例性间歇限流模式的示例性控制方法。
具体实施方式
参考图1，图示了示例性电力系统100，该示例性电力系统100包括固态断路器110，该固态断路器110被耦合在电力网络101与103之间。固态断路器110被构造为在网络101与103之间传导交流电或直流电。在某些实施例中，电力网络101和103是公用电网、微电网或电机控制中心的部分，仅举几个示例。
固态断路器110包括电流隔离开关设备111，该电流隔离开关设备111与固态开关设备113串联耦合。电流隔离开关设备111可以被构造为在设备111没有正在传导电流的同时断开。在某些实施例中，电流隔离开关设备111是机械断路器，仅举一个示例。
固态开关设备113被构造为选择性地将电流从电力网络101传导到电力网络103，并且从电力网络103传导到电力网络101。在所图示的实施例中，固态开关设备113包括两个支路，这两个支路以反并联配置耦合，每个支路包括二极管和集成栅极换向晶闸管(IGCT)。在某些实施例中，IGCT可以由反向阻塞IGCT(RB-IGCT)替换。在其他实施例中，固态开关设备113可以包括不同的拓扑结构和不同的部件。例如，固态开关设备113可以包括RB-IGCT、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、双极结型晶体管(BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、栅极关断晶闸管(GTO)、MOS控制的晶闸管(MCT)、碳化硅(SiC)开关设备、氮化镓(GaN)开关设备、或任何其他类型的基于半导体的开关设备，该基于半导体的开关设备被构造为阻止或中断电流的传导。
固态断路器110包括耗能支路114，该耗能支路114与固态开关设备113并联耦合。耗能支路114被构造为耗散从切换固态开关设备113累积的能量。在所图示的实施例中，耗能支路114包括电压相关电阻器115，该电压相关电阻器115在所图示的实施例中被配置和提供为金属氧化物变阻器(MOV)，而且还可以包括碳化硅变阻器、硒电池或其他类型的电压相关电阻器或电压钳位元件或布置。
固态断路器110包括辅助支路116，该辅助支路116与固态开关设备113和耗能支路114并联耦合。辅助支路116被构造为传导幅度减小的电流，而固态开关设备121断开并且被构造为辅助固态开关设备121的连续限流或间歇限流。辅助支路116包括开关设备117、电感器118和电阻器119。开关设备117可以是任何类型的开关设备，该开关设备被构造为选择性地传导电流。例如，开关设备117可以是机械断路器，仅举一个示例。电感器118被选择为量级为mH的电感，例如，对于DC应用，小于1mH，对于AC应用，小于几mH，电感器118的电感远低于DC应用和AC应用中的系统电感。电感器118和电阻器119被构造为提供阻抗，当固态开关设备121关断时，该阻抗与耗能支路114共享电流流动的一部分。电感器118被构造为提供AC阻抗以限制电流通过辅助支路116的时间改变速率。电阻器119被构造为提供电阻以耗散能量并且降低通过辅助支路116传导的电流的幅度。
固态断路器110包括控制器120，该控制器120被构造为操作固态断路器110的可控设备以防止故障和瞬变期间的过电流损坏和过热损坏。控制器120可以包括测量设备，该测量设备被构造为测量由固态断路器110传导的电流的电气特性，诸如电流幅度或电压幅度，仅举几个示例。着重指出，控制器120操作固态断路器110以执行断路器的传统功能(即，断开以中断高电流)，而且还执行本文中所描述的附加功能，诸如操作固态断路器110以限制由固态断路器110传导的电流并且在响应高电流之前标识高电流源，仅举几个示例。控制器120在四个模式中的一个模式下操作固态断路器110：正常模式、连续限流模式、间歇限流模式、以及保护模式。
在正常模式下，固态开关设备113和电流隔离开关设备111闭合，从而允许标称电流通过固态开关设备113传导通过固态断路器110。开关设备117也闭合，但是由于电阻器119和电感器118，只有标称电流的一小部分通过辅助支路116传导。
