Dc網(wǎng)絡(luò)中的故障定位的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明申請(qǐng)涉及用于在DC電力傳輸網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)（200）中進(jìn)行幫助確定網(wǎng)絡(luò)中故障位置的故障防護(hù)的方法和裝置。該方法包括，在故障情況下，控制該網(wǎng)絡(luò)的至少一個(gè)限流元件（201、202）以便將故障電流流動(dòng)限制為低于第一電流電平，所述第一電流電平位于所述網(wǎng)絡(luò)在正常工作時(shí)的期望電流工作范圍內(nèi)，即安全電平。限流元件（201）可以是適合的電壓源變流器（101）或能夠限流的DC斷路器（202）。然后控制故障電流以維持非零電平的故障電流。然后由故障電流檢測模塊（203a?d）確定該網(wǎng)絡(luò)不同部分處的故障電流的特征。然后由故障電流模塊（203a?d）或控制系統(tǒng)（205）基于該網(wǎng)絡(luò)不同部分處的故障電流的所確定的特征，確定故障的位置。該特征可以包括電流的方向或極性。在一些實(shí)施例中，這些限流元件可以對(duì)故障電流施加在網(wǎng)絡(luò)上不同的AC調(diào)制，并且故障電流的特征可以包括此類調(diào)制的存在或缺失。
【專利說明】
DC網(wǎng)絡(luò)中的故障定位
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及用于識(shí)別和/或定位用于傳輸電力的DC(直流電）電網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)中的故障 的方法和裝置，具體來說涉及用于高壓DC(HVDC)供電電網(wǎng)中的故障定位和隔離的方法和裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] DC電力傳輸在多個(gè)不同應(yīng)用中被采用。HVDC對(duì)于長距離電力傳輸和/或互連以不 同頻率工作的交流電(AC)網(wǎng)絡(luò)尤其有用。由此第一站可以將電能通過DC傳輸線路，例如架 空線路或海底或埋設(shè)的電纜傳送到第二站。第一站可以通過從接收的AC輸入供電進(jìn)行轉(zhuǎn)換 來生成DC供電。第二站然后典型地提供從DC返回到AC的轉(zhuǎn)換。第一站和第二站中每一個(gè)因 此可以典型地包括用于從AC至DC或反之進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電壓源換流器(VSC)。
[0003] 在實(shí)際的DC電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中，將會(huì)有故障保護(hù)系統(tǒng)，其用于在導(dǎo)致實(shí)際低阻抗短 路的DC側(cè)故障事件中保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的組件。此類故障可能由于如絕緣擊穿、導(dǎo)體意外橋接等的 多種原因而發(fā)生，這可能潛在地導(dǎo)致高故障電流形成，這可能損壞HVDC變流器的組件和/或 傳輸網(wǎng)絡(luò)的其他組件。
[0004] 為了防止此類損壞，DC傳輸網(wǎng)絡(luò)可以包括一個(gè)或多個(gè)DC斷路器。用于HVDC傳輸?shù)?DC斷路器已有開發(fā)，并且W02013/127462或W02013/127463是DC電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中能夠采用的 適合斷路器的示例。在網(wǎng)絡(luò)中此點(diǎn)處形成高故障電流的情況下，這些斷路器能夠快速工作 將故障電流驅(qū)動(dòng)為〇,并斷開電路，并且由此防止或至少限制對(duì)網(wǎng)絡(luò)組件的損害。
[0005] 此外，VSC的一些設(shè)計(jì)能夠處理故障，并且在故障形成的情況下，能夠工作以阻隔 故障并將注入相關(guān)傳輸線路的電流快速地驅(qū)動(dòng)為〇。例如，在故障情況中可以使用多電平模 塊化變流器(MMC)來消除故障電流，該多電平模塊化變流器(MMC)具有基于全橋拓?fù)涞哪?塊。W02011/012174是能夠用于DC側(cè)進(jìn)行故障阻隔的適合MMC VSC的示例。
[0006] 最初，HVDC電力傳輸系統(tǒng)傾向于針對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)傳輸來實(shí)現(xiàn)，即僅從第一站到第二站。 然而，越來越多地，提出在網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)或DC電網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)HVDC電力傳輸，該網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)或DC電網(wǎng)包 括連接多于兩個(gè)電壓變流器的多個(gè)DC傳輸路徑。此類DC網(wǎng)絡(luò)在如從可再生源發(fā)電，如風(fēng)電 廠的應(yīng)用中很有用，其中可以有多個(gè)源，該多個(gè)源可以在地理上相距遙遠(yuǎn)和/或支持現(xiàn)有AC 傳輸能力，從而使得所說的智能電網(wǎng)能夠處理能量交易要求和多個(gè)發(fā)電源。
[0007] 在具有多個(gè)VSC的DC網(wǎng)絡(luò)中，在變流器之間具有多個(gè)連接路徑，可以利用多個(gè)故障 阻隔元件來實(shí)現(xiàn)一種故障保護(hù)系統(tǒng)，這些故障阻隔元件設(shè)成確保一個(gè)網(wǎng)絡(luò)部分上的故障能 夠與網(wǎng)絡(luò)其余部分隔離。例如，W02012/123015描述在DC電網(wǎng)上可以如何將多個(gè)VSC連接到 DC傳輸線路，這些DC傳輸線路可以一起連接在變電站中以及可以提供DC斷路器以使一個(gè)傳 輸線路上的故障能夠快速地與網(wǎng)絡(luò)的其余部分隔離。該文獻(xiàn)還描述可以將DC電網(wǎng)劃分成不 同的區(qū)域以及可以使用限流器以在清除故障的同時(shí)限制在故障情況下多個(gè)區(qū)域之間的故 障電流流動(dòng)。
[0008] HVDC斷路器技術(shù)已顯著地發(fā)展，并且當(dāng)代DC斷路器和/或具有故障阻隔能力的VSC 能夠非?？焖俚毓ぷ饕钥赡艿匾约s數(shù)毫秒計(jì)的時(shí)間標(biāo)度上或更快地將故障電流驅(qū)動(dòng)為0。 這種快速操作在減少高故障電流導(dǎo)致的任何損壞的可能性上可以獲益，但是這在DC網(wǎng)絡(luò)的 控制和保護(hù)系統(tǒng)能夠定位網(wǎng)絡(luò)中故障位置方面產(chǎn)生挑戰(zhàn)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的實(shí)施例由此涉及允許確定DC網(wǎng)絡(luò)中故障位置的方法和裝置。
