保护电路中的或与其相关的改进的制作方法

1.本发明涉及用于保护高压直流(hvdc)功率传输网络的整体或部分的保护电路、包括这样的保护电路的hvdc功率传输网络以及操作这样的保护电路的方法。


背景技术：

2.在hvdc功率传输网络中，ac功率通常被转换成dc功率，以用于经由架空线路，海底线缆和/或地下线缆进行传输。这种转换消除对补偿由功率传输介质(即，传输线路或线缆)施加的ac电容性负载效应的需要，并且降低每公里的线路和/或线缆的成本，并且因此当需要通过长距离传输功率时变得成本有效。dc功率也可以直接从海上风电场传输到岸上ac功率传输网络。
3.dc功率与ac功率之间的转换用于其中必需互连dc和ac网络的地方。在任何这样的功率传输网络中，在ac与dc功率之间的每个接口处要求转换器(即，功率转换器)，以实现从ac到dc或者从dc到ac的所要求转换。


技术实现要素：

4.根据本发明的第一方面，提供有一种用于保护hvdc功率传输网络的整体或部分的保护电路，包括：
5.传感器的多个集合，所述集合中的每个集合限定相应的保护区；以及
6.控制器，所述控制器被编程以评估从传感器接收的传感器信息以确定在保护区内是否已经发生故障，
7.所述控制器进一步被编程以在保护区中的传感器失效(fai l)的情况下通过包括来自另一保护区的传感器来动态地重新配置受影响的保护区。
8.动态地重新配置受影响的保护区(即在关联的hvdc功率传输网络继续输送功率的同时重新配置受影响的保护区)是有益的，因为它避免功率输送中的不必需的中断，并且因此维持网络的可用性性能。
9.同时，通过包括来自另一保护区的传感器来重新配置受影响的保护区提供两个显著的优点。首先，它通过允许保护电路一被需要就继续响应以准许故障电流的中断并且由此避免受影响的有故障保护区中的潜在致命电压来维持安全性。其次，它确保保护电路保持可靠，即只有在保护区中的一个保护区内存在故障才正确地操作。
10.优选地，控制器包括开关模块，所述开关模块用来基于失效的传感器的位置从另一保护区选择传感器。
11.包括这样的开关模块是期望的，因为它准许取决于关联的hvdc功率传输网络的总体配置而以最优方式迅速(即动态地)重新配置受影响的保护区。
12.可选地，开关模块从每个传感器接收第一形式和第二形式的传感器信息，所述第一形式的传感器信息是电流流动信息，并且所述第二形式的传感器信息是传感器状态信息。
13.接收前面提到的第一形式和第二形式的传感器信息是有利的，因为第一形式准许评估各种保护区内的关联的hvdc功率传输网络的健康，而第二形式指示每个传感器的健康。
14.开关模块可以利用传感器状态信息来识别失效的传感器，并且此后从另一保护区选择传感器以重新配置受影响的保护区。
15.接收传感器状态信息是特别期望的，因为它允许开关模块并且因此允许控制器总体识别传感器何时失效并且相应地响应以重新配置受影响的保护区。
16.可选地，在识别失效的传感器之后，开关模块禁止在控制器内进一步传输来自失效的传感器的电流流动信息。
17.这样的特征确保在控制器内仅利用可靠的电流流动信息，并且因此帮助避免触发错误的保护事件。
18.在本发明的优选实施例中，控制器另外包括多个评估模块，每个评估模块对应于保护区，并且配置成评估来自至少一个传感器的电流流动信息以确定在对应的保护区内是否已经发生故障。
19.包括多个这样的评估模块提供评估在给定保护区内是否已经发生故障的鲁棒且可靠的方式。
20.优选地，至少一个评估模块是配置成评估来自单个传感器的电流流动信息是否超过预定阈值的单一(unitary)评估模块。
21.在本发明的另一优选实施例中，至少一个评估模块是配置成评估来自多个传感器的电流流动信息的总和是否超过预定阈值的多重评估模块。
22.前述布置期望地准许评估在一系列不同配置的保护区中是否已经发生故障，并且因此允许本发明的保护电路保护在关联的hvdc功率传输网络内的一系列不同物理组件，例如功率转换器或者诸如地下线缆或者架空线路之类的功率传输管道。
23.从开关模块到每个评估模块的电流流动信息的输送可以被同步。
24.使从开关模块到每个评估模块的这样的电流流动信息的输送同步(即协调电流流动信息被分发的时间)有益地帮助避免例如在传感器被识别为有故障和受影响的保护区被重新配置之间的非常短的时间中触发错误的保护事件。
25.根据本发明的第二方面，提供有包括如上文描述的保护电路的hvdc功率传输网络。
26.本发明的hvdc功率传输网络共享本发明的保护电路的对应特征的优点。
27.根据本发明的第三方面，提供有操作用于hvdc功率传输网络的整体或部分的保护电路的方法，所述保护电路包括：传感器的多个集合，所述集合中的每个集合限定相应的保护区；以及控制器，所述控制器从传感器接收传感器信息，以及
28.所述方法包括以下的步骤：
29.(a)评估传感器信息以确定在保护区内是否已经发生故障；以及
30.(b)在保护区中的传感器失效的情况下，通过包括来自另一保护区的传感器来动态地重新配置受影响的保护区。