在连续限流模式下，固态开关设备113断开，电流隔离开关设备111闭合，并且开关设备117闭合。先前通过固态开关设备113传导的电流现在由耗能支路114和辅助支路116传导，从而使得耗散电流的能量中的一些能量，从而降低高幅度电流的幅度。最大电流幅度减小由电阻器119的尺寸设计确定。例如，电阻器119可以被构造为将通过固态断路器110以连续限流模式传导的电流的幅度限制为标称电流的1.5倍，仅举一个示例。
在间歇限流模式下，电流隔离开关设备111和开关设备117保持闭合，同时固态开关设备113反复切换，从而产生通过固态开关设备113、耗能支路114和辅助支路116传导的间歇电流。控制器120被配置为通过传输具有可变脉冲宽度和可变脉冲速率的脉冲系列来操作固态开关设备113。使脉冲宽度和脉冲宽度发生变化以便使固态断路器110的输出电流符合电流参考值。电流参考值是电流幅度限制并且可以包括电流幅度最大值和电流幅度最小值两者。随着电流参考值减小，脉冲速率增加。除了电流参考值之外，诸如系统电感之类的操作条件也会影响脉冲速率和脉冲宽度。例如，随着系统电感的增加，脉冲速率减小而脉冲宽度增加。控制器120还可以基于包括时间电流曲线、总谐波畸变要求、电力水平要求和保护水平的因子来确定脉冲速率和脉冲宽度，仅举几个示例。
由于固态开关设备113的切换，所以与连续限流模式期间的幅度减小相比，控制器120可以更进一步地减小由固态断路器110传导的电流的幅度。例如，虽然连续限流模式可以将电流降低到标称电流的1.5倍，但间歇限流模式可以将相同电流降低到标称电流的0.5倍到1.5倍之间的值，仅举一个示例。
在间歇限流模式期间，由于电阻器119的尺寸设计，所以电流由耗能支路114和辅助支路116共享。例如，电阻器119的尺寸可以被设计为以使在以间歇限流模式操作固态开关设备113的同时，高幅度电流的相等部分的能量由耗能支路114和辅助支路116耗散。在另一示例中，电阻器119的尺寸可以被设计为使得耗能支路114和辅助支路116传导至少40％的高幅度电流，仅举一个示例。在又一示例中，电阻器119的大小被设定为使得在以间歇限流模式操作固态开关设备113的同时，耗能支路114所耗散的能量的量在辅助支路116所耗散的能量的30％以内。
在保护模式下，固态开关设备113和开关设备117断开，从而中断由固态断路器110传导的电流。电流隔离开关设备111也在开关设备113和117之后的预先确定的时间断开，以便确保电流隔离开关设备111在它正在断开的同时不会传导电流。应当领会，固态断路器110的任何或所有前述特征还可以存在于本文中所公开的其他固态断路器中。
参考图2，图示了包括多个示例性固态断路器210的示例性电力系统200。电力系统200以网状配置布置。在其他实施例中，电力系统200可以以诸如环形配置或分布式配置之类的另一配置布置。电力系统200可以被构造为传导AC或DC或其组合。
多个固态断路器210包括固态断路器211和固态断路器213。在某些实施例中，多个固态断路器210中的一个或多个固态断路可以替换为另一类型的保护设备，诸如机械断路器或保险丝。
在所图示的系统200中，固态断路器211与固态断路器213之间发生短路故障215。多个固态断路器210包括故障215的上游和上游的固态断路器。
多个固态断路器210中的每个固态断路器监测它们正在传导的电流。对于确定固态断路器正在传导高幅度电流的多个固态断路器210中的每个固态断路器，固态断路器选择连续限流模式或间歇限流模式并且在其下操作。一旦高电流幅度受到所选择的模式的限制，每个控制器就单独或共同确定高幅度电流的原因并且减轻高电流。例如，由于故障215是短路故障，所以作为最接近故障215的固态断路器的固态断路器211和213进入保护模式并且断开以移除故障215。一旦故障215修复后，固态断路器211和213就返回正常模式并且电力系统200恢复。
在某些实施例中，每个固态断路器的控制器以分布式方式协调以便确定高幅度电流的原因并且减轻高幅度电流。在其他实施例中，中央控制系统从每个固态断路器的控制器接收信息以确定高幅度电流的原因并且向固态断路器传输命令以便减轻高幅度电流。