[0010]由此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種在DC電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行故障定位的方法，其包括： 在故障情況下，控制該網(wǎng)絡(luò)的至少一個(gè)限流元件以便將故障電流流動(dòng)限制為低于第一 電流電平，該第一電流電平位于網(wǎng)絡(luò)在正常工作時(shí)的期望電流工作范圍內(nèi)； 控制所述至少一個(gè)限流元件以將非零電平的故障電流維持在低于所述第一電流電平 的電平； 確定網(wǎng)絡(luò)的不同部分處的所述故障電流的特征；以及 基于網(wǎng)絡(luò)的不同部分處的所述故障電流的所確定的特征來確定故障的位置。
[0011] 因此，響應(yīng)于故障，本發(fā)明的方法施加限流以將故障電流流動(dòng)減少為低于第一電 平，該第一電平位于網(wǎng)絡(luò)在正常工作時(shí)的期望電流工作范圍內(nèi)。換言之，將故障電流減小到 不可能導(dǎo)致?lián)p壞網(wǎng)絡(luò)的安全電平。然而，并非盡可能快地將故障電流驅(qū)動(dòng)到〇的常規(guī)方法， 而是將故障電流維持在此低電平一段時(shí)間。通過在故障情況中維持低但非零電流，可以利 用故障狀況期間網(wǎng)絡(luò)中電流的特征來確定有關(guān)故障位置的信息。
[0012] 在一些實(shí)施例中，確定故障電流的特征可以包括確定網(wǎng)絡(luò)不同部分處的故障電流 的極性或方向。確定故障的位置可以包括確定其中電流極性或方向改變的網(wǎng)絡(luò)部分。附加 地或備選地，確定網(wǎng)絡(luò)不同部分處的故障電流的特征可以包括確定網(wǎng)絡(luò)不同部分處的差分 電流。
[0013] 在一些實(shí)施例中，可以控制至少一個(gè)限流元件以對(duì)所述故障電流施加預(yù)定調(diào)制。 換言之，故障電流可以不維持在恒定電平，但是可以施加預(yù)設(shè)的調(diào)制，如具有特征頻率的AC 調(diào)制。確定故障電流的特征然后可以包括監(jiān)視所述預(yù)定調(diào)制的存在或缺失。位于不同網(wǎng)絡(luò) 部分處的多個(gè)限流元件可以各控制成對(duì)故障電流施加具有特征頻率的預(yù)定調(diào)制，其中至少 一些限流元件控制成施加具有彼此不同的特征頻率的調(diào)制。確定故障電流的特征然后可以 包括監(jiān)視所述不同特征頻率的存在或缺失。
[0014] 可以將非零電平的故障電流維持在低于所述第一電流電平的電平處持續(xù)第一時(shí) 間窗口，該第一時(shí)間窗口可以具有預(yù)定持續(xù)時(shí)間或可以在生成指示故障位置已確定的控制 信號(hào)時(shí)結(jié)束。在該第一時(shí)間窗口結(jié)束時(shí)，該至少一個(gè)限流元件可以控制成將故障電流減小 至 IJ0。
[0015] 在確定故障的位置之后，可以開啟一個(gè)或多個(gè)斷路器以將包含故障的網(wǎng)絡(luò)部分從 網(wǎng)絡(luò)其余部分?jǐn)嚅_。
[0016] 在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)限流元件包括電壓源變流器的一部分。附加地或備選 地，至少一個(gè)限流元件可以包括能以限流模式工作的DC斷路器。
[0017] 本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例還涉及一種故障控制系統(tǒng)。由此，在本發(fā)明的的另一個(gè)方面 中，提供一種用于DC電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的故障控制系統(tǒng)，其包括： 位于網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)限流元件，該或每個(gè)限流元件配置成，在故障情況下將故障電 流流動(dòng)限制于第一電流電平以下，該第一電流電平位于網(wǎng)絡(luò)在正常工作時(shí)的期望電流工作 范圍內(nèi)，并且將非零電平的故障電流維持在低于所述第一電流電平的電平； 位于網(wǎng)絡(luò)不同部分處的多個(gè)故障電流檢測模塊，用于確定所述故障電流的特征；以及 控制器，用于基于網(wǎng)絡(luò)不同部分處的所述故障電流的所確定的特征來確定故障的位 置。
[0018] 本發(fā)明此方面的故障控制系統(tǒng)可以以與上文結(jié)合本發(fā)明的第一方面論述全部相 同的方式工作并且提供全部相同的優(yōu)點(diǎn)。
[0019] 具體來說，該故障電流檢測模塊可以配置成確定故障電流的極性或方向，以及該 控制器可以配置成通過確定其中電流的極性或方向改變的網(wǎng)絡(luò)部分來確定故障的位置。在 一些實(shí)施例中，該故障電流檢測模塊可以配置成確定網(wǎng)絡(luò)不同部分處的差分電流。
[0020] 至少一個(gè)限流元件可以配置成對(duì)位于低于所述第一電流電平的電平處的所述非 零電平的故障電流施加預(yù)訂調(diào)制。該故障電流檢測模塊可以配置成監(jiān)視所述預(yù)定調(diào)制的存 在或缺失。該預(yù)定調(diào)制可以具有特征頻率。在一些實(shí)施例中，位于不同網(wǎng)絡(luò)部分處的多個(gè)限 流元件可以配置成將具有特征頻率的預(yù)定調(diào)制施加到該故障電流，其中至少一些限流元件 配置成施加具有彼此不同特征頻率的調(diào)制。在此情況中，這些故障電流檢測模塊可以配置 成監(jiān)視不同特征頻率的存在或缺失。
[0021] 至少一個(gè)限流元件可以配置成將非零電平的故障電流維持在低于所述第一電流 電平的電平處持續(xù)第一時(shí)間窗口，該第一時(shí)間窗口可以具有預(yù)定持續(xù)時(shí)間或該控制器可以 配置成在故障位置已確定時(shí)生成控制信號(hào)以及該第一時(shí)間窗口在所述控制信號(hào)生成時(shí)結(jié) 束。在該第一時(shí)間窗口結(jié)束時(shí)，該至少一個(gè)限流元件可以配置成將故障電流減小到0。
[0022] 該系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或多個(gè)斷路器，以及一旦確定故障位置，則該控制器可以 控制一個(gè)或多個(gè)斷路器將包含故障的網(wǎng)絡(luò)部分從網(wǎng)絡(luò)其余部分?jǐn)嚅_。
[0023] 該控制器可以形成故障電流檢測模塊的至少一部分以及每個(gè)故障電流檢測模塊 均可以包括控制器。但是，在一些實(shí)施例中，該控制器對(duì)于該故障電流檢測模塊可以是分開 的。
