[发明专利]电路中断设备

说明书

技术领域

本发明涉及电路中断设备及电路中断设备组件。

背景技术

在输电网络中，交流(AC)电力通常被转换成直流(DC)电力用于经由架空线路和/或海底电缆传输。此转换不需要补偿由传输线路或电缆所施加的AC电容性负载的影响，由此减少了线路和/或电缆的每公里成本。从而当需要长距离传输电力时，从AC到DC的转换变得具有成本效益。

从AC到DC的电力转换还用于有必要互连运行于不同频率的AC网络的输电网络中。在任何这样的输电网络中，在AC和DC电力的每个交接处均需要转换器来实现所需的转换。

HVDC转换器容易受到DC侧故障或能够呈现在DC输电线路或电缆两端具有低阻抗的短路的其他异常运行状况的影响。这样的故障可能是由于绝缘的损坏或击穿、雷击、导体的移动或由外物导致的导体之间的其他意外桥接而发生。

在DC输电线路或电缆两端存在低阻抗可能不利于HVDC转换器。有时转换器的固有设计意味着其在这样的条件下不能限制电流，导致发展成超过HVDC转换器的额定电流的高故障电流。这样的高故障电流不仅损坏HVDC转换器的部件，还导致HVDC转换器离线一段时间。这导致维修和维护受损电气设备硬件的成本增加，并给依靠电气装置工作的终端用户带来不便。因此，能够在检测出高故障电流时立即中断高故障电流很重要。

在转换器控制不能用任何其他手段限制故障电流的情况下，保护HVDC转换器免受来自DC侧故障影响的传统手段是使AC侧断路器跳闸，从而去除通过HVDC转换器将故障馈送到DC侧的电流供应。这是因为目前还没有可商购的HVDC断路器设计。此外，目前几乎所有的HVDC方案都是具有连接到DC侧的两个HVDC转换器的点对点方案，其中一个HVDC转换器用作具有电力整流能力的电源，而另一个HVDC转换器用作具有电力逆变能力的电力负载。因此，由于在点对点方案中存在故障需要中断电力流动以允许清除故障，所以使AC侧断路器跳闸是可以接受的。

一类新的HVDC输电网络正被考虑用于长距离移动大量电力，以满足地理上分散的可再生形式的发电的要求，并且用能够支持现代电力交易需求的智能电网的智能和特征对AC输电网络的现有能力进行增强。

这样的HVDC输电网络需要HVDC转换器的多端子互连，从而可以使用并联工作的三个或更多个HVDC转换器在DC侧交换电力。每个HVDC转换器用作源或蓄能库(sink)，以维持网络的整体输入-输出电力平衡，同时根据需要交换电力。HVDC输电网络中的故障必须迅速与网络的其余部分隔离和分离，以便使得网络能够尽快恢复正常电力输送。

传统的AC断路器的电流中断是在电流达到电流零点时实施的，从而大大降低了中断任务的难度。因此，在传统的断路器中，如果在用于中断电流的限定时间段内未出现电流零点，则存在损坏电流中断设备的风险。因此，由于不像AC电流会自然发生电流零点，DC电流不能自然达到电流零点，所以本质上难以实施DC电流中断。

出于相同的理由，由于传统的AC断路器需要等到故障电流达到电流零点(此时故障电流能够被安全中断)，而电流零点在故障电流到达峰值且随后降落到零点之后发生，所以在故障电流的第一个半周期内执行AC中断存在固有的困难。此外，机械的AC断路器相对较慢并且占用若干周期(通常多达50-100ms)来清除故障电流，如图1中所示。这不仅会使得由于高故障交流电流产生的损坏增加，而且导致传统AC断路器固有的最短运行时间。

EP0867998B1公开了一种固态的DC断路器，包括串联连接的IGBT的层叠结构，其并联有金属氧化物电涌吸收器(surgearrester)。该方案实现了几毫秒范围内的响应时间，但具有高稳态电力损耗的缺点。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种电路中断设备，包括：

主支路；

辅支路，具有高于所述主支路的导通电阻的导通电阻；以及

第一端子和第二端子，用于在使用中连接到电网络，所述主支路和辅支路在所述第一端子和所述第二端子之间延伸；

其中所述主支路包括开关装置，其可被切换为在正常运行模式中选择性允许电流在所述主支路中流动，或在故障运行模式中使电流从所述主支路换向到所述辅支路，并且所述辅支路包括至少一个开关设备，所述或每个开关设备包括至少一个常通开关元件，所述辅支路进一步包括与所述或每个常通开关元件通信的控制单元，所述辅支路进一步包括与所述控制单元电耦接的电力抽取电路；