参考图3，该流程图图示了用于示例性固态断路器(诸如图1中的固态断路器110)的示例性保护过程300。过程300可以全部或部分在本文中所公开的固态断路器的一个或多个控制器中实现。还应当领会，应当设想对过程300的若干个变化和修改，这些变化和修改包括例如过程300的一个或多个方面的省略、其他条件和操作的添加、以及操作和条件重组或分离成单独过程。
过程300开始于开始操作301，在该操作301中，在固态断路器正在以正常模式操作的同时，高电流条件开始发生。当诸如故障或瞬变之类的事件使得固态断路器传导幅度大于固态断路器所传导的标称电流的高幅度电流时，高电流条件发生。在某些实施例中，高幅度电流可以被认为是幅度大于标称电流的幅度两倍的电流。
过程300进行到条件303。如果高电流条件是预期瞬变，则过程300进行到操作321。预期瞬变是固态断路器所知的事件，除非固态断路器限制所传导的电流，否则该事件使得高幅度电流通过固态断路器传导。控制器可以从另一固态断路器控制器或中央控制系统接收用于预测瞬变的信息。控制器还可以基于由固态断路器进行的先前瞬变来确定预期瞬变。
如果没有设想到高电流条件，则过程300进行到操作305，在该操作305中，控制器确定固态断路器正在传导高幅度电流。控制器可以通过使用电流传感器测量由固态断路器传导的电流来确定固态断路器正在传导高幅度电流，仅举一个示例。
过程300进行到操作307，在该操作307中，控制器选择限流模式。当确定是选择连续限流模式还是选择间歇限流模式时，控制器可以考虑若干个因素，包括实际电流幅度和期望电流幅度、热额定值、以及电力质量要求，仅举几个示例。
由于连续限流模式比间歇限流模式生成的畸变更少，所以由于电力质量要求，所以可以选择连续限流模式而非间歇限流模式。重复地切换所引起的电流振荡使得固态断路器的电网侧上的电压振荡。这些振荡可能会损坏电力系统部件。例如，控制器可以基于电流参考值和电力质量要求来选择连续限流模式或间歇限流模式。电力质量要求可以包括电压畸变阈值、电流畸变阈值、过压阈值、以及欠压阈值。
可以选择间歇限流模式而非连续限流模式，因为间歇限流模式能够比连续限流模式更多地降低高幅度电流的幅度。例如，如果在连续限流模式下操作固态开关设备不会将高幅度电流的幅度减小到期望电流参考值，则控制器可以选择间歇限流模式。
如果辅助支路中耗散的能量的预期数量超过耗能阈值，则还可以选择间歇限流模式而非连续限流模式。耗能阈值可以包括热额定值，仅举一个示例。控制器可以基于在限流模式下操作固态断路器的估计时间长度来确定辅助支路中耗散的预期能量的量，仅举一个示例。在间歇限流模式下，固态断路器所耗散的能量由辅助支路和耗能支路共享，这与能量主要在辅助支路中耗散的连续限流模式相反。因此，如果控制器确定在连续限流模式下操作固态断路器会使得辅助支路中的耗能大于辅助支路的耗能阈值，则控制器可以选择间歇限流模式操作固态断路器。
过程300进行到操作309，在该操作309中，控制器以在操作307中选择的限流模式操作固态断路器。通过在限流模式下操作固态断路器，控制器有足够的时间来标识高电流条件的原因。更进一步地，在标识高电流条件的原因之前以限流模式中的一个限流模式操作固态断路器避免在诸如变压器涌流和电容器充电之类的正常瞬变时不必断开固态断路器，从而减少系统停机时间。
过程300进行到操作311，在该操作311中，控制器确定高电流条件的原因是故障还是瞬变。故障可能包括短路故障或在电力系统可以再次正常操作之前才需要隔离和移除的另一类型的条件。瞬变可以包括涌入电流或另一条件，该另一条件持续有限时间，使得一旦瞬变终止，固态断路器就可以在没有隔离的情况下返回到正常模式。
在以所选择的限流模式操作固态开关设备之前和同时，控制器可以接收固态断路器的电气特性，并且使用所接收的电气特性来确定高电流条件的原因是否是故障还是瞬变。电气特性可以包括所测量的电流和电压，仅举几个示例。控制器还可以使用在同一电力系统中的其他固态断路器处测量的电气特性。