[0024] 至少一個(gè)限流元件可以包括電壓源變流器部分和/或至少一個(gè)限流元件可以包括 能以限流模式工作的DC斷路器。
[0025] 雖然能以限流模式工作的DC斷路器或電壓源變流器是公知的，但是配置成維持低 但是非零故障電流并對(duì)故障電流施加預(yù)定調(diào)制以便協(xié)助故障定位的限流元件代表本發(fā)明 的又一個(gè)方面。由此，在本發(fā)明的又一個(gè)方面中，提供一種用于DC電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的限流裝 置，其包括： 多個(gè)串聯(lián)模塊，所述模塊中每一個(gè)包括采用限流工作模式能夠選擇性地連接以提供限 流的至少一個(gè)元件； 用于控制所述模塊的控制器，該控制器配置成： 在故障情況下，激活該限流工作模式以便將流經(jīng)該限流裝置的故障電流限制為低于第 一電流電平； 將非零電平的故障電流維持在低于所述第一電流電平的電平；以及 選擇性地連接和斷開所述模塊的限流元件以對(duì)故障電流施加預(yù)定調(diào)制。
[0026] 該預(yù)定調(diào)制可以具有特征頻率。該限流裝置可以包括能以限流模式工作的DC斷路 器或可以包括電壓源變流器的一部分。
[0027] 用于此類限流器的控制器連同控制此類限流裝置的方法可以視為本發(fā)明的另一 個(gè)方面。
[0028] 本發(fā)明的方面還在于用于確定DC網(wǎng)絡(luò)中故障的位置的控制裝置。由此，在本發(fā)明 的的另一個(gè)方面中，提供一種用于DC電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中的故障防護(hù)的控制裝置，其包括:控制 器，所述控制器配置成在故障狀況期間從多個(gè)故障電流監(jiān)視模塊中每一個(gè)接收故障電流的 特征的指示，并且由所述故障電流的所述特征來確定該網(wǎng)絡(luò)中故障的位置。
[0029] 該特征可以是電流的測量。該控制器可以由所述電流的測量確定故障電流的相對(duì) 方向或極性。備選地，該控制器可以從這些故障電流監(jiān)視模塊接收故障電流的相對(duì)方向或 極性的指示。在任一情況中，該控制器均可以由所述電流的方向或極性來確定故障的位置。 附加地或備選地，該控制器可以配置成識(shí)別故障電流中的一個(gè)或多個(gè)特征頻率并使用此類 特征頻率的存在和/或缺失來確定故障的位置。
【附圖說明】
[0030] 現(xiàn)在將參考附圖僅以示例方式描述本發(fā)明，其中： 圖1圖示DC網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)示例； 圖2圖示DC網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的故障防護(hù)系統(tǒng)的實(shí)施例； 圖3圖示可以如何控制故障電流的一個(gè)實(shí)施例； 圖4圖不可以如何控制故障電流的另一個(gè)實(shí)施例； 圖5圖示可以形成VSC-部分的適合限流裝置的原理； 圖6圖示能以限流模式工作的適合DC斷路器的原理； 圖7圖示故障防護(hù)模塊可以如何應(yīng)用處理以檢測特征電流頻率;以及 圖8圖示可用于檢測故障電流的特征頻率的濾波器組。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 圖1圖示DC網(wǎng)絡(luò)100的一個(gè)示例。多個(gè)電壓源變流器(VSC) 101經(jīng)多個(gè)DC傳輸路徑彼 此連接，這些DC傳輸路徑可以包括如架空電力線路、海底或埋設(shè)的電纜等的傳輸線路。在下 文示例中，將多種傳輸路徑通稱為DC線路，此術(shù)語應(yīng)涵蓋任何類型的DC傳輸路徑，例如架空 線路和海底或埋設(shè)的電纜。DC線路的至少一部分還可以包括供電站或變電站或網(wǎng)絡(luò)的其他 部分內(nèi)的傳輸路徑。圖1圖示放射型網(wǎng)絡(luò)的示例，其中將鏈接VSC、DC線路1-4的不同的DC線 路連接在一起。當(dāng)然要認(rèn)識(shí)到，這僅僅是一個(gè)說明性示例，并且變流器和連接路徑的數(shù)量可 以具體根據(jù)應(yīng)用有所變化以及存在許多其他網(wǎng)絡(luò)配置。
[0032] DC網(wǎng)絡(luò)100還包括用于在故障情況下保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)故障防護(hù)元件。在附圖中100 所示的示例中，DC斷路器102a-d位于不同DC線路之間的連接處。此外，還可以有與每個(gè)DC線 路關(guān)聯(lián)的故障防護(hù)元件。例如，VSC 101可以具有故障阻隔能力，例如它們可以是全橋MMC類 型的，其能夠在故障情況中將電流驅(qū)動(dòng)為〇,或包括用于限流的故障模塊，和/或可以在給定 DC線路上提供附加DC斷路器102e-f。
[0033]在故障情況下，在DC線路之一上存在至地線的實(shí)際短路的DC網(wǎng)絡(luò)中，即網(wǎng)絡(luò)的至 少一部分中的電流上升，這會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的該部分中的故障防護(hù)元件激活。HVDC網(wǎng)絡(luò)中的常 規(guī)方法是通過將故障電流，即故障情況中流動(dòng)的電流驅(qū)動(dòng)為O來盡可能快地清除故障，以使 能夠?qū)⒐收宵c(diǎn)處的損壞減到最小。但是，先前描述的故障防護(hù)兀件，例如全橋MMC和DC斷路 器，能夠在僅數(shù)毫秒內(nèi)消除DC故障電流。本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，盡可能快地清除故障的常規(guī)方 法可能在DC電網(wǎng)的故障防護(hù)系統(tǒng)在嘗試確認(rèn)故障所在（即線路或電纜上哪部分）以便能夠 隔離電網(wǎng)的受影響部分以及其余健康部分恢復(fù)工作時(shí)造成問題。本質(zhì)上，當(dāng)代的DC斷路器 或故障阻隔變流器工作快到使得控制和防護(hù)系統(tǒng)只有非常少的時(shí)間推斷故障所在，然后斷 路器就中斷故障電流，這樣實(shí)際上銷毀了證據(jù)。
[0034] 本發(fā)明的實(shí)施例因此利用能夠在故障情況中提供限流的故障防護(hù)元件。在檢測到 故障時(shí)，這些故障防護(hù)元件提供快速限流以將故障電流限制為低但是非零的電平，此電平 足夠低以使故障電流的任何損害影響被減小或消除，但是其具有能夠被監(jiān)視的可檢測特征 以使故障位置能夠被檢測到?？梢詫⒐收想娏飨拗茷榈陀诘谝活A(yù)定電流電平，該第一預(yù)定 電流電平位于網(wǎng)絡(luò)的正常工作電流范圍內(nèi)。由此，通過確保故障電流低于第一電平，將其約 束于應(yīng)該不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)組件導(dǎo)致任何損壞的電平。在一些實(shí)施例中，該第一電流電平本身可 以是相對(duì)較低的電流電平，例如，低于正常工作中的期望電流電平，并且因此可以將故障電 流控制為具有低于網(wǎng)絡(luò)正常工作的低電平。但是，將故障電流的電平控制為足夠高到可被 檢測到。
