[发明专利]DC电网和限制DC电网中故障的影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力传输的领域，并且更具体地涉及使用高压直流（HVDC）技术的电力传输。

背景技术

长距离电力传输可以使用HVDC传输线而有利地进行。在AC传输系统中，传输损耗取决于有功和无功功率传递两者。对于长的传输线，由于无功功率传递引起的损耗将是明显的。另一方面，在HVDC传输系统中，仅传递有功功率。HVDC传输线中的损耗从而将低于具有相同长度的AC传输线中的损耗。对于长距离传输，HVDC系统中必需的转换设备的较高投入通常是合理的。

现今在使用的大部分HVDC传输系统是点到点传输系统，其中电力从一个AC系统传输到另一个。这是将电力传输到远程区域/从远程区域传输电力、跨水、在两个不同步AC电网之间传输电力等的高效方法。然而，在许多境况下，期望多点HVDC传输系统，其中电力可以传输到一个或若干AC网络中的至少三个不同的点/从其处传输。多点HVDC传输系统在这里将称为DC电网。DC电网何时可以有用的一个示例是在将（多个）离岸风电场连接到（多个）岸上电力网的时候。另一个示例是在现有的AC电网中长距离地传输大量电力的时候，在该情况下低传输损耗可以通过将DC电网用作骨干或对于现有AC电网的过捻电网而实现。

与AC传输相比，DC传输的缺点是故障电流的中断更困难。AC系统中的故障电流固有地展现频率零交叉，这便于快速电流中断。在DC系统中，没有出现固有的零交错。为了阻断DC电流，DC电流的零交叉大体上必须强加于系统。

此外，在AC系统中，故障电流将受到传输线的电抗的限制。另一方面，在DC系统中，传输线的电抗将仅在瞬态阶段有关系。当瞬态（相当快地）减少时，仅线路的电抗将限制DC侧上的故障电流的水平。从而，故障电流可以在DC电网中非常快地增长。因此期望故障电流的快速阻断。

此外，来自AC侧的电力将馈送到在DC侧上出现的故障。典型地，这暗指故障电流在DC侧上是高的，而DC电压在整个DC电网中将是低的，从而使得在出故障的时段期间有组织的功率传递变得不可能。在则会转换器中的至少一些是基于电压源转换器（VSC）技术时特别明显，因为VSC转换器的开关典型地将必须在电流上升到某一水平之上时被阻断，从而使VSC转换器基本上作为二极管桥而操作。连接到DC电网的转换器越多，故障中的DC电流越高。具有受抑制的DC电压的情形（没有随之的功率传递能力）如果持续很久的话可对AC系统稳定性具有严重影响。AC系统不稳定将导致灯火管制，这对于社会成本非常高。为了防止AC系统不稳定，AC系统可以设计成具有极大的保存传递能力。然而，AC系统的这样的过大尺寸成本很高并且大体上不是期望的。因此，在DC电压已经崩溃之前，期望DC故障电流的快速阻断。

从而，为了限制线路故障的影响，HVDC断路器应该非常快地起反应，典型地在故障电流仍在增加时以及DC电压已经崩溃太多之前的瞬态阶段中。已经投入开发快速且可靠的HVDC断路器，并且当前提供电流的最快中断的HVDC断路器基于半导体技术。半导体HVDC断路器例如在EP0867998中公开。然而，半导体HVDC断路器经历比在机械断路器中的更高的功率损耗。此外，设计成阻断大电流的半导体HVDC断路器比机械断路器明显要贵。然而，现有的机械断路器无法提供足够的阻断速度。从而，在DC电网中需要有成本且能量有效的故障电流处理。

发明内容

本发明所涉及的问题是如何高效地限制DC电网中出现的故障的消极后果。

该问题由DC电网解决，该DC电网包括经由DC线路而互连的多个AC/DC转换器，其中DC电网进一步包括至少一个电流限制器，并且其中DC电网凭借至少一个电流限制器采用使得电流限制器在HVDC线路中的每个中连接这样的方式而分成至少两个区，这两个区通过HVDC线路而互连。

通过凭借电流限制器将DC电网分成互连的不同区，DC电网中故障的影响可以受到限制。如果故障在第一区中出现，将该第一区200与它的相邻区互连的电流限制器将在故障持续期期间限制从相邻区流入故障的故障电流，从而使其中出现故障的区中的故障电流减少。此外，故障电流的限制将减轻环绕有故障区的健康区中的影响。如果允许故障电流不受干扰地流动，环绕区200中的DC电压将崩溃，从而使得持续的电力传输几乎不可能。除非已经采取措施，这样的电压崩溃典型地将在出现故障后非常快地达到大的地理扩散。通过限制第一区中的故障引起的故障电流，环绕区200中的DC电压基本上可以不受干扰，并且环绕区200中的电力传输可在没有较大中断的情况下继续。