例如，控制器可以基于所测量的电流的二次谐波来确定高电流条件的原因是涌入变压器瞬变。在另一示例中，控制器可以确定高电流条件的原因是基于减小的电压的故障还是基于稳定电压的瞬变。在又一示例中，控制器可以基于增加直至达到标称电压值的所测量的电压来确定高电流条件的原因是电容器充电瞬变。
如果高电流条件的原因是故障，则过程300进行到操作313，在该操作313中，故障被移除。在某些实施例中，控制器通过进入断开半导体开关设备的保护模式来移除故障。对于包括多个示例性固态断路器的电力系统，一旦故障已经标识和定位，最靠近故障的一个或多个固态断路器就进入保护模式，而处于限流模式的其他固态断路器返回到正常模式。
在某些实施例中，电力系统包括多个固态断路器和多个熔断器或机械断路器。熔断器或机械断路器在故障支路处断开以移除故障，而其余保护设备保持闭合。如果故障支路处的熔断器或机械断路器未能断开，则离故障熔断器或机械断路器最近的固态断路器用作备用断路器。响应于确定熔断器或机械断路器发生故障，辅助支路上的开关设备断开，固态开关设备断开或保持断开，并且电流隔离开关断开。
过程300进行到操作315，在该操作315中，电力系统在移除了故障之后恢复操作。处于保护模式的固态断路器返回到正常模式。对于在保护模式或限流模式下锁定预先定义的时间段的固态断路器，固态断路器在该时间段之后返回到正常模式。
如果高电流条件的原因是瞬变，则过程300进行到操作317，在该操作317中，控制器监测瞬变，直至瞬变终止。然后，过程300进行到操作319，在该操作319中，系统恢复到正常操作并且固态断路器返回到正常模式。对于在限流模式下锁定预先定义的时间段的固态断路器，固态断路器在该时间段后返回到正常模式。
对于预期瞬变，过程300从条件303进行到操作321，在该操作321中，控制器选择限流模式，正如控制器在操作307中选择限流模式一样。在选择限流模式之后，过程300进行到操作323，在该操作323中，控制器在所选择的操作模式下操作固态断路器，就像在操作309中一样。然后，过程300进行到操作317，在该操作317中，控制器继续监测预期瞬变，直至瞬变终止。然后，过程300进行到操作319，在该操作319中，控制器在正常模式下操作固态断路器。
参考图4A，存在图示了在故障期间由示例性固态断路器传导的AC的多个曲线图400。多个曲线图400包括曲线图410和420。曲线图410图示了在连续限流模式下由固态断路器传导的AC。曲线图410包括表示从固态断路器输出的电流的输出电流411线。曲线图410还包括表示在正常操作期间由固态断路器传导的电流的标称电流峰值的标称电流峰值415线以及表示高于固态断路器的控制器将确定的正在传导的高幅度电流的电流幅度的高电流阈值417线。在所图示的实施例中，高电流阈值417是标称电流峰值415的幅度的两倍。在其他实施例中，高电流阈值417可以是标称电流峰值415的不同倍数。
在曲线图410的时刻t1，高电流条件开始，并且输出电流411开始上升。在没有通过固态断路器进行限流的情况下，输出电流411可能符合故障电流线413所图示的波形。尽管故障电流线413仅示出一个周期，但是故障电流会持续，直至故障被标识和清除。相反，固态断路器响应于输出电流411超过高电流阈值417而进入连续限流模式。通过进入连续限流模式，输出电流411的峰值降低到标称电流峰值的幅度的1.5倍。在其他实施例中，输出电流411的峰值可以降低到标称电流峰值的幅度的不同倍数。固态断路器继续在连续限流模式下操作，直至时刻t2，其中图2中最接近故障位置的固态断路器或机械断路器响应于确定高幅度电流由于故障而断开。尽管时刻t2被图示为零交叉点，但是固态断路器或最近断路器还可能在传导电流的同时断开。
曲线图420图示了由固态断路器在间歇限流模式下传导的AC。曲线图420包括表示从固态断路器输出的电流的输出电流421线。曲线图420还包括表示在正常操作期间由固态断路器传导的电流的标称电流峰值的标称电流峰值425线以及表示高于固态断路器的控制器将确定的正在传导的高幅度电流的电流幅度的高电流阈值427线。在所图示的实施例中，高电流阈值427是标称电流峰值425的幅度的两倍。在其他实施例中，高电流阈值427可以是标称电流峰值425的不同倍数。
