固态故障电流限制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种电流控制装置，且特别是有关于一种故障电流限制装置和系统。
【背景技术】
[0002]故障电流限制器(FCL)用以提供保护，防止(例如)在输电网络和配电网路中的电流浪涌。在过去几十年中已经研发了各种类型的FCL，包含超导故障电流限制器(SCFCL)、电感故障电流限制器以及在所属领域中所熟知的其它种类。实施FCL的供电系统可以包含用以为各种工业、商业和/或住宅电力负载发电并送电的发电、输电以及配电网路。
[0003]故障电流是可能由系统中的故障(例如，短路)引起的电力系统中的异常电流。由于任何数目个事件或故障，例如电源线或其它系统元件被恶劣的天气(例如，闪电)破坏，可能在系统中出现故障电流。当出现此类故障时，在电路中可能暂态呈现大的负载。作为回应，网路向负载输送大量电流(即，故障电流)。此电流的浪涌是不需要的，因为电流的浪涌可能破坏是(例如)网路自身或连接到网路上的设备的负载。FCL装置存在的问题是其成本、复杂度以及大小。正是关于这些以及其它考量，提供进行本发明的改良。
【发明内容】
[0004]提供此概述，以简化形式引入下文在【具体实施方式】中进一步描述的概念选择。此概述并不意图确定所主张的标的物的关键特征或基本特征，也不意图被用作辅助确定所主张的标的物的范围。
[0005]本发明提供一种固态故障电流限制器，所述固态故障电流限制器包含电流分离电抗器，所述电流分离电抗器包括系统电流输入端、无源电流输出端以及控制电流输出端。电压控制电抗器包括第一端部以及第二端部，第一端部耦合到控制电流输出端上并且第二端部耦合到无源电流输出端上。故障电流触发电路与电压控制电抗器并联耦合，并且经配置以在由系统电流输入端接收的故障电流超出预定触发电流时断开。瞬态电压控制电路与电压控制电抗器并联耦合以接收故障电流。
[0006]在一个实施例中，提供固态故障电流限制器，所述固态故障电流限制器具有系统电流输入端、无源电流输出端以及控制电流输出端。电压控制电抗器包括第一端部以及第二端部，第一端部耦合到控制电流输出端上并且第二端部耦合到无源电流输出端上。故障电流触发电路与电压控制电抗器并联耦合，并且经配置以在由系统电流输入端接收的故障电流超出预定触发电流时断开。瞬态电压控制电路与电压控制电抗器并联耦合以接收故障电流。
[0007]在一个实施例中，提供固态故障电流限制器系统，所述固态故障电流限制器系统具有电流分离装置，所述电流分离装置包括绕芯卷绕的第一导电绕组和第二导电绕组，其中第一导电绕组经配置以在故障条件期间承载通过第一绕组以及第二绕组二者的故障电流；电压控制电抗器，所述电压控制电抗器耦合到电流分离装置上；瞬态电压控制电路，所述瞬态电压控制电路与电压控制电抗器并联耦合；以及固态故障触发电路，所述固态故障触发电路与电压控制电抗器并联耦合。固态故障触发电路经配置以在行进穿过第二绕组的故障电流高于预定阈值电流时断开，并且电压控制电抗器以及瞬态过电压控制经配置以在固态故障触发电路断开时接收第二导电绕阻产生的故障电流。
[0008]在一个实施例中，提供固态故障电流限制器系统，所述固态故障电流限制器系统具有电流分离装置，所述电流分离装置包括绕芯卷绕的第一导电绕组和第二导电绕组。第一导电绕组经配置以在故障条件期间承载通过第一绕组以及第二绕组二者的故障电流。多个串联连接的电压控制电抗器和故障触发电路模组可以耦合到电流分离装置上，其中多个串联连接的电压控制电抗器和故障触发电路模组中的每一者包含与故障触发电路并联连接的电压控制电抗器。
【附图说明】
[0009]为了便于更全面地理解本发明，现在参考附图，其中相同的元件用相同的标号来参考。这些附图不应解释为限制本发明，而是既定仅为示例性的。
[0010]图1是根据本发明的实施例的在输电或配电系统中的故障电流限制器(FCL)的应用。
[0011]图2A是在根据本发明的实施例的输电系统中使用的FCL电路。
[0012]图2B是在根据本发明的实施例的输电系统中使用的FCL电路。
[0013]图2C图示根据本发明的实施例的具有绕芯卷绕的第一绕组和第二绕组的FCL电路。
[0014]图3A图示根据本发明的实施例的使用电磁开关或保险丝的故障电流感测开关(FCSS)0
[0015]图3B图示根据本发明的实施例的使用IGBT以及二极体的FCSS。
[0016]图3C图示根据本发明的实施例的使用IGCT以及二极体的FCSS。