[0035] 該DC網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的故障電流檢測模塊然后可以監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的不同部分處的限流的故障 電流的特征，以便確定網(wǎng)絡(luò)中故障的位置，至少確定到故障電流檢測模塊限定的多個(gè)不同 區(qū)域內(nèi)。一旦確定了故障位置，則可以將故障電流驅(qū)動(dòng)到零，并將網(wǎng)絡(luò)的受影響部分從網(wǎng)絡(luò) 的其余部分?jǐn)嚅_。如果可能，則可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)的健康部分重新啟動(dòng)正常工作。
[0036] 圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的DC網(wǎng)絡(luò)200的一個(gè)示例。圖2同樣示出與圖1所示相 似的放射型網(wǎng)絡(luò)。但是，同樣地，將認(rèn)識(shí)到，也可以實(shí)現(xiàn)其他網(wǎng)絡(luò)配置，并且將理解，本發(fā)明 的原理普遍性地可應(yīng)用于任何DC網(wǎng)絡(luò)。
[0037]該DC網(wǎng)絡(luò)的DC線路同樣通過DC斷路器102a_d彼此連接。但是，在本實(shí)施例中，這些 斷路器僅在已確定故障的位置之后才全面工作以完全斷開，即，中斷相關(guān)電路連接，以及僅 將網(wǎng)絡(luò)的故障部分?jǐn)嚅_所需的那些斷路器可以全面工作以中斷電路。為了能夠確定故障電 流，該DC網(wǎng)絡(luò)包括用于在故障情況中應(yīng)用限流的限流元件和用于根據(jù)限流的故障電流的特 征來確定故障位置的故障電流檢測模塊。
[0038]在圖2所示的實(shí)施例中，每個(gè)VSC 101設(shè)有故障電流限制系統(tǒng)201。正如上文提到 的，具有限流能力的VSC是公知的。VSC的適合故障模塊的一個(gè)示例在W02011/012174有所描 述，其內(nèi)容通過引用并入本文，但是將認(rèn)識(shí)到，還可以使用其他設(shè)計(jì)。由此，可以包括例如 VSC的故障模塊和/或相關(guān)控制系統(tǒng)的VSC 101的限流系統(tǒng)201能夠控制故障電流以便在故 障情況中限制故障電流?？梢钥刂芕SC以將故障電流向下驅(qū)動(dòng)到低但是非零的電平，然后將 電流限制在期望的電平持續(xù)一段時(shí)間。由此，VSC的限流系統(tǒng)201可以配置成允許特征故障 電流流動(dòng)以便能夠執(zhí)行故障定位，然后才將故障電流驅(qū)動(dòng)到零。這意味著相關(guān)DC斷路器 102a-d能夠工作以僅中斷隔離網(wǎng)絡(luò)的故障部分所需的位置中的電路。
[0039]在一些實(shí)施例中，作為使用VSC控制故障電流的補(bǔ)充或替代，可以有限流元件202， 其可以是例如DC線路上的能以限流模式工作的DC斷路器。還能夠以限流模式工作的DC斷路 器是公知的。能夠采用的適合DC斷路器的示例在W02013/127462或W02012/127463中有所描 述，其內(nèi)容通過引用并入本文。其他設(shè)計(jì)的DC斷路器也是公知的，并且可以被采用。此類DC 斷路器可以工作以控制從VSC注入網(wǎng)絡(luò)的故障電流，并且可以工作以如描述的相似方式控 制故障電流。
[0040]在一些實(shí)施例中，DC線路之間的DC斷路器102a-d還能夠提供限流。
[0041 ] 雖然如W02013/127462或W02012/127463中描述的DC斷路器能夠用作完全DC斷路 器，并且還能以限流模式來使用并由此實(shí)現(xiàn)兩種功能。在以一些實(shí)施例中，如果期望的話， 可以將單獨(dú)的限流元件與DC斷路器的至少其中之一串聯(lián)來提供。例如，可以將限流元件204 與斷路器102a串聯(lián)來提供?？梢蕴峁┰撓蘖髟H來提供限流并且還可以不實(shí)現(xiàn)完全DC斷 路器的功能。在此類實(shí)施例中，如果限流元件204能夠提供全部所需的限流，則使用沒有限 流功能性的DC斷路器102a是可能的。備選地，DC斷路器102a能夠提供某種限流功能性，且附 加的限流元件204提供用于例如允許對(duì)受限的故障電流進(jìn)行調(diào)制的附加限流。
[0042]網(wǎng)絡(luò)中還提供故障電流檢測模塊203a_d。在此實(shí)施例中，將故障電流檢測模塊與 DC斷路器102a-d關(guān)聯(lián)。一般，網(wǎng)絡(luò)中DC斷路器的位置能夠?qū)⑾薅ㄒ罁?jù)所需故障定位而定的 粒度的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)部分?jǐn)嚅_。由此可以有與DC斷路器關(guān)聯(lián)的故障電流檢測模塊。由此，如果存 在附加DC斷路器202,則可以有關(guān)聯(lián)的故障電流檢測元件203。但是，在一些實(shí)例中，可能期 望有附加故障電流檢測元件203,用于例如監(jiān)視VSC 101控制的故障電流，因?yàn)榭梢杂兄?縮小范圍到DC線路中發(fā)生故障的一段。
[0043] 這些故障電流檢測模塊監(jiān)視故障電流的特征以及控制器確定有關(guān)故障位置的信 息。在一些實(shí)施例中，故障電流檢測模塊203a_d可以配置成與至少其相鄰故障電流檢測模 塊通信，并且基于故障電流的特征的檢測來控制其相應(yīng)DC斷路器102a_d。換言之，用于確定 故障位置的控制器至少有關(guān)于給定故障電流檢測模塊可以在一個(gè)或多個(gè)模塊本身中實(shí)現(xiàn)。 但是，在一些實(shí)施例中，故障防護(hù)控制系統(tǒng)205包括適合控制器，其可以設(shè)成與故障電流檢 測模塊203a-d的至少其中一些通信。
[0044] 圖3圖示在故障情況期間可如何控制故障電流。圖3圖示DC網(wǎng)絡(luò)中給定位置處相對(duì) 于時(shí)間的電流，例如限流元件控制的電流。最初，在時(shí)間11之前，DC網(wǎng)絡(luò)正在正常工作，以及 電流處于正常工作電平11處。當(dāng)然，將認(rèn)識(shí)到的，在實(shí)際中，正常工作電流可能在某些期望 的極限內(nèi)變化，但是為了容易解釋，將認(rèn)為存在相對(duì)恒定的穩(wěn)態(tài)電流。在時(shí)間tl處，網(wǎng)絡(luò)中 產(chǎn)生故障，這導(dǎo)致電流中的上升。在點(diǎn)t2處，此電流變得足夠高而指示故障，并導(dǎo)致限流元 件工作，例如可以在與限流DC斷路器關(guān)聯(lián)的控制電路內(nèi)生成命令開啟該斷路器并開始限流 或限制注入VSC的電流。該限流元件將花費(fèi)短暫時(shí)間響應(yīng)，并由此故障電流將繼續(xù)上升。但 是，在t3處，該限流元件開始減小故障電流，并由此在時(shí)間t3處的電流因此表示峰值故障電 流。這些限流元件因此促使故障電流減小，直到在時(shí)間t4處達(dá)到電流電平12為止。在本示例 中，限流的電流電平12比正常工作電流11低，這意味著對(duì)系統(tǒng)的導(dǎo)電部分的壓力回到正常 工作極限內(nèi)。
