CN104756339B - 电路中断设备 - Google Patents
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Abstract
一种开关设备(28)，包括初级开关块(30)，其包括至少一个半导体开关(34)和切换控制单元(32)以控制所述或每个半导体开关(34)的切换。所述开关设备还包括撬杆电路(46)，所述撬杆电路(46)包括撬杆开关(56)，其可切换以选择性地允许电流流过所述撬杆开关(56)，以便绕开所述或每个开关模块；以及次级开关块，包括开关元件(58)，所述开关元件跨接在所述撬杆开关(56)的控制电极和阴极两端。所述开关元件(58)与所述切换控制单元(32)通信，以在使用中，当所述初级开关块(30)运行在预定的运行参数内时接收由切换控制单元(32)生成的控制信号(66)。
Description
技术领域
本发明涉及一种在高压直流(HVDC)电力传输中使用的开关设备，包括至少一个这样的开关设备的电路中断设备，以及撬杆电路(crowbar circuit)。
背景技术
在输电网络中，交流(AC)电力通常被转换成直流电(DC)电力以用于经由架空线路和/或海底电缆传输。此转换不需要补偿由传输线路或电缆所施加的AC电容性负载的影响，由此减少了线路和/或电缆的每公里成本。当需要长距离传输电力时，从AC到DC的转换从而变得具有成本效益。
从AC到DC的电力转换还用于有必要互连运行于不同频率的AC网络的输电网络中。在任何这样的输电网络中，在AC和DC电力的每个交接处均需要转换器来实现所需的转换。
HVDC转换器容易受到DC侧故障或其他异常运行状况的影响，其他异常运行状况能够呈现具有跨DC输电线路或电缆的低阻抗的短路。这样的故障可能是由于绝缘的损坏或击穿、雷击、导体的移动或由外物导致的导体之间的其他意外桥接而发生。
跨DC输电线路或电缆的低阻抗的存在可能不利于HVDC转换器。有时转换器的固有设计意味着其在这样的条件下不能限制电流，导致发展成超过HVDC转换器的额定电流的高故障电流。这样的高故障电流不仅损害HVDC转换器的部件，还导致HVDC转换器离线一段时间。这导致维修和维护受损电气设备硬件的成本增加，并给依靠电气装置工作的终端用户带来不便。因此，能够在检测出高故障电流时立即中断高故障电流很重要。
在转换器控制不能用任何其他手段限制故障电流的情况下，保护HVDC转换器免受来自DC侧故障影响的常规手段是使AC侧断路器跳闸，从而去除通过HVDC转换器将故障馈送到DC侧的电流供应。这是因为目前还没有可商购的HVDC断路器设计。此外，目前几乎所有的HVDC方案是具有连接到DC侧的两个HVDC转换器的点对点方案，其中一个HVDC转换器作为具有电力整流能力的电源，而另一个HVDC转换器作为具有电力逆变能力的电力负载。因此，因为在点对点方案中存在故障需要中断电力流动以允许清除故障，所以使AC侧断路器跳闸是可以接受的。
一类新的HVDC输电网络正被考虑用于长距离移动大量电力，以满足地理上分散的可再生形式的发电的要求，并且用能够支持现代电力交易要求的智能电网的智能和功能对AC输电网络的现有能力进行增强。
这样的HVDC输电网络需要HVDC转换器的多端子互连，从而可以使用并行工作的三个或更多个HVDC转换器在DC侧交换电力。每个HVDC转换器用作源或蓄能库(sink)，以维持网络的整体输入-输出电力平衡，同时根据需要交换电力。HVDC输电网络中的故障必须迅速与网络的其余部分隔离和分离，以便使得网络能够尽快恢复正常电力输送。
传统的AC断路器的电流中断是在电流达到电流零点时实施的，从而大大降低了中断任务的难度。因此，在传统的断路器中，如果未在用于中断电流的限定时间段内出现电流零点，则存在损坏电流中断设备的风险。因此，由于不像AC电流会自然发生电流零点，DC电流不能自然达到电流零点，所以本质上难以实施DC电流中断。
EP0867998B1公开了一种固态的DC断路器，包括串联连接的IGBT的层叠结构，其并联有金属氧化物电涌吸收器(surge arrester)。该方案实现了几毫秒范围内的响应时间，但具有高稳态电力损耗的缺点。
