[发明专利]开关设备

说明书

一种开关设备（30）包括多个并联连接的电流传导支路（32），每个电流传导支路（32）包括至少一个相应的气体管开关（34），其中该开关设备（30）还包括电气电路，该电气电路包括至少一个开关元件（36），该开关元件被配置成可操作以选择性地综合与该气体管开关（34）中的一个或多个串联的电压差或相应的电压差，以便控制电流传导支路（32）之间的电流分布。

本发明涉及一种优选供高压直流（HVDC）应用使用的开关设备。

已知使用包括并联连接的多个开关的开关设备。

根据本发明的一方面，提供有一种开关设备，所述开关设备包括多个并联连接的电流传导支路，每个电流传导支路包括至少一个相应的气体管开关，其中所述开关设备还包括电气电路，所述电气电路包括至少一个开关元件，所述至少一个开关元件被配置成可操作以选择性地综合（synthesise）与所述气体管开关中的一个或多个串联的电压差或相应的电压差，以便控制所述电流传导支路之间的电流的分布。

将理解到，在本发明的开关设备中，每个电流传导支路可以包括单个气体管开关或多个气体管开关（例如，多个串联连接的气体管开关）。

取决于开关应用，给定的气体管开关的电流额定值可能太低而无法满足开关应用的电流额定值要求。本发明的开关设备中的电流传导支路的并联连接为基于“气体管开关”的开关设备提供比单独气体管开关的电流额定值更高的组合电流额定值，并且由此能够实现在具有更高电流额定值要求的开关应用中使用气体管开关。

为了提供可靠的开关设备，有必要控制并联连接的电流传导支路之间的电流的共享。

在基于并联连接的功率半导体开关的常规开关设备中，功率半导体开关的正斜率电阻使得并联连接的功率半导体开关之间的电流共享在一定程度上自然发生，特别是如果温度系数为正的话。图1图示了在并联连接的功率半导体开关（它们分别称为器件1和器件2）之间的稳定电流共享，其中在它们的电压-电流特性之间存在稳定的交叉点。此外，对于某些类型的功率半导体开关，能采用门控制来控制并联连接的功率半导体开关的状态，以便重新平衡流过并联连接的功率半导体开关的电流。

另一方面，在基于并联连接的气体管开关的开关设备中，不可能在并联连接的气体管开关之间获得电流的稳定共享。这是因为，如图示了在并联连接的气体管开关之间的不稳定电流共享的图2中所示的，稳定的操作点是当所有电流流过气体管开关之一而零电流流过另一个气体管开关时。这是因为气体管开关的负斜率电阻使得在气体管开关的电压-电流特性之间的不稳定的交叉点的任一侧上存在电流仅流过气体管开关中的一个或另一个的趋势。而且，由于气体管开关仅具有全开和全关状态的事实，将不可能通过开关控制来重新平衡流过并联连接的气体管开关的电流。

在本发明的开关设备中包括电气电路能够实现在基于气体管开关的电流传导支路之间的电流的稳定共享。更特别地，所述或每个开关元件用来综合与气体管开关中的一个或多个串联的所述或相应电压差的操作控制所述或每个对应电流传导支路中的电流的流动，这又能够实现所有电流传导支路之间的电流的分布的控制。优选地，对电流传导支路之间的电流的分布的控制涉及电流传导支路之间的电流的分布的平衡。

因此，本发明的开关设备的配置提供了一种控制电流传导支路之间的电流的分布的方式，从而有益地改进了基于“气体管开关”的开关设备的可靠性。

电气电路及其（一个或多个）开关元件在配置上可以变化，以便能够实现与气体管开关中的一个或多个串联的所述或相应电压差的综合，以便控制电流传导支路之间的电流的分布。

在本发明的实施例中，电气电路可以包括多个电子开关元件，每个电子开关元件连接在所述电流传导支路中的相应一个电流传导支路中，每个电子开关元件与所述或每个相应的气体管开关串联连接，每个电子开关元件被配置成用作限流二极管。