[0045] 正如上文提到的，這些限流元件可以包括先前提到的類型的DC斷路器和/或故障 阻隔VSC。因此，在tl與t4之間的時(shí)段中故障防護(hù)電路響應(yīng)故障的操作可以大致與常規(guī)故障 防護(hù)系統(tǒng)的響應(yīng)相同。因此，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)故障的響應(yīng)與常規(guī)方法一樣快，并且時(shí)間t3處 達(dá)到的峰值電流盡可能的低。但是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，一旦將故障電流減小到安全但是 非零電平時(shí)，則將其維持在此電平處或附近持續(xù)時(shí)間窗口 wl。在用于故障防護(hù)的常規(guī)方法 中，在時(shí)間t5處故障電流將被驅(qū)動(dòng)到零，如點(diǎn)劃線所指示的。
[0046]時(shí)間窗口 wl應(yīng)足夠長以便允許故障電流檢測模塊監(jiān)視此"痕跡"電流的特征，即， 時(shí)間窗口 wl期間維持的故障電流。一旦確定了故障位置，則可以在時(shí)間t6處將故障電流驅(qū) 動(dòng)到零。時(shí)間窗口 wl可以是預(yù)計(jì)足夠長以用于精確故障定位或可將故障電流維持直到來自 故障電流檢測模塊203和/或故障防護(hù)控制系統(tǒng)205的控制信號(hào)指示已確定故障位置為止的 固定時(shí)間段。
[0047]在一些實(shí)施例中，故障電流檢測模塊203可以配置成執(zhí)行差分電流監(jiān)視和/或方向 比較。在一個(gè)實(shí)施例中，限流的故障電流(即"痕跡"電流)的極性，即方向可以作為用于確定 故障位置的特征。
[0048]再次參考圖2,考慮如圖指示的DC線路3上形成故障。VSC 101的限流系統(tǒng)201和/或 限流DC斷路器202(如果存在的話)將如上文描述地工作以將該網(wǎng)絡(luò)部分處的峰值故障電流 減到最小并快速將故障電流減小到電平12。在此點(diǎn)處，流到故障點(diǎn)的故障電流可能由網(wǎng)絡(luò) 中的多種源提供。圖2中的灰色箭頭指示電流在網(wǎng)絡(luò)中可能如何流動(dòng)。由此，電流可能從DC 線路1以及也可能從DC線路2向故障點(diǎn)流動(dòng)。流經(jīng)故障電流檢測模塊203b的電流因此將包括 這兩個(gè)電流的分量，并且電流的方向?qū)⑹菑腄C線路2到DC線路3。這可以視為第一方向上的 電流，將稱為順流。還將有從DC線路4流到DC線路3的電路，因此經(jīng)故障電流檢測元件203c的 電流可以標(biāo)識(shí)為在反方向上流動(dòng)，即，逆流電流。因此，使用電流的相對(duì)方向或極性可以被 用于確定故障位于該故障電流檢測模塊所在的特定DC線路的逆流還是順流。
[0049]每個(gè)故障電流檢測模塊203a_d因此可以確定該位置處的任何電流的特征極性，并 生成適合的控制信號(hào)C1-C4。此控制信號(hào)可以至少傳遞到相鄰故障電流檢測模塊，以便能夠 檢測故障的位置和/或傳遞到故障防護(hù)控制系統(tǒng)205以便能夠檢測故障的位置。一旦確檢測 至I做障的位置，則可以將故障電流驅(qū)動(dòng)到零，并向相關(guān)DC斷路器發(fā)出控制信號(hào)CTR，在本示 例中為102b和102c，以便隔離網(wǎng)絡(luò)的受影響部分。然后可以禁用DC線路3上的VSC，而網(wǎng)絡(luò)其 余部分上的VSC可以恢復(fù)正常工作而不進(jìn)行限流。
[0050] 在一些實(shí)施例中，可以由限流元件以幫助故障位置位檢測的特征方式來調(diào)制受控 的故障電流。例如，可以將AC分量調(diào)制到受控故障電流上。AC分量可以具有特征頻率，以及 網(wǎng)絡(luò)的不同部分處的限流元件可以設(shè)為施加不同的特征頻率以便能夠進(jìn)行故障位置確定。
[0051] 圖4圖示故障情況中隨時(shí)間控制故障電流以提供特征AC分量的原理。圖4示出給定 限流模塊的相對(duì)于時(shí)間的故障電流。發(fā)生故障所在的時(shí)間tl與將故障電流限制于期望的安 全但非零電平所在的t4之間的初始控制與先前描述相同。但是，在t4處，將限流器控制為使 故障電流的電平按如數(shù)十Hz的特征頻率變化?？梢詫⒐收想娏髡{(diào)制在DC電平12附近，DC電 平12低于網(wǎng)絡(luò)的正常工作電流。在一些實(shí)施例中，調(diào)制中允許的最大故障電流可以低于正 常工作電流11。同樣地，在確定了故障電流位置之后，可以消除故障電流，并且可以開啟相 關(guān)DC斷路器以隔離網(wǎng)絡(luò)的受影響部分。
[0052]正如上文提到的，不同網(wǎng)絡(luò)部分處的限流元件可以設(shè)為提供不同特征頻率的受控 電流。因此，再次參考圖2,考慮與DC線路1關(guān)聯(lián)的組件，例如VSC的限流元件201將AC分量引 入到第一頻率，如15 Hz的受控電流中。流經(jīng)故障電流檢測模塊203a的電流In由此將具有DC 分量以及還具有第一頻率的AC分量?，F(xiàn)在考慮與DC線路2關(guān)聯(lián)的組件將AC引入到第二頻率， 如25Hz的DC線路中的受控電流If 2中，第二頻率不同于第一頻率。流經(jīng)故障電流檢測模塊 203b的電流因此將具有DC分量以及還具有同時(shí)來自的AC分量，即將有第一和第二 頻率，15 Hz和25 Hz的AC分量。來自第三和第四DC線路的分量可以分別引入第三和第四特 征頻率，如35 Hz和45 Hz的AC分量，第三和第四特征頻率不同于第一和第二頻率。流經(jīng)故障 電流檢測模塊203c的電流IF4將包含第四頻率，45Hz的分量。由此，第一、第二和第三頻率的 AC分量將被故障電流檢測模塊203a-d的至少其中之一檢測到。但是，由于第三DC線路上的 故障電流直接流到故障點(diǎn)，所以第三特征頻率，例如35 Hz的分量將不會(huì)被故障電流檢測模 塊203a-d中任一個(gè)檢測到。因此，可以利用特征頻率的存在和/或缺失來確定故障的位置。 可以使用檢測AC分量作為檢測受控故障電流的DC分量的補(bǔ)充或替代。