在曲线图420的时刻t1，高电流条件开始发生，并且输出电流421开始增加。在没有通过固态断路器进行限流的情况下，输出电流421可能符合故障电流线423所图示的波形。尽管故障电流线423仅示出一个周期，但是故障电流会持续，直至故障被标识和清除。相反，固态断路器响应于输出电流421超过高电流阈值427而进入间歇限流模式。通过进入间歇限流模式，输出电流421的峰值降低到标称电流峰值的幅度的1.5倍。在其他实施例中，输出电流421的峰值可以降低到标称电流峰值的幅度的不同倍数。固态断路器继续在间歇限流模式下操作，直至时刻t2，其中图2中最接近故障位置的固态断路器或机械断路器响应于确定高幅度电流由于故障而断开。尽管时刻t2被图示为零交叉点，但是固态断路器或最近断路器还可能在传导电流的同时断开。
参考图4B，存在图示了在故障期间由示例性固态断路器传导的DC的多个曲线图430。多个曲线图430包括曲线图440和450。曲线图440图示了在连续限流模式下由固态断路器传导的DC。曲线图440包括表示从固态断路器输出的电流的输出电流441线。曲线图440还包括表示表示高于固态断路器的控制器确定的正在传导的高幅度电流的电流幅度的高电流阈值447线。在所图示的实施例中，高电流阈值447是标称电流I0的幅度的两倍。在其他实施例中，高电流阈值447可以是标称电流I0的不同倍数。
在曲线图440的时刻t1，高电流条件开始发生，并且输出电流441开始增加。在没有通过固态断路器进行限流的情况下，输出电流441可能符合故障电流线443所图示的波形，直至故障被标识并且固态断路器会断开，从而中断输出电流443。相反，固态断路器响应于输出电流441超过高电流阈值447而进入连续限流模式。通过进入连续限流模式，输出电流441的幅度降低到标称电流幅度的幅度的1.5倍。在其他实施例中，输出电流441的幅度可以降低到标称电流的幅度的不同倍数。固态断路器继续在连续限流模式下操作，直至时刻t2，其中图2中最接近故障位置的固态断路器或机械断路器响应于确定高幅度电流由于故障而断开。
曲线图450图示了由固态断路器在间歇限流模式下传导的DC。曲线图450包括表示从固态断路器输出的电流的输出电流451线。曲线图450还包括表示高于固态断路器的控制器确定的正在传导的高幅度电流的电流幅度的高电流阈值457线。在所图示的实施例中，高电流阈值457是标称电流I0的幅度的两倍。在其他实施例中，高电流阈值457可以是标称电流I0的不同倍数。
在曲线图450的时刻t1，高电流条件开始发生，并且输出电流451开始增加。在没有通过固态断路器进行限流的情况下，输出电流451可能符合故障电流线453所图示的波形，直至故障被标识并且固态断路器会断开，从而中断输出电流453。相反，固态断路器响应于输出电流451超过高电流阈值457而进入间歇限流模式。通过进入间歇限流模式，通过重复切换固态开关设备生成的输出电流451的峰值降低到标称电流I0的幅度的1.5倍。在其他实施例中，输出电流451的峰值可以是标称电流峰值的幅度的较小倍数。固态断路器继续在间歇限流模式下操作，直至时刻t2，其中图2中最靠近故障位置的固态断路器或另一断路器响应于确定高幅度电流由于故障而断开。
参考图5A，存在图示了示例性固态断路器在以连续限流模式操作同时的耗能，其中固态断路器的固态设备包括IGCT，耗能支路包括MOV，辅助支路包括电阻为1.33欧姆的电阻器。曲线图500包括固态断路器的每个并联支路在10-5H至10-2H之间的系统电感范围内的耗能值。如曲线图500所示，由于在连续限流模式期间固态开关设备的单次关断，所以辅助支路中的耗能明显高于固态开关设备或耗能支路中的耗能。
参考图5B，存在图示了示例性固态断路器在以间歇限流模式操作的同时的耗能的曲线图510，其中固态断路器的固态设备包括IGCT，耗能支路包括MOV，辅助支路包括电阻为5欧姆的电阻器。曲线图510包括介于10-5H至10-2H之间的系统电感范围内固态断路器的每个并联支路的耗能值。如曲线图510所示，辅助支路和耗能支路中的耗能对于一个系统电感是相等的，并且对于所图示的系统电感范围是共享的。辅助支路的电阻可以调整大小以便耗能支路和辅助支路的耗能在不同的系统电感处相等。