31.本发明的方法类似地共享本发明的保护电路的对应特征的优点。
32.将领会，在本专利说明书中，术语“第一”和“第二”等等的使用(例如第一和第二传
感器)仅意图帮助在类似特征之间进行区分，并且不意图指示一个特征相对于另一特征的相对重要性，除非另有指定。
33.在本技术的范围内，明确意图的是，在前述段落和权利要求和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和备选方案以及特别是其各个特征可以独立地或以任何组合来采用。也就是说，所有实施例和任何实施例的所有特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这样的特征不相容。申请人保留用来相应地改变任何原始提交的权利要求或提交任何新的权利要求的权利，包括下列权利：修改任何原始提交的权利要求以从属于任何其他权利要求的任何特征和/或并入任何其他权利要求的任何特征，尽管没有以那种方式原始地要求保护。
附图说明
34.现在接下来是参照附图通过非限制性示例的方式的本发明的优选实施例的简要描述，其中：
35.图1(a)示出根据本发明第一实施例的第一保护电路的示意图；
36.图1(b)示出在第一保护电路内的传感器失效之后的第一保护电路；
37.图2示出形成第一保护电路的一部分的控制器的一部分的示意图；
38.图3(a)示出根据本发明第二实施例的第二保护电路的示意图；以及
39.图3(b)示出在第二保护电路内的传感器失效之后的第二保护电路。
40.附图不必需按比例，并且为了清楚和简明，附图的某些特征和视图可能在比例上或以示意形式被夸大地示出。
具体实施方式
41.如图1(a)中示出的，根据本发明第一实施例的保护电路通常由附图标记10指定。
42.第一保护电路10保护第一hvdc功率传输网络12的一部分，所述一部分包括第一功率转换器14连同第一和第二dc端子16、18，所述第一和第二dc端子16、18在使用中将功率转换器14连接到第一和第二dc管道20、22。
43.第一保护电路10包括第一和第二传感器261、262的第一集合24，所述第一和第二传感器261、262一起限定第一保护区28。第一保护区28布置成保护功率转换器14，尽管这不需要必需是所述情况。
44.第一保护电路10还包括传感器的第二集合30，其包括限定第二保护区32(其布置成提供dc端子保护)的第三和第四传感器263、264。
45.本发明的其它实施例(未示出)可以包括另外的传感器集合，所述传感器中的一些传感器可以对多于一个集合是公共的，其中每个集合包括至少两个传感器，其用来限定另外的相应的保护区。
46.同时，在示出的实施例中，传感器261、262、263、264中的每个传感器布置成感测电流，所述电流流过与其连接的电流导体(例如母线)。一种类型的这样的传感器是光纤传感器，尽管也可以使用其它传感器类型，例如电流互感器。
47.第一保护电路10另外包括控制器34(其一部分在图2中示意性地示出)，所述控制器34被编程以评估从传感器261、262、263、264接收的传感器信息以确定在覆盖第一功率传
输网络12的一部分的保护区28、32中的一个保护区中是否已经发生故障。
48.控制器34还进一步被编程以在保护区中的传感器(例如，在限定第一保护区28的传感器的第一集合24中的第一传感器261)失效的情况下通过包括来自另一保护区的传感器(即，通过包括限定第二保护区32的传感器的第二集合30中的传感器263、264中的一个传感器)来动态地重新配置受影响的保护区(即，第一保护区28)。
49.图1(b)中示意性地图示一种方式，以所述方式，控制器34可以实现第一保护区28的这样的重新配置。在示出的示例方式中，控制器34通过包括来自传感器的第二集合30的第三传感器263来重新配置第一保护区28，使得第一保护区28的形状(即配置)改变成修改的第一保护区28'。
50.更特别地，控制器34包括开关模块36，其从另一个保护区选择传感器，例如从第二保护区32选择第三传感器263。开关模块36基于例如第一保护区28中的第一传感器261的失效的传感器的位置进行这样的选择。
51.在本发明的优选实施例中，根据关联的保护电路布置成保护的功率传输网络的设计和配置，取决于哪个其它传感器失效来预定要从另一保护区选择的传感器。
52.开关模块36从每个传感器261、262、263、264接收第一形式的传感器信息381、382和第二形式的传感器信息401、402，注意到，图2仅图示第一和第二传感器261、262，连同来自另外的传感器26n的输入和对应的另外的第一和第二形式的传感器信息38n、40n的示意性表示。
53.第一形式的传感器信息381、382、38n是电流流动信息421、422、423、424、42n，并且第二形式的传感器信息401、402、40n是传感器状态信息441、442、44n，即传感器261、262、263、264是否在正确工作的指示。在一个或多个传感器261、262、263、264不在工作的情况下，可以例如在网络控制站(未示出)内的控制终端上触发警报。