[0053]給定限流元件能夠工作以調(diào)制故障電流的速度，可以針對(duì)特定應(yīng)用選擇特定頻率 的AC調(diào)制?？梢栽诳蓹z測的范圍中選擇這些頻率，并且最低頻率分量可以部分地由精確檢 測此類頻率所需的時(shí)間決定。這些頻率還可以選為使得網(wǎng)絡(luò)給定部分處使用的每個(gè)特征頻 率對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的該部分是唯一的且還不同于任何兩個(gè)頻率之間的頻率差，以便避免與拍頻效 應(yīng)混淆，從而可以簡化所使用的處理。
[0054]因此，可以看到，較之于通過將變流器電流驅(qū)動(dòng)到零實(shí)際地將DC網(wǎng)絡(luò)與所有能量 源斷開，使小的受控電流饋入故障位置，將有助于網(wǎng)絡(luò)故障防護(hù)設(shè)備精確地檢測故障元件 (例如，線路或母線)并將正確的斷路器跳閘。
[0055] 低受控故障電流的電平和任何AC分量的頻率應(yīng)該使得故障點(diǎn)上的網(wǎng)絡(luò)電容放電 導(dǎo)致的高頻振蕩（"振鈴"）與低受控故障電流之間進(jìn)行判別成為可能。故障電流的DC和/或 AC分量可以使用適合的濾波器來提取。例如，可以使用低通濾波器布置來提取故障電流的 DC分量，和/或可以使用包括高通濾波器和/或一個(gè)或多個(gè)調(diào)諧帶通濾波器或多個(gè)調(diào)諧陷波 濾波器(或其組合）的濾波器布置來提取AC分量及其相應(yīng)的頻率。將認(rèn)識(shí)到，高通濾波器可 以輸出包含若干不同頻率的復(fù)數(shù)電流信號(hào)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道有多種良好構(gòu)建的數(shù)學(xué) 信號(hào)處理方法可用，其能夠基于例如復(fù)數(shù)波形的傅立葉分析來提取個(gè)別頻率分量。這些故 障電流檢測模塊由此可以包括用于確定AC頻率和/或DC電流電平和極性的一個(gè)或多個(gè)濾波 器和一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理模塊。在一些實(shí)施例中，該故障電流檢測模塊可以包括用于確定 AC特質(zhì)頻率信息和/或受控故障電流的DC分量的方向或極性的DC電流互感器(DCCT)。
[0056] 具體信號(hào)處理技術(shù)的選擇將取決于所使用的AC頻率的具體值。在最簡單的情況 中，與每個(gè)DC線路關(guān)聯(lián)的頻率將是某個(gè)基準(zhǔn)頻率的倍數(shù)： 其中FBBn是與DC線路"η"關(guān)聯(lián)的頻率，F(xiàn)base是基準(zhǔn)頻率，以及kn是大于1的整數(shù)，其對(duì)于 每個(gè)DC線路是唯一的。在此情況中，所有頻率表示為基準(zhǔn)頻率的諧波，并且因此在時(shí)間窗口 Tbase = 1/Fbase上是正交的（即，沒有相互影響）。這種正交性屬性允許常規(guī)頻譜分析，如快速 傅立葉變換(FFT)的應(yīng)用。圖7圖示來自每個(gè)故障防護(hù)模塊203a-c的電流信號(hào)可以利用移動(dòng) FFT在等于T base = 1/Fbase的時(shí)間窗口上進(jìn)行處理。圖7圖示可以產(chǎn)生的結(jié)果電流頻譜，并且 示出還能夠從FFT輸出中取出故障電流的DC分量。對(duì)于圖3所示的示例，所有電流信號(hào)中缺 失第三特征頻率F 3的任何AC分量，這指示DC線路3上故障。
[0057] 在這種處理方案中，基準(zhǔn)頻率的選擇規(guī)定FFT窗口的長度。例如，如果基準(zhǔn)頻率是 IOHz，則FFT窗口的長度將是100 ms，這意味著故障防護(hù)模塊將需要至少100 ms才能檢測到 故障導(dǎo)致的瞬變之后的新穩(wěn)態(tài)信號(hào)，即，在故障瞬變之后將耗時(shí)至少100 ms才能確定位置 信息。在如IOHz的基準(zhǔn)頻率下，與每個(gè)DC線路關(guān)聯(lián)的特征頻率可以選自20Hz、30Hz、40Hz、 50Hz等的范圍。代之以使用20 Hz的基準(zhǔn)頻率，則故障檢測的最小響應(yīng)時(shí)間將減小到故障之 后50 ms，但是每個(gè)DC線路的特征頻率需要進(jìn)一步間隔開，即40Hz、60Hz、80Hz、IOOHz等。因 此，可以通過考慮檢測電流特征時(shí)的響應(yīng)速度以及可以使用的特征頻率的范圍上的任何約 束來確定基準(zhǔn)頻率的選擇。
[0058]將每個(gè)DC線路的特征頻率選為某個(gè)基準(zhǔn)頻率的倍數(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)在于，可能發(fā)生所 說的"拍頻效應(yīng)"，由此，例如30 Hz和50 Hz信號(hào)的組合可能會(huì)被視為按10 Hz頻率調(diào)制的40 Hz正弦波。拍頻效應(yīng)的存在也許不會(huì)負(fù)面地影響上文的處理，因?yàn)椴捎昧碎LFFT窗口。但是， 如果由于某些其他考慮不期望有拍頻效應(yīng)，則應(yīng)該將DC線路的特征頻率選為使得它們都不 等于任何兩個(gè)其他頻率的平均值，例如15Hz、25Hz、35Hz、45Hz等。對(duì)于此示例頻率選擇，為 了使用如上文描述的相同F(xiàn)FT技術(shù)，F(xiàn)FT窗口的持續(xù)時(shí)間將是200 ms(根據(jù)5 Hz的等效基準(zhǔn) 頻率）。在一些應(yīng)用中，這種用于故障防護(hù)模塊確定故障位置信息的響應(yīng)時(shí)間可能不可接受 地慢。在此情況中，可以使用低通濾波器，如FIR或IIR濾波器來提取故障電流的DC分量，連 同對(duì)應(yīng)于DC線路的具體特征頻率調(diào)諧的一個(gè)或多個(gè)帶通濾波器，例如，帶通FIR或IIR濾波 器，如圖8所示。在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，將所需的頻率響應(yīng)特征與組延遲響應(yīng)進(jìn)行平衡，這樣很大 程度上將定義用于確定故障位置信息的響應(yīng)時(shí)間。
[0059]在其中將故障電流控制成使得變流器僅產(chǎn)生低電平DC故障電流（即，沒有任何顯 著AC分量)的實(shí)施例中，這僅將有利于使用基于基爾霍夫電流定律的單元保護(hù)方案，例如差 分保護(hù)和方向?qū)Ρ确桨浮４祟悊卧Ｗo(hù)方案可以與典型地應(yīng)用于AC網(wǎng)絡(luò)上的那些方案類 似。
[0060] 其他非單元保護(hù)方案，例如，過流和距離方案也常見于在AC網(wǎng)絡(luò)中使用。此類保護(hù) 方案，其選擇方式基于網(wǎng)絡(luò)的阻抗特征，與僅是DC電流的受控故障電流一起使用不是很有 效。此類非單元保護(hù)方案需要受控故障電流包含某種AC分量，從而傳輸線路的電感阻抗能 夠影響電壓和電流測量。但是，正如上文提到的，可以控制故障電流以包含AC分量。由此，低 電平DC和AC故障電流的組合受控注入使得公知的嘗試并測試的AC網(wǎng)絡(luò)保護(hù)原理能夠應(yīng)用 于DC網(wǎng)絡(luò)的新領(lǐng)域。這依賴于將故障電流維持在比僅是盡可能快地清除故障所需的時(shí)間更 長。正如先前提到的，當(dāng)代故障阻隔VSC或DC斷路器能夠在數(shù)毫秒內(nèi)將故障電流減小到0。這 與其中最佳斷路器仍需約40-60 ms才能開啟的AC保護(hù)方案形成對(duì)比，其允許有設(shè)計(jì)完善的 數(shù)字保護(hù)繼電器有足夠時(shí)間以便典型地使用差分電流測量來推斷故障的位置。
