[发明专利]用于以电子方式控制DC网络的电路装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在直流电压网中进行切换的装置。

本发明还涉及一种用于分离功率直流网的方法。

背景技术

电力电子系统在需要非常高的电压和功率的能量供给中愈发重要。尤其对于未来的、空间延伸并且分支的高压直流网（英语：Multiterminal-HVDC）而言，需要能够可靠并快速地掌控可能的干扰情况以及在正常工作中实现最少的能量损耗。这些要求尤其在未来的、具有高电压和跨国远程运输的DC网络中出现。对于所需的非常高的功率而至今主要使用具有传统晶闸管和注入的直流的变流器（电网引导的变流器，英语：Line Commutated Converters,LCC（电网换流的变流器））。然而，电网引导的变流器并不满足未来在高动态无功功率补偿、电网电压稳定化以及DC缆线（直流缆线）的可廉价使用性方面提高的要求。

此外，所应用的具有注入的直流的变流器类型（英语：Current Source Converter）并不适于有利地实现分支的HVDC网络（英语：HVDC-Multiterminal-Grids）。因此，作为优选的电路类型而使用具有注入的直流电压的自引导的变流器（英语：Voltage Source Converter,“VSC”）。该电路类型的固有缺点已通过更新的开发，尤其在DE10103031A1“Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern”中描述的措施被克服。用于在所连接的DC网络中掌控短路的前提通过省去DC侧的电容器电池而显著变得廉价。尽管有所提及的开发进步，但至今仍未满意地解决可靠、快速并且可逆地掌控在空间延伸的HVDC网络中的重要的干扰情况。

未来尤其对于延伸的离岸风电站和遥远沙漠地区中的大型太阳能电厂的使用而急需相应的、空间延伸的、分支的HVDC网络。尤其必须掌控HVDC网络中的短路，并且必须能够分离网络的有故障/短路的区段。

用于极高的DC电压的、能够在负载情况下开关高的故障电流的廉价机械开关由于基本的物理问题而不可用。机械开关的技术上可实现的关断时间和开关过压也是极其受干扰的。因此，根据现有技术，用于这些应用的机械开关仅能有利地实现为无负载地（无电流地）开关的分离器。

图1为了进一步阐述现有技术而示出了空间延伸的、分支的HVDC网络的一部分。其示例性地示出了具有导体PS或NS的母线，这些导体相对于地在正常工作中通常传导正电压（PS）或负电压（NS）。在两个导体之间的总电压差以（Ud0）表示。每个所连接的子系统都经由三相电压源型变流器（3-phasiger U-Umrichter）与无电势的三相交流网连接。电势分离通常借助为电网频率（主要为50Hz或60Hz）而设计的传统变压器进行。由此尤其可能的是，DC网络相对于地无电势并且对称地（图1）或者相对于地有电势并且不对称地（图2）工作。

其示出：

6：DC侧的功率电感器

7：DC侧的开关

701：第一三相交流网的等效电路

702：第二三相交流网的等效电路

801,802：三相交流侧的、机械的功率开关

901：第一电压源型变流器（VSC），其具有三相交流侧的端子（L1,L2,L3）和通过DC侧开关（7）引向DC母线（PS，NS）的DC侧端子（P1,N1）。

902：第二电压源型换流器，其与901类似地连接在第二三相交流网上，该第二电压源型变流器的DC侧端子（P2,N2）通过另外的DC侧开关（7）同样引向DC母线（PS，NS）。

通过DC系统中的一系列故障事件、尤其是导体/导体短路或接地故障，DC侧电流可以具有高至不允许的值。为了掌控这些故障而希望的是：

-尽可能良好地限制所导致的、高的电流，以便避免通过极端温度和磁性力作用而导致变流器和设备损伤，以及

-尽可能快速地使DC网络的缺陷区段无电流并且与其余DC网络分离。