参考图6A至图6C，存在用于在间歇限流模式期间确定开关切换模式的示例性固态断路器控制器的示例性控制算法。对于图6A所图示的滞后算法600，控制器确定电流参考值601并且接收电流幅度测量603。使用参考601和测量603，控制器计算对开关切换图案的调整605以移动输出电流幅度更接近当前参考值。
对于图6B所图示的反馈控制算法610，控制器确定电流参考值611并且接收电流幅度测量613。运算器615计算参考611与测量613之间的差值。比例积分微分(PID)控制器617接收来自运算器615的差值并且输出脉冲宽度621。PID控制器619接收来自运算器615的差值并且输出脉冲速率623。
对于图6C所图示的两级反馈控制算法610，控制器使用可变时间电流曲线确定电流参考值631。运算器636计算先前时间电流曲线与经调整时间电流曲线632之间的差值。控制器基于固态断路器的操作条件来调整时间电流曲线。控制器允许固态断路器通过经调整时间电流曲线传导不同的允通(let-through)能量。当对时间电流进行向上调整时，允许更高的允通能量。比例积分微分(PID)控制器638从运算器636接收所计算的差值并且输出电流参考值631。运算器635计算参考值631与所接收的电流幅度测量值633之间的差值。PID控制器637从运算器635接收差值并且输出脉冲宽度641。PID控制器639接收来自运算器635的差值并且输出脉冲速率643。
现在，应当提供若干个示例性实施例的其他书面描述。一个实施例是一种电力系统，包括固态断路器，该固态断路器包括固态开关设备；与固态开关设备并联耦合的耗能支路，该耗能支路包括耗能设备；与固态开关设备并联耦合的辅助支路，该辅助支路包括串联耦合在一起的电阻器、电感器和开关设备；以及控制器，该控制器被配置为确定固态断路器正在传导高幅度电流，选择连续限流模式或间歇限流模式，并且在所选择的限流模式下操作固态开关设备。
在前述电力系统的某些形式中，以间歇限流模式操作固态开关设备包括：使用脉冲系列重复切换固态开关设备。在某些形式中，在连续限流模式下操作固态开关设备包括：断开固态开关设备，而不闭合固态开关设备。在某些形式中，如果在连续限流模式下操作固态开关设备不会将高幅度电流的幅度减小到电流参考值，则控制器选择间歇限流模式。在某些形式中，控制器基于电流参考值和电力质量要求来选择连续限流模式或间歇限流模式，该电力质量要求包括电压畸变阈值和电流畸变阈值中的至少一个。在某些形式中，控制器被配置为基于固态断路器的操作条件来更新固态断路器的时间电流曲线，其中控制器被配置为基于经更新的时间电流曲线来确定脉冲系列的一个脉冲的脉冲宽度，并且其中控制器被配置为基于经更新的时间电流曲线来确定脉冲系列的一部分的脉冲速率。在某些形式中，电阻器的大小被设定为使得在以间歇限流模式操作固态开关设备的同时，耗能支路和辅助支路耗散高幅度电流的相等部分的能量。在某些形式中，电阻器的大小被设定为使得在以间歇限流模式操作固态开关设备的同时，由耗能支路耗散的第一能量的量在由辅助支路耗散的第二能量的量的30％以内。在某些形式中，电力系统包括多个固态断路器，其中控制器被配置为确定高幅度电流的原因是故障，并且其中控制器被配置为确定固态断路器比多个固态断路器更接近故障并且响应于确定固态断路器比多个固态断路器更接近故障，而开始在保护模式下操作固态断路器。在某些形式中，控制器被配置为确定高幅度电流是瞬变的原因，并且其中控制器被配置为继续在所选择的限流模式下操作固态开关设备，直至瞬变终止。
另一示例性实施例是一种方法，该方法包括操作固态断路器，该固态断路器包括固态开关设备、与固态开关设备并联耦合并且包括耗能设备的耗能支路、与固态开关设备并联耦合并且包括串联耦合在一起的电阻器、电感器和开关元件的辅助支路；确定固态断路器正在传导高幅度电流；选择连续限流模式或间歇限流模式；以及在所选择的限流模式下操作固态开关设备。