EP 0785625 A2公开了一种用于具有可能的开路故障状态的开关设备的保护装置。该保护装置包括与待保护的开关设备的主载流端子并联连接的晶闸管，所述晶闸管被连接为使得所述晶闸管的正向电流方向与在开关设备的正常运行期间主载流端子之间流动的电流的方向相同，并且所述晶闸管被布置为在超过正常参数标定时提供不可逆的有效短路。
US2011/299204 A1公开了一种用于保护连接到电话连接的第一和第二导轨的电路的结构以抑制过压。该结构包括：在第一和第二导轨之间反串联的第一和第二二极管；第一电容器，与第一和第二二极管共同的第一节点和低基准电压节点之间的第一电阻器并联；以及保护元件，当过电压超过与第一节点的电压相关联的第一阈值时，能够去除任何导轨与低基准电压节点之间的快速过压。
GB 2273832 A公开了一种电涌保护器，包括至少一个晶闸管，其响应于节点上的电涌而导通。如果电涌由于来自连接到该节点的DC偏置源的电流而停留，则提供在电涌之后将晶闸管关断的手段，诸如可提供用于阴极保护。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种开关设备，包括：
初级开关块，包括：
至少一个开关模块，所述开关模块或每个开关模块包括至少一个半导体开关，所述至少一个半导体开关是可切换的以选择性地允许电流流过该开关模块；以及
切换控制单元，用以控制所述半导体开关或每个半导体开关的切换；其中所述开关设备还包括撬杆电路，所述撬杆电路包括：
撬杆开关，是可切换的以选择性地允许电流流过所述撬杆开关，以便绕开所述开关模块或每个开关模块；以及
次级开关块，包括开关元件，所述开关元件跨接所述撬杆开关的控制电极和阴极两端，所述开关元件是可切换的以选择性地允许非零电压施加在所述控制电极和阴极两端，以便保持所述撬杆开关处于截止状态或将所述固态开关切换到导通状态，
其中当所述开关元件在使用中接收控制信号时，所述开关元件被切换为导通以保持所述撬杆开关处于截止状态，并且当所述开关元件在使用中未接收控制信号时，所述开关元件被切换为截止以便将所述撬杆开关切换到导通状态，并且
所述开关元件与所述切换控制单元通信，用以在使用中当所述初级开关块在预定操作参数内运行时接收通过所述切换控制单元生成的控制信号。
初级开关块中的开关模块和半导体开关的数量根据开关设备的电流和电压要求可以不同。
在开关设备的正常运行过程中，切换控制单元控制所述或每个半导体切换到导通或截止，以控制电流流过初级开关块，并且因此流过开关设备。当所述初级开关块的所述或每个半导体开关和切换控制单元运行在预定的运行参数内时，即它们正常运行时，切换控制单元生成控制信号并将控制信号发送到开关元件。只要所述初级开关块的所述或每个半导体开关和切换控制单元运行在预定的运行参数内，切换控制单元就连续地生成控制信号并将控制信号发送至开关元件。
在从切换控制单元接收到控制信号时，开关元件被切换为导通，即它被闭合，或在它已经导通的情况下保持导通。这导致撬杆开关的控制电极和阴极经由闭合的开关元件而连接。这意味着，非零电压无法施加在撬杆开关的控制电极和阴极两端以便将撬杆开关切换到其导通状态。于是，撬杆开关被保持在其截止状态，并且不能传导电流。
在切换控制单元故障的情况下，所述或每个半导体开关不能被控制为导通以允许电流流过相应的开关模块。这可能对开关设备安全传导电流的能力产生不利影响。类似地，在一个或多个半导体开关的故障导致开路条件的情况下，无法导通所述或每个故障半导体开关也可能对开关设备安全传导电流的能力产生不利影响。考虑后一种情况对于具有至少一个开关模块的开关设备特别重要，所述至少一个开关模块包括一个或多个可商购的半导体开关(诸如IGBT)，其在开路故障模式中通常发生故障。
切换控制单元和/或一个或多个半导体开关的故障意味着初级开关块无法在预定运行参数内操作。这将导致切换控制单元自动停止生成控制信号。初级开关块的预定运行参数可以被选择为使得在切换控制单元停止生成控制信号之前可以发生多个半导体开关的故障而不仅是单个半导体开关的故障。
当开关元件从切换控制单元未接收到任何控制信号时，开关元件被切换为截止，即它被断开。开关元件的断开状态导致撬杆开关的控制电极和阴极断开连接。这意味着，非零电压可以施加在撬杆开关的控制电极和阴极两端以便将撬杆开关切换到其导通状态，使得撬杆开关可以传导电流。以这种方式，撬杆开关为流过开关设备的任何电流提供了可选的安全传导电流路径，从而允许开关设备安全地传导电流。