[0061] 本發(fā)明實(shí)施例中確定故障位置所需的時(shí)間取決于所采用的策略以及受控故障電 流是單純DC還是包含某種AC分量。僅依賴于故障電流的DC分量的策略提供數(shù)十毫秒內(nèi)的精 確判別，例如10-20 ms內(nèi)。使用故障電流的AC分量的方案必須使關(guān)聯(lián)的頻率能夠被檢測到， 這需要至少半個(gè)信號(hào)周期（以及優(yōu)選地完整周期）。因此，位置判別可能稍微較慢，例如可能 需要約50-100 ms。
[0062] 正如上文提到的，可以利用至少一些VSC連接到DC網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)至少一些限流元件。 又如上文提到的，W02011/012174描述一種能夠用于提供限流的VSC的適合故障模塊。圖5圖 示VSC的適合限流模塊201。該模塊包括多個(gè)串聯(lián)的子模塊501，這些子模塊被連接以形成鏈 節(jié)(chain I ink)變流器，可以在變流器內(nèi)連接在AC和DC網(wǎng)絡(luò)之間或可以包括VSC模塊。圖5 中圖示三個(gè)此類子模塊501，但是實(shí)踐中可以有更多模塊。每個(gè)子模塊501包括電壓源，在本 示例中電壓源由通過兩對(duì)開關(guān)503在全橋布置中連接的電容器502來提供，在本示例中，每 個(gè)開關(guān)包括與反并聯(lián)二極管505連接的絕緣柵雙極晶體管（IGBT)504。
[0063] 該全橋開關(guān)布置使得每個(gè)子模塊的電容器能夠被選擇性地旁通或串聯(lián)以便提供 抵抗變流器驅(qū)動(dòng)電壓的電壓以便減小最終電流。該全橋布置意味著故障模塊能夠減小任一 方向上的電流。這些多個(gè)子模塊能夠各自被連接或旁通，并且可以控制個(gè)別子模塊以提供 變化的反向電壓，例如以便與可能正在驅(qū)動(dòng)電流的AC電壓匹配。該故障模塊可以是VSC的單 獨(dú)模塊，或?qū)τ谌珮騇MC VSC，可以在需要時(shí)使用MMS的模塊作為故障模塊。
[0064] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，這種故障模塊能夠以相同通用方式進(jìn)行控制，但是控制為 生成不完全消除變流器電流而是允許受控故障電流流動(dòng)的反向電壓。同樣地，通過改變連 接的子模塊的數(shù)量以便按照特征頻率的順序改變反向電壓，可以將該特征頻率的AC分量施 加到故障電流。電流的控制可以通過例如變流器中對(duì)故障點(diǎn)饋電的伺服控制器來實(shí)現(xiàn)。在 故障模塊實(shí)際通過變流器本身的元件，即MMC VSC的全橋模塊來提供的情況中，變流器的DC 電壓是控制因子。為了實(shí)現(xiàn)故障電流的恒定DC分量，變流器的DC電壓可以控制為0,但是其 中反饋項(xiàng)與測量電流與期望的目標(biāo)電流之差相關(guān)。
[0065] 正如上文提到的，可以通過如W02013/127462或W02012/127463中描述的能以限流 模式工作的DC斷路器來實(shí)現(xiàn)至少一些限流元件。圖6圖示能以限流模式工作的高電壓DC斷 路器的原理。該DC斷路器包括多個(gè)串聯(lián)的模塊601。圖6中圖示兩個(gè)模塊，但是實(shí)踐中可以有 更多個(gè)。
[0066] 模塊601具有兩個(gè)端。機(jī)械開關(guān)元件602,如真空斷路器，形成兩個(gè)端之間的第一路 徑。包括含反并聯(lián)二極管的IBGT的開關(guān)603還并聯(lián)在這些端之間，其提供至機(jī)械開關(guān)元件的 備選路徑，以及提供在機(jī)械開關(guān)元件斷開時(shí)選擇性地連接或旁通電容器604和變阻器605的 部件。還可以可選地有晶閘管606。在正常工作中，機(jī)械開關(guān)元件是閉合的（以及IBGT開路） 以及機(jī)械開關(guān)元件提供經(jīng)由模塊601的導(dǎo)通路徑。在故障情況中，IBGT導(dǎo)通以及電流開始流 經(jīng)IGBT。然后觸發(fā)機(jī)械開關(guān)元件開路。這導(dǎo)致電流從包含機(jī)械開關(guān)元件的路徑快速地完全 換向到包含IGBT的路徑。一旦機(jī)械開關(guān)元件完全開路，則IGBT斷開，這導(dǎo)致電容器604充電， 形成驅(qū)動(dòng)電壓的反向電壓。
[0067] 可以按與上文論述相似的方式形成讓串聯(lián)的此類模塊具有足夠反向電壓以阻止 電流流動(dòng)。故障電流的控制可以通過響應(yīng)于測量電流與期望的目標(biāo)電流之間的比較來選擇 性地插入或旁通可變數(shù)量的串聯(lián)DC斷路器單元來實(shí)現(xiàn)?？梢圆捎迷谠谛蛄兄袡C(jī)械開關(guān)開路 時(shí)選擇性地控制IGBT連接或旁通電容器604來調(diào)制故障電流。
[0068]當(dāng)然，將認(rèn)識(shí)到，有多種其他方式，可以在DC斷路器中或更一般性地在DC網(wǎng)絡(luò)中實(shí) 現(xiàn)限流，本發(fā)明的實(shí)施例可以利用任何適合的限流DC斷路器或通用限流器來實(shí)現(xiàn)。
[0069] 因此，一般地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于控制DC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行幫助確定故障位置的故 障防護(hù)的工作的方法和裝置。多個(gè)實(shí)施例涉及控制DC網(wǎng)絡(luò)的方法，例如該DC網(wǎng)絡(luò)具有用于 傳輸DC電力的多個(gè)互連的DC傳輸路徑。該網(wǎng)絡(luò)可以包括如用于調(diào)整DC電壓的VSC的電壓變 流器。該方法包括在故障情況下使用限流元件來將故障電流限制于安全但非零的電平，并 使用故障電流的特征來確定故障的位置。
[0070] 多個(gè)實(shí)施例還涉及用于DC網(wǎng)絡(luò)的故障防護(hù)裝置，其用于控制一個(gè)或多個(gè)限流元件 以便在故障情況中將DC網(wǎng)絡(luò)中的電流限制于安全但非零的電平且具有能夠?qū)崿F(xiàn)故障定位 的特征。此類實(shí)施例可以包括用于將特征調(diào)制應(yīng)用于受控故障電流的裝置。多種實(shí)施例還 涉及用于確定受控故障電流的特征以確定故障位置的裝置。
