[发明专利]用于中断直流电流通路中电流流动的电路装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压(HV)直流(直流)传送，并且尤其涉及用于中断直流电流通路中的电流流动的电路和方法。

背景技术

由于各种原因，用于大规模传送能量的高压直流传送电网(grid)正重新获得关注。直流电网的重新到来与如何将功率驱动到直流电网中的不同概念联系密切。未来的直流电网可优选地受电压控制源控制，也称为电压源转换器器(VSC)。在此类电网中，短路情况下故障电流可迅速上升，而结果可加重系统可靠性的负担。

倘若传统交流电网中发生短路，中断概念可得益于电网中AC的交变特性。当打开AC电流通路中相关联的断路器时，电弧可将此类断路器电极电连接，并且可继续允许电弧电流穿过断路器。然而，由于AC驱动源的性质，AC电流通路中此类正在进行的电弧电流也可振荡，并且可固有地呈现电流零交叉。为熄灭电弧并完全停止流过断路器的电流，需要电流中的零交叉。

然而，在直流电网中，没有此类电流零交叉由于驱动源而发生，而是当将断路器带到其打开状态时或之后，期望通过其它部件来生成直流电流通路中的零电流。在一种途径中，通过向直流电流通路中注入振荡增加的反向电流而造成零电流。此类振荡反向电流可及时地在一点上补偿电弧电流，并且可最终造成直流电流通路中至少临时的零电流，该临时电流又可被用于熄灭电弧。用于引发振荡反向电流的部件可以是与断路器并联设置的谐振电路。在下文中，此类断路器更一般地称为开关元件。然而，将谐振电路并联连接到开关元件之后，在振荡的反向电流达到足以补偿穿过开关元件的电弧电流的幅度之前，必须经过一定时间，这将在此后称为到零电流的时间(tcz)。

DE 2 039 065提及断路器装置，其中电流在换向到吸收通路之前首先从主通路换向到欧姆电阻通路。为构建影响主通路的此类欧姆电阻通路，将断路器分成至少两个断路器，可开关其中一个断路器以便使欧姆电阻分路，当开关时，其由于施加的高电流而爆炸(explode)。该事件又使得电流换向到吸收通路中。

发明内容

因此，本发明的目的在于减小直流电流通路中生成零电流的时间。该目的通过独立权利要求的主题实现。

根据本发明的第一方面，提供用于中断直流电流通路中电流流动的电路装置，所述电路装置包括在直流电流通路中串联连接的至少第一开关元件和第二开关元件。谐振电路并联连接到至少第一开关元件和第二开关元件的串联连接或者适配成借助于开关可并联连接到至少第一开关元件和第二开关元件的串联连接。

根据本发明的代表方法的方面，对于包括串联连接的至少第一开关元件和第二开关元件的直流电流通路检测中断情形。响应于检测到中断情形，实现至少第一开关元件和第二开关元件的打开状态。将谐振电路并联连接到至少第一开关元件和第二开关元件的串联连接，用于在谐振电路中生成反向电流。

借助于在直流电流通路中提供至少两个开关元件，即串联连接的至少一个第一开关元件和至少一个第二开关元件，减少到零电流的时间tcz，即，为激活谐振电路而闭合开关与在直流电流通路中实现零电流之间的时间，优选地被减小到等于或者小于10ms。在被动(passive)开关概念的情况下(其中谐振电路持续地连接到第一和第二开关元件的串联连接)，到零电流的时间可被定义为反向电流振荡的开始和实现直流电流通路中的零电流之间的时间。在一实施例中，可相关于生成快速上升振荡的良好的换向能力设计和优化第一开关元件，而相关于良好的热和介电隔离能力来设计和优化第二开关元件。

到零电流的时间tCZ可与电弧上的电压降相关并且与谐振电路中存在的电容的大小确定(dimensioning)相关。虽然考虑到短的振荡上升时间，优选高电容值，但是相关联的电容是成本密集的。另一方面，在第一开关元件当在其接触头之间发生电弧时供给高电压降的情况下，上升时间可显著减少，而同时电容能被合理地确定大小。

注意，当前方面和所有其它方面中的术语“谐振电路”优选地理解为包括(优选地串联连接的)电感和电容的LC电路，其中电感可被实施为单独的元件或者可由谐振电路的线路的电感来代表。术语“谐振电路”因此并不必表示闭合环路，而可以是在切换成闭合环路时显示出谐振特征的电路。