撬杆开关可以是但不限于，固态开关(例如晶闸管)、闸流管或触发火花隙。
优选地，所述撬杆开关具有短路故障模式，在短路故障模式中，在所述撬杆开关发生故障时，故障撬杆开关形成短路，使得在使用中允许电流流过所述撬杆开关。例如，这样的撬杆开关可以是本身具有短路故障模式的压接晶闸管。
撬杆开关的故障可能由次级开关块的一个或多个部件的故障(这阻止撬杆开关切换到其导通状态)以及撬杆开关两端的电压的上升超过安全电压水平引起。但是，即使次级开关块的一个或多个部件故障阻止撬杆开关切换到其导通状态以传导电流，撬杆开关的短路故障模式也确保撬杆开关仍能够为流过开关设备的任何电流提供短路形式的可选的安全电流路径，从而允许开关设备安全地传导电流。
因此，在开关设备中包括撬杆电路为开关设备提供了选择性地形成保护性电流旁路的能力，以便允许任何流过开关设备的电流在必要时绕开初级开关块。这确保单个部件故障不会导致没有通过开关设备的安全电流路径的情况，从而提高了开关设备的可靠性。
此外，上述撬杆电路的配置的有利之处还在于其允许撬杆电路迅速、可靠地响应切换控制单元和/或一个或多个半导体开关的故障事件。这是因为故障事件的发生导致切换控制单元自动停止生成控制信号，并且还因为可能不需要检测故障事件以使得切换控制单元停止生成控制信号。这从而允许响应于故障事件快速和可靠地使得开关元件截止，以将撬杆开关切换到其导通状态，以便形成保护性电流旁路。
与此相反，在故障事件之后，依赖于控制信号的生成以触发撬杆的撬杆电路需要检测故障事件然后生成控制信号的步骤，这将会减慢撬杆电路对故障事件的响应。而且，这种撬杆电路不仅需要额外的电路来进行检测故障事件并生成控制信号的步骤，而且还需要额外的电路来连续地运行，以便避免未检测到故障事件和/或不生成控制信号的风险。包括这样的附加电路将增加开关设备的尺寸、重量和成本，并对撬杆电路的性能和可靠性产生不利影响。
在本发明的实施例中，所述次级开关块还包括与所述次级开关块中所述开关元件串联连接的电阻元件，所述电阻元件与所述开关元件之间的联结点连接到所述撬杆开关的所述控制电极，并且所述电阻元件跨接在所述撬杆开关的所述控制电极和阳极两端，其中所述电阻元件的阻抗是可变的，以选择性地改变在次级开关块中的电流流动。
优选地，所述电阻元件具有非线性电压-电流特性。这样的电阻元件可以包括但不限于，变阻器(例如氧化锌变阻器或碳化硅变阻器)、齐纳二极管、火花隙或击穿二极管(breakover diode)。
使用具有可变阻抗的电阻元件允许次级开关块在电阻元件两端的电压低于预定的触发电压时，对次级开关块中流动的电流呈现高阻抗，并且在电阻元件两端的电压超过预定的触发电压时，对次级开关块中流动的电流呈现低阻抗。例如，当电阻元件是齐纳二极管时，在齐纳二极管两端的电压低于其击穿电压时，齐纳二极管阻断次级开关块中的电流流动，并且在齐纳二极管两端的电压超过其击穿电压时允许电流在次级开关块中流动。
在次级开关块中包括电阻元件确保了仅当初级开关块两端的电压足够高以使得电阻元件两端的电压超过其触发电压并因此允许电流流入次级开关块时，撬杆开关才可以被切换到它的导通状态。
根据本发明的第一方面的开关设备可形成电路中断设备的一部分，电路中断设备包括主分支、辅助分支以及用于在使用中连接到电网的第一端子和第二端子，其中所述主分支和辅助分支在所述第一端子与所述第二端子之间延伸。
在这样的电路中断设备，主分支可包括开关装置，该开关装置是可切换的以选择性地在正常操作模式下允许电流流入主分支或在故障操作模式下将电流从主分支换向到辅助分支，并且辅助分支可以包括根据本发明的第一方面的开关设备。这样的电路中断设备还可以包括至少一个灭弧块，所述或每个灭弧块包括电阻元件和/或吸收元件以在第二操作模式下吸收和消散能量。
可选的开关设备还可以包括灭弧块，其中所述灭弧块包括电阻元件和/或吸收元件以吸收并消散能量，其中所述切换控制单元控制所述或每个半导体开关的切换以选择性地将电流从初级开关块换向到灭弧块。
在电路中断设备的正常运行模式下，开关装置被闭合，并且电流从电网络流入主分支。同时开关设备的所述或每个半导体开关截止，几乎没有电流流过辅助分支并且辅助分支两端很少或几乎没有电压出现。