在前述方法的某些形式中，在间歇限流模式下操作固态开关设备包括：重复切换固态开关设备。在某些形式中，在连续限流模式下操作固态开关设备包括：断开固态开关设备，而不闭合固态开关设备。在某些形式中，选择连续限流模式或间歇限流模式包括：如果基于连续限流模式来操作固态开关设备不会使高幅度电流的幅度降低到电流参考值。在某些形式中，选择连续限流模式或间歇限流模式基于电流参考值和电力质量要求，该电力质量要求包括电压畸变阈值和电流畸变阈值中的至少一个。在某些形式中，以间歇限流模式操作固态开关设备基于固态断路器的操作条件来更新固态断路器的时间电流曲线，基于经更新的时间电流曲线来确定脉冲系列的一个脉冲的脉冲宽度，以及基于所更新的时间电流曲线来确定脉冲系列的一部分的脉冲速率。在某些形式中，电阻器的大小被设定为使得在以间歇限流模式操作固态开关设备的同时，耗能支路和辅助支路耗散高幅度电流的相等部分的能量。在某些形式中，电阻器的大小被设定为使得在以间歇限流模式操作固态开关设备的同时，由耗能支路耗散的第一能量的量在由辅助支路耗散的第二能量的量的30％以内。在某些形式中，该方法包括：确定高幅度电流的原因是故障；确定固态断路器比电力系统的多个固态断路器更接近故障；响应于确定固态断路器比多个固态断路器更接近故障，以保护模式操作固态断路器。在某些形式中，控制器被配置为确定高幅度电流是瞬变的原因，并且其中控制器被配置为继续在所选择的限流模式下操作固态开关设备，直至瞬变终止。
虽然在附图和前述描述中已经对本公开进行了详细说明和描述，但是其在性质上被认为是说明性的而非约束性的，应当理解，仅对某些示例性实施例进行了示出和描述，并且期望保护所有落入本公开的精神内的变化和修改。应当理解，虽然在以上描述中利用的诸如“可优选的”、“优选地”、“优选的”或“更优选的”等之类的单词的使用指示如此描述的特征可能更合意，但它可能并非所必须的，并且缺乏相同内容的实施例可以被设想为在本公开的范围内，该范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，意图是当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一个部分”等之类的单词时，不旨在将权利要求限制为仅一项，除非在权利要求中明确相反陈述。术语“的(of)”可能意味着与另一项的关联或联系以及根据使用它的上下文所告知的属于或与另一项的联系。术语“耦合到”、“与……耦合”等包括间接连接和耦合，并且除非明确相反指示，否则还包括但不要求直接耦合或连接。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，除非明确相反陈述，否则该项可以包括一部分和/或整个项。

Claims (20)

1.一种电力系统，包括：
固态断路器，包括：
固态开关设备；
耗能支路，与所述固态开关设备并联耦合，所述耗能支路包括耗能设备；
辅助支路，与所述固态开关设备并联耦合，所述辅助支路包括串联耦合在一起的电阻器、电感器、以及开关设备；以及
控制器，被配置为确定所述固态断路器正在传导高幅度电流、选择连续限流模式或间歇限流模式、以及在所选择的限流模式下操作所述固态开关设备。
2.根据权利要求1所述的电力系统，其中在所述间歇限流模式下操作所述固态开关设备包括：使用一系列脉冲重复地切换所述固态开关设备。
3.根据权利要求2所述的电力系统，其中在所述连续限流模式下操作所述固态开关设备包括：断开所述固态开关设备，而不闭合所述固态开关设备。
4.根据权利要求3所述的电力系统，其中如果在所述连续限流模式下操作所述固态开关设备不会将所述高幅度电流的幅度减小到电流参考值，则所述控制器选择所述间歇限流模式。
5.根据权利要求3所述的电力系统，其中所述控制器基于电流参考值和电力质量要求来选择所述连续限流模式或所述间歇限流模式，所述电力质量要求包括电压畸变阈值和电流畸变阈值中的至少一个。
6.根据权利要求3所述的电力系统，其中所述控制器被配置为基于所述固态断路器的操作条件来更新所述固态断路器的时间电流曲线，其中所述控制器被配置为基于经更新的时间电流曲线来确定所述脉冲系列中的一个脉冲的脉冲宽度，并且其中所述控制器被配置为基于所述经更新的时间电流曲线来确定所述脉冲系列的一部分的脉冲速率。