[0071]應(yīng)該注意上文所述的實(shí)施例說明而非限制本發(fā)明，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離 所附權(quán)利要求的范圍的前提下將能夠設(shè)計(jì)備選實(shí)施例。詞匯"包括"不排除存在權(quán)利要求中 列出的那些以外的元件或步驟，"一個(gè)"不排除多個(gè)，以及單個(gè)特征或其他單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán) 利要求中引述的若干單元的功能。權(quán)利要求中的任何引用符號(hào)不應(yīng)視為由此限制其范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在DC電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行故障定位的方法，其包括： 在故障情況下，控制所述網(wǎng)絡(luò)的至少一個(gè)限流元件以便將故障電流流動(dòng)限制為低于第 一電流電平，所述第一電流電平位于所述網(wǎng)絡(luò)在正常工作時(shí)的期望電流工作范圍內(nèi)； 控制所述至少一個(gè)限流元件以將非零電平的故障電流維持在低于所述第一電流電平 的電平； 確定所述網(wǎng)絡(luò)不同部分處的所述故障電流的特征；以及 基于網(wǎng)絡(luò)不同部分處的所述故障電流的所確定的特征來確定故障的位置。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述故障電流的所述特征包括確定所述網(wǎng)絡(luò)不 同部分處的故障電流的極性或方向。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中確定所述故障的位置包括確定其中電流的極性或方 向改變的網(wǎng)絡(luò)的部分。4. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中確定網(wǎng)絡(luò)不同部分處的所述故障電流的所述 特征包括確定所述網(wǎng)絡(luò)不同部分處的差分電流。5. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中控制所述至少一個(gè)限流元件以將非零電平的 故障電流維持在低于所述第一電流電平的電平包括，控制所述限流元件以對(duì)所述故障電流 施加預(yù)定調(diào)制。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中確定所述故障電流的所述特征包括監(jiān)視所述預(yù)定調(diào) 制的存在或缺失。7. 如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的方法，其中該預(yù)定調(diào)制具有特征頻率。8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述方法包括，控制位于所述網(wǎng)絡(luò)不同部分處的多個(gè) 限流元件，以便對(duì)所述故障電流施加具有特征頻率的預(yù)定調(diào)制，其中將至少一些限流元件 控制成施加具有彼此不同的特征頻率的調(diào)制。9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中確定所述故障電流的所述特征包括監(jiān)視所述不同特 征頻率的存在或缺失。10. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中持續(xù)第一時(shí)間窗口將所述非零電平的故障 電流維持在低于所述第一電流電平的電平。11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述第一時(shí)間窗口結(jié)束時(shí)，將所述至少一個(gè)限流 元件控制成將所述故障電流減小到〇。12. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其包括:在確定所述故障的位置之后，開啟一個(gè) 或多個(gè)斷路器以將包含所述故障的網(wǎng)絡(luò)的所述部分從所述網(wǎng)絡(luò)其余部分?jǐn)嚅_。13. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中至少一個(gè)限流元件包括電壓源變流器的一 部分。14. 如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中至少一個(gè)限流元件包括能以限流模式工作 的DC斷路器。15. -種用于DC電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的故障控制系統(tǒng)，其包括： 位于網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)限流元件，所述或每個(gè)限流元件配置成，在故障情況下，將故障 電流流動(dòng)限制為低于第一電流電平，所述第一電流電平位于位于所述網(wǎng)絡(luò)在正常工作時(shí)的 期望電流工作范圍內(nèi)，并且將非零電平的故障電流維持在低于所述第一電流電平的電平； 位于所述網(wǎng)絡(luò)不同部分處的多個(gè)故障電流檢測模塊，所述多個(gè)故障電流檢測模塊用于 確定所述故障電流的特征；以及 控制器，所述控制器用于基于所述網(wǎng)絡(luò)的不同部分處的所述故障電流的所確定的特征 來確定所述故障的位置。16. -種用于DC電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的限流裝置，其包括： 多個(gè)串聯(lián)模塊，所述模塊中每一個(gè)包括采用限流工作模式能夠選擇性地連接以提供限 流的至少一個(gè)元件； 用于控制所述模塊的控制器，所述控制器配置成： 在故障情況下，激活所述限流工作模式以便將流經(jīng)所述限流裝置的故障電流限制為低 于第一電流電平； 將非零電平的故障電流維持在低于所述第一電流電平的電平；以及 選擇性地連接和斷開所述模塊的所述限流元件以對(duì)所述故障電流施加預(yù)定調(diào)制。17. -種用于在DC電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行故障防護(hù)的控制裝置，其包括： 控制器，所述控制器配置成在故障狀況期間從多個(gè)故障電流監(jiān)視模塊中每一個(gè)接收故 障電流的特征的指示，并且由故障電流的所述特征來確定所述網(wǎng)絡(luò)中故障的位置。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK106062574SQ201580009633
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年2月18日
【發(fā)明人】C.戴維森, D.R.特賴納, C.巴克, O.巴格利布特
【申請(qǐng)人】阿爾斯通技術(shù)有限公司