[发明专利]用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在直流电网支路的一个极中切换直流电流的设备。

背景技术

世界范围增加的能量需求和同时期望的二氧化碳排放降低使得所谓的可再生能源日益具有吸引力。可再生能量源例如是海边建造的风力发电设备或在光照充足的沙漠地区的光伏发电设备。为了能够经济地利用这样产生的能量，可再生能量源与大陆供电网的连接越来越重要。基于该背景，越来越多地讨论联网的直流电网的构造和运行。然而为此的前提条件是，在这样的联网的直流电网中可能出现的短路电流能够被快速和可靠地断开。然而为此需要迄今为止在市场上还不可得的直流电压开关。从现有技术中公知对于这样的直流电压开关的不同概念。

在WO2011/057675A1中描述了一种直流电压开关，其具有带有机械开关的运行电流路径和与运行电流路径并联连接的断开支路。在断开支路中布置了功率半导体开关的串联电路，所述功率半导体开关分别与一个续流二极管反向并联。由功率半导体开关和续流二极管组成的开关单元反向串联地布置，其中可断开功率半导体开关串联布置，并且对于每个功率半导体开关设置一个具有相反导通方向的相应的功率半导体开关。以这种方式可以中断在断开支路中的两个方向上的电流。在运行电流路径中除了机械开关之外还布置了与机械开关串联的电子辅助开关。在正常运行中电流经过运行电流路径并且由此经过电子辅助开关以及经过闭合的机械开关流动，因为断开支路的功率半导体开关对于直流电流是提高的电阻。为了中断例如短路电流，将电子辅助开关转换到其分离位置。由此在运行电流路径中的电阻增加，从而在断开支路中的直流电流换向。快速的机械断路开关由此可以被无电流地断开。经过断开支路传导的短路电流可以通过功率半导体开关被中断。为了吸收存储在直流电网中的、在切换时要减少的能量，设置了放电器，其与断开支路的功率半导体开关分别并联。

在DE69408811T2中描述了一种直流电压开关，其中两个机械开关串联连接。由两个机械开关形成的串联电路通过放电器以及电容器来保护以防高的过电压。可接通可断开功率半导体开关仅与一个机械开关并联。在机械开关断开时产生电弧。在电弧上降落的电压触发功率半导体开关，由此并联的断开的机械开关被短路。电弧熄灭。经过功率半导体开关传导的电流现在可以通过对功率半导体的相应的控制被中断。

在US5999388中描述了一种直流电压功率开关，其可串联地集成在直流电压线路中。其由可接通可断开功率半导体开关的串联电路组成，所述可接通可断开功率半导体开关分别并联连接一个反向续流二极管。此外与每个功率半导体开关并联连接一个用于限压的放电器，例如可变电阻。公知的直流电压开关是纯电子地实现的，由此与市场上通常的机械开关相比明显更快地切换。在几微秒内可以断开经过直流电压开关流动的短路电流。然而缺陷是，工作电流也必须经过功率半导体开关传导。由此产生高的传输损耗。

WO2011/141055公开了一种直流电压开关，其可以串联连接到高压直流电网的一个极中。所述直流电压开关由与功率半导体开关串联的机械开关组成，所述功率半导体开关又并联连接一个反向续流二极管。由线圈和电容器组成的串联电路、也就是LC支路以及放电器，与由功率半导体开关和机械开关组成的串联电路并联连接，所述放电器限制在LC支路上降落的电压。功率半导体开关也并联连接放电器。在机械开关断开之后，功率半导体开关以LC支路的固有频率接通和断开。由此在机械开关中产生振荡并且最后产生电流过零点，从而可以使产生的电弧熄灭。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种开头提到的设备，利用所述设备可以可靠并成本低地断开在直流电网中的故障电流，其中在正常运行中同时产生小的损耗。

本发明通过一种用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备来解决上述技术问题，所述设备具有：两个接线柱，用于与所述极串联连接；在接线柱之间延伸的主电流支路，在所述主电流支路中布置了两个机械开关；在接线柱之间延伸的与主电流支路并联连接的旁路电流支路，在所述旁路电流支路中也布置了两个机械开关和/或两个功率半导体；中间支路，其将主电流路径的在机械开关之间布置的中间支路电势点、与旁路电流支路的在机械开关之间或功率半导体之间布置的中间支路电势点互相连接，并且其具有功率开关单元，所述功率开关单元具有由双极子模块组成的串联电路，所述子模块分别带有至少一个功率半导体开关和用于使在切换时释放的能量减少的部件；用于将直流电流换向到中间支路中的换向部件，从而总的直流电流经过中间支路传导，其中换向部件具有至少一个可控功率半导体。