[0017]图3D图示根据本发明的实施例的使用IGBT以及二极体的FCSS。
[0018]图4图示根据本发明的实施例的使用串联连接的电压控制电抗器(VCR)以及故障触发电路(FTC)模组的FCL。
[0019]图5图示根据本发明的实施例的使用串联连接的FTC模组的FCL。
[0020]图6图示根据本发明的实施例的使用串联连接的FCL模组的模组化FCL。
[0021]图7图示根据本发明的实施例的不包含电流分离电抗器的FCL电路。
[0022]图8图示根据本发明的实施例的在闪光电弧保护中使用的不包含电流分离电抗器或电压控制电抗器的FCL电路。
[0023]图9图示根据本发明的实施例的在变压器的中性点接地中使用以限制相对地(phase-to-ground)故障的具有电压控制电抗器的FCL电路。
[0024]图10图示根据本发明的实施例的在需要抑制接地故障电流的情况下在变压器的中性点接地中使用以限制相对地(phase-to-ground)故障的具有电压控制电抗器的FCL电路。
[0025]图11图示根据本发明的实施例的固态故障电流限制器系统的操作方法。
【具体实施方式】
[0026]现将在下文中参考附图更全面地描述本发明的各实施例，附图中示出了一些实施例。本发明的标的物可以以许多不同形式体现并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。提供这些实施例是为了使得本发明将是透彻并且完整的，并且这些实施例将把标的物的范围完整地传达给所属领域的技术人员。在图式中，相同标号始终代表相同元件。
[0027]实施例提供了使用电流分离耦合电抗器设计的固态故障电流限制器(“SSFCL”)。有利地是，与机械操作的故障电流限制器相比，SSFCL能快速跳闸并且隔离短路故障。SSFCL能够使正弦故障电流的第一周期峰值(例如，对于60Hz电源，第一峰值为约4ms到1ms)减少至少25%到75%。图1到图12图示了在任何电路(例如，输电、配电以及发电网路)中限制短路故障电流的SSFCL的基本操作原理。
[0028]图1图示了可以在输电和配电系统中实施的包含固态故障电流限制器(SSFCL)200的示例性故障电流限制器系统1000。电源1I通过接口电路103以及电路断路器1 5供电，接口电路103具有包括有功分量Rs和无功分量Xs的复阻抗Zs。输电线106导向具有变电站的接口 107，变电站具有经配置以将传输线电压步进到与负载121、123相容的电压的变压器109。变压器109的输出端可以耦合到电路断路器111和SSFCL 200上。SSFCL 200可以通过电路断路器115和匹配电路117、119耦合到负载121、123上。可以设置其它负载和匹配电路。短路故障125可能存在，并且若存在，将通过本文所描述的各种实施例的操作来隔离。
[0029]图2A到10图示了可用作图1中示出的SSFCL200的故障电流限制器的各种实施例。具体来说，图2A图示了包含电流分离电抗器(CSR)202以及与故障电流触发(FTC)电路210并联的电压控制电抗器(VCR)208的SSFCL 200。短暂地转向图2A，CSR 202包含围绕磁芯203的第一导电绕组204和第二导电绕组206。第二导电绕组206可以是反绕的或者在交错布置中卷绕的，并且每一个导电绕组，例如第一导电绕组204和第二导电绕组206，可以具有相等的匝数。优选地，根据CSR 202中增大的通量级(见图2A)，在SSFCL 200中的CSR 202的磁芯203可以对应于具有可预测的磁特性的高磁导率材料。CSR 202包含可以经配置以在稳态操作期间呈现最小阻抗并且在故障条件期间呈现相对较大阻抗以有效限制故障电流的第一导电绕组204和第二导电绕组206。
[0030]图2B图示了包含电流分离电抗器(CSR)202以及故障电流触发(FTC)电路210的SSFCL 200。在图2B中，所使用的电流分离电抗器(CSR)202不具有VCR 208(见图2A)。短暂地转向图2B，CSR 202包含围绕磁芯203的第一导电绕组204和第二导电绕组206。第二导电绕组206可以是反绕的或者在交错布置中卷绕的，并且绕组中的每一者，例如第一导电绕组204和第二导电绕组206，可以具有相等的匝数。优选地，根据CSR 202中增大的通量级，在SSFCL 200中的CSR 202的磁芯203可以对应于具有可预测的磁特性的高磁导率材料。CSR202包含可以经配置以在稳态操作期间呈现最小阻抗并且在故障条件期间呈现