54.开关模块36利用传感器状态信息441、442、44n来识别失效的传感器，例如第一保护区28中的第一传感器261。
55.另外，开关模块36禁止在控制器34内进一步传输来自失效的传感器(例如来自传感器的第一集合24的第一传感器261)的电流流动信息421、422、42n。
56.除了前面提到的开关模块36以外，第一保护电路10的控制器34还包括第一和第二评估模块46、48，所述第一和第二评估模块46、48中的每个评估模块配置成评估电流流动信息421、422、423、424、42n以确定在给定保护区28、32内是否已经发生故障。
57.第一和第二评估模块46、48中的每个评估模块是配置成评估来自多个传感器261、262、263、264的电流流动信息421、422、423、424、42n的总和是否超过预定阈值的多重评估模块。
58.更特别地，如图1(a)中示意性地示出的，第一评估模块46初始配置成经由开关模块36从传感器261、262的第一集合24接收电流流动信息421、422。第一评估模块46评估此信息，并且在来自传感器261、262的第一集合24的电流流动信息421、422的总和超过预定阈值的情况下，指示在第一保护区28中已经发生故障，例如相接地故障。此后，另外的电路组件(未示出)可以配置成对故障指示作出反应并且中断所产生的故障电流。
59.以类似的方式，也如图1(a)中示意性地示出的，第二评估模块48再次经由开关模块36从传感器263、264的第二集合30接收电流流动信息423、424。第二评估模块48再次类似
地评估此信息，并且在电流流动信息423、424的总和超过预定阈值的情况下指示在第二保护区32中已经发生故障，例如短路。此后，另外的电路组件可以再次配置成对故障指示作出反应并且中断所产生的故障电流。
60.在所有实例中，从开关模块36输送到每个评估模块46、48的电流流动信息421、422、423、424被同步，即，电流流动信息421、422、423、424被分发到评估模块46、48的时间被协调以帮助避免触发错误的保护事件。相应地，如图2中示出的，在控制器34内在开关模块36与第一和第二评估模块46、48之间交换这样的信息，即电流流动信息421、422、423、424和同步数据。
61.同时，在本发明的其它实施例(未示出)中，至少一个评估模块是配置成评估来自单个传感器的电流流动信息是否超过预定阈值的单一评估模块。这样的单一评估模块可以再次配置成在超过预定阈值的情况下指示在对应保护区中已经发生故障，例如相接地故障，使得此后，另外的电路组件可以对故障指示作出反应并且中断所产生的故障电流。
62.返回到图1(a)中示出的第一保护电路10，在第一传感器261失效并且将第一保护区28动态地重新配置成修改的第一保护区28'(通过包括来自第二保护区32的第三传感器263)之后，第一评估模块46被类似地动态重新配置。
63.更特别地，第一评估模块46经由开关模块36被重新配置，使得其继续接收来自第二传感器262的电流流动信息422，以及另外来自新添加的第三传感器263的电流流动信息423。然后，重新配置的第一评估模块46能够评估此信息并且继续指示在现在修改的第一保护区28'中已经发生故障(例如相接地故障)，即在来自第二和第三传感器262、263的电流流动信息422、423的总和超过对应的预定阈值的情况下指示在现在修改的第一保护区28'中已经发生故障。因此，另外的电路组件可以继续对来自修改的第一保护区28'内的这样的故障指示作出反应，并且此后中断所产生的故障电流。
64.如图3(a)中示出的，根据本发明第二实施例的保护电路通常由附图标记100指定。
65.第二保护电路100类似于第一保护电路10，并且相似的特征共享相同的附图标记。第二保护电路100保护整体第二hvdc功率传输网络102，其除了包括第一功率转换器14以及第一和第二dc管道20、22之外，还包括第二功率转换器104。
66.第二保护电路100包括第一、第二和第三传感器261、262、263的第一集合24，所述第一、第二和第三传感器261、262、263一起限定布置成保护第一功率转换器14的第一保护区28。
67.第二保护电路100还包括第二和第四传感器262、264的第二集合30，所述第二和第四传感器262、264一起限定为第一dc管道20的第一转换器侧部分106提供保护的第二保护区32。
68.同时，第四和第五传感器264、265的第三集合108限定布置成保护第一dc管道20的中间部分112的第三保护区110。
69.第二保护电路100另外包括第五和第六传感器265、266的第四集合114，所述第五和第六传感器265、266一起限定布置成保护第一dc管道20的第二转换器侧部分118的第四保护区116。
70.第六传感器266连同第七和第八传感器267、268形成传感器的第五集合120，其限定保护第二功率转换器104的第五保护区122。