7.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述电阻器的大小被设定为使得在所述间歇限流模式下操作所述固态开关设备的同时，所述耗能支路和所述辅助支路耗散所述高幅度电流的相等部分的能量。
8.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述电阻器的大小被设定为使得在所述间歇限流模式下操作所述固态开关设备的同时，所述耗能支路所耗散的第一能量的量在所述辅助支路所耗散的第二能量的量的30％以内。
9.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述电力系统包括多个固态断路器，其中所述控制器被配置为确定所述高幅度电流的原因是故障，并且其中所述控制器被配置为确定所述固态断路器比所述多个固态断路器更接近所述故障，并且响应于确定所述固态断路器比所述多个固态断路器更接近所述故障，而开始在保护模式下操作所述固态断路器。
10.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述控制器被配置为确定所述高幅度电流是瞬变的原因，并且其中所述控制器被配置为在所选择的限流模式下继续操作所述固态开关设备，直至所述瞬变终止。
11.一种方法，包括：
操作固态断路器，所述固态断路器包括固态开关设备、与所述固态开关设备并联耦合并且包括耗能设备的耗能支路、与所述固态开关设备并联耦合的辅助支路，并且包括串联耦合在一起的电阻器、电感器和开关设备；
确定所述固态断路器正在传导高幅度电流；
选择连续限流模式或间歇限流模式；以及
在所选择的限流模式下操作所述固态开关设备。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述间歇限流模式下操作所述固态开关设备包括：重复地切换所述固态开关设备。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述连续限流模式下操作所述固态开关设备包括：断开所述固态开关设备，而不闭合所述固态开关设备。
14.根据权利要求13所述的方法，其中选择所述连续限流模式或所述间歇限流模式包括：如果基于所述连续限流模式来操作所述固态开关设备不会将所述高幅度电流的幅度降低到电流参考值，则选择所述间歇限流模式。
15.根据权利要求3所述的方法，其中选择所述连续限流模式或所述间歇限流模式基于电流参考值和电力质量要求，所述电力质量要求包括电压畸变阈值和电流畸变阈值中的至少一个。
16.根据权利要求11所述的方法，其中在所述间歇限流模式下操作所述固态开关设备基于所述固态断路器的操作条件来更新所述固态断路器的时间电流曲线，基于经更新的时间电流曲线来确定一系列脉冲中的一个脉冲的脉冲宽度，并且基于所述经更新的时间电流曲线来确定所述脉冲系列的一部分的脉冲速率。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述电阻器的大小使得在所述间歇限流模式下操作所述固态开关设备的同时，所述耗能支路和所述辅助支路耗散所述高幅度电流的相等部分的能量。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述电阻器的大小被设定为使得在所述间歇限流模式下操作所述固态开关设备的同时，由所述耗能支路耗散的第一能量的量在由所述辅助支路耗散的第二能量的量的30％以内。
19.根据权利要求11所述的方法，包括：
确定所述高幅度电流的原因是故障；
确定所述固态断路器比电力系统的多个固态断路器更接近所述故障；以及
响应于确定所述固态断路器比所述多个固态断路器更接近所述故障，在保护模式下操作所述固态断路器。
20.根据权利要求11所述的方法，其中控制器被配置为确定所述高幅度电流是瞬变的原因，并且其中所述控制器被配置为在所选择的限流模式下继续操作所述固态开关设备，直至所述瞬变终止。
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