71.前面提到的第一至第八传感器261、262、263、264、265、266、267、268中的每个传感器也是电流传感器。
72.第二保护电路100还包括采取与图2中示意性示出的形式相同的形式的控制器，并且其被类似地编程以经由相应的对应评估模块46、48(图3(a)中仅示出所述评估模块中的两个)评估从传感器261、262、263、264、265、266、267、268接收的传感器信息432、423、424(图3(a)中仅图示所述信息中的一些)，以确定在第二功率传输网络102中的保护区28、32、110、116、122中的一个保护区中是否已经发生故障。
73.如同第一保护电路10一样，第二保护电路100中的控制器进一步被编程以在保护区中的传感器(例如第二传感器262)失效的情况下，通过包括来自另一保护区的传感器来动态地重新配置受影响的保护区。
74.在这一点，第二传感器262对于第一和第二保护区28、32两者是公共的，并且因此控制器(即在其中的开关模块)通过包括来自第二和第三保护区32、110的第四传感器264来重新配置受影响的第一保护区28以给出修改的第一保护区28'。控制器32(即开关模块36)还通过包括来自第一保护区28的第一传感器261来动态地重新配置受影响的第二保护区32以给出修改的第二保护区32'。
75.根据第二功率传输网络102的设计和配置，依据失效的第二传感器262的位置，再次预定由开关模块36从其它保护区选择的相应第一和第四传感器261、264。
76.同时，关联的第一和第二评估模块46、48中的每个评估模块也以对应的方式经由开关模块36重新配置。
77.更特别地，如图3(b)中示意性地示出的，第一评估模块46被重新配置，使得其继续接收来自第三传感器263的电流流动信息423以及另外来自新添加的第四传感器264的电流流动信息424。类似地，第二评估模块48被动态地重新配置，使得其继续接收来自第四传感器264的电流流动信息424，以及也接收来自新添加的第一传感器261的电流流动信息421。
78.以前面提到的方式，重新配置的第一评估模块46然后能够评估传入电流流动信息423、424，并且继续指示在现在修改的第一保护区28'中已经发生故障(例如相接地故障)，即在来自第三和第四传感器263、264的电流流动信息423、424的总和超过对应的预定阈值的情况下指示在现在修改的第一保护区28'中已经发生故障。
79.类似地，重新配置的第二评估模块48随后能够评估传入电流流动信息421、424，并且继续指示在现在修改的第二保护区32'中已经发生故障(例如相接地故障)，即在来自第一和第四传感器261、264的电流流动信息421、424的总和超过对应的预定阈值的情况下指示在现在修改的第二保护区32'中已经发生故障。
80.在每个实例中，另外的电路组件可以再次继续对来自任一修改的保护区28'、32'内的这样的故障指示作出反应，并且此后中断所产生的故障电流。

技术特征：
1.一种用于保护hvdc功率传输网络(12；102)的整体或部分的保护电路(10；100)，包括：传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)的多个集合(24，30；108，114，120)，所述集合(24，30；108，114，120)中的每个集合限定相应的保护区(28，32；110，116，122)；以及控制器(34)，所述控制器(34)被编程以评估从所述传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)接收的传感器信息以确定在保护区(28，32；110，116，122)内是否已经发生故障，所述控制器(34)进一步被编程以在保护区(28，32；110，116，122)中的传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)失效的情况下通过包括来自另一保护区(28，32；110，116，122)的传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)来动态地重新配置受影响的保护区。2.根据权利要求1所述的保护电路(10；100)，其中，所述控制器(34)包括开关模块(36)，所述开关模块(36)用来基于失效的传感器的位置从另一保护区(28，32；110，116，122)选择所述传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)。3.根据权利要求2所述的保护电路(10；100)，其中，所述开关模块(36)从每个传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)接收第一形式和第二形式(38，40)的传感器信息，所述第一形式(38)的传感器信息是电流流动信息(42)，并且所述第二形式(40)的传感器信息是传感器状态信息(44)。4.根据权利要求3所述的保护电路(10；100)，其中，所述开关模块(36)利用所述传感器状态信息(44)来识别失效的传感器，并且此后从另一保护区(28，32；110，116，122)选择传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)以重新配置所述受影响的保护区。5.根据权利要求4所述的保护电路(10；100)，其中，在识别失效的传感器之后，所述开关模块(36)禁止在所述控制器(34)内进一步传输来自所述失效的传感器的所述电流流动信息(42)。6.根据权利要求2至5中的任一项所述的保护电路(10；100)，其中，所述控制器(34)另外包括多个评估模块(46，48)，每个评估模块(46，48)对应于保护区(28，32；110，116，122)，并且配置成评估来自至少一个传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)的所述电流流动信息(42)以确定在对应的保护区(28，32；110，116，122)内是否已经发生故障。7.根据权利要求6所述的保护电路，其中，至少一个评估模块是配置成评估来自单个传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)的所述电流流动信息(42)是否超过预定阈值的单一评估模块。8.根据权利要求6或7所述的保护电路(10；100)，其中，至少一个评估模块(46，48)是配置成评估来自多个传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)的所述电流流动信息(42)的总和是否超过预定阈值的多重评估模块。9.根据权利要求6至8中的任一项所述的保护电路(10；100)，其中，电流流动信息(42)从所述开关模块(36)到每个评估模块(46，48)的输送是同步的。10.一种hvdc功率传输网络(12；102)，包括根据权利要求1至9中的任一项所述的保护电路(10；100)。11.一种操作用于hvdc功率传输网络(12；102)的整体或部分的保护电路(10；100)的方法，所述保护电路(10；102)包括：传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)的多个集合(24，30；108，114，120)，所述集合(24，30；108，114，120)中的每个集合限定相应的保护区
(28，32；110，116，122)；以及控制器(34)，所述控制器(34)从所述传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)接收传感器信息，以及所述方法包括以下的步骤：(a)评估所述传感器信息以确定在保护区(28，32；110，116，122)内是否已经发生故障；以及(b)在保护区(28，32；110，116，122)中的传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)失效的情况下，通过包括来自另一保护区(28，32；110，116，122)的传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)来动态地重新配置受影响的保护区。

技术总结
在高压直流(HVDC)功率传输网络的领域中，存在对用于保护这样的网络的整体或部分的改进的保护电路的需要。一种用于保护HVDC功率传输网络(12；102)的整体或部分的保护电路(10；100)，包括传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)的多个集合(24，30；108，114，120)，所述集合(24，30；108，114，120)中的每个集合限定相应的保护区(28，32；110，116，122)。保护电路(10；100)还包括控制器(34)，所述控制器(34)被编程以评估从传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)接收的传感器信息以确定在保护区(28，32；110，116，122)内是否已经发生故障。控制器(34)进一步被编程以在保护区(28，32；110，116，122)中的传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)失效的情况下通过包括来自另一保护区(28，32；110，116，122)的传感器(261，262，263，264；265，266，267，268)来动态地重新配置受影响的保护区。的保护区。的保护区。


技术研发人员：I
受保护的技术使用者：通用电器技术有限公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2023/7/22