在DC网络中的故障或其他异常运行条件可能导致高故障电流流过DC网络。
此后，电路中断设备可经受故障清除操作、重新闭合操作和在故障没有被成功时重新闭合。在故障清除操作、重新闭合操作和在故障没有被成功清楚时重新闭合的过程中，第一电路中断设备的操作需要在辅助分支中传导电流。于是，辅助分支进而开关设备能够安全地传导电流很重要，以确保电路中断设备的平稳和可靠的操作。
如果切换控制单元和/或一个或多个半导体开关的故障不利地影响开关设备安全地传导电流的能力，则电网中发生故障可能损坏辅助分支。然而，在开关设备中包括撬杆电路使得能够形成保护性电流旁路，故障电流可以流过保护性电流旁路进而绕开开关设备的所述或每个开关模块，从而允许开关设备安全地传导故障电流。
因此，使用根据本发明的第一方面的开关设备实现了具有改进的可靠性的电路中断设备。
在本发明的进一步的实施例中，开关设备还可以包括缓冲电路，其中缓冲电路包括能量存储设备，并且所述灭弧块跨接在所述能量存储设备两端。
缓冲电路不仅为开关设备提供了缓冲能力，而且还可以被用作自供电的电源电路来提供电力，以便驱动切换控制单元，从而使得能够切换所述或每个半导体开关。
当缓冲电路被用来提供电力以驱动切换控制单元时，次级开关块的电阻元件可被选择为具有对应于初级开关块两端的电压的触发电压，初级开关块两端的电压高于对能量储存设备充分充电以提供电力来驱动切换控制单元所需的电压。
在这样的实施例中，缓冲电路还可以包括：
无源电流抑制元件，与所述能量存储设备串联连接；以及
电阻器元件，跨接在所述无源电流抑制元件两端。
无源电流抑制元件是限制电流仅在一个方向上流动的设备，并例如可以是单个二极管或多个二极管的形式。类似地，电阻元件可以包括单个电阻器或多个电阻器。
在本发明的进一步的实施例中，初级开关块可以包括多个并联连接的开关模块，和/或至少一个开关模块包括多个并联连接的开关子模块，每个开关子模块包括一个或多个半导体开关。
初级开关块中并联连接的开关模块和/或开关子模块的数量可以取决于初级开关的电流和电压要求和/或对一个或多个冗余开关模块和/或开关子模块的需要，从而提高开关设备的可靠性。
至少一个开关模块可以包括壳体内的多个并联连接的开关子模块封装，其中所述壳体包括多对端子，并且每对端子电连接到相应的一个并联连接的开关子模块的两端。以这种方式，开关模块的配置提供了在开关模块或它的每个并联连接的开关子模块中测量电流的选择。
在本发明的更进一步的实施例中，开关设备还可以包括至少一个电流传感器，以测量所述或每个开关模块和/或所述或每个开关子模块中的电流，所述切换控制单元与所述或每个电流传感器通信以在使用中从所述或每个电流传感器接收电流测量信息，其中当一个或多个开关模块和/或开关子模块中的电流超出预定电流范围时所述切换控制单元不生成所述控制信号。
以这样的方式，在开关设备中使用所述或每个电流传感器和切换控制单元使得能形成保护性电流旁路路径，来在电流过高而不能被安全传导和/或清除时减少初级开关块暴露于流过开关设备的电流。更具体地，响应于检测到开关设备中流动的过高而不能被安全传导和/或清除的电流，切换控制单元可以停止生成控制信号，以允许形成保护性电流旁路。这允许开关设备中流动的电流在撬杆开关与初级开关块之间分流，从而允许开关设备安全地传导此电流。在这种情况下，当如上所述的开关设备形成电路中断设备的一部分时，电路中断设备不再能够中断电流，但形成保护性电流旁路防止了对电路中断设备造成永久性损坏。
切换控制单元可以被配置为能够检测一个或多个开关模块和/或一个或多个开关子模块的故障或即将发生的故障，使得检测到一个或多个开关模块和/或开关子模块的故障或即将发生的故障使得切换控制单元自动停止生成控制信号，例如，如下所述。
开关模块或开关子模块的故障被定义为不允许开关模块或开关子模块正常工作的开关模块或开关子模块的状态，例如，开关模块或开关子模块的开路故障。
在使用至少一个电流传感器的本发明的实施例中，所述或每个开关模块和/或开关子模块中超出预定电流范围的电流可以对应于一个或多个开关模块和/或一个或多个开关子模块的故障或者即将发生的故障。
开关模块的故障或即将发生的故障将导致该开关模块承担比初级开关块的所述或每个其他开关模块更小的电流。于是，可以通过测量到该开关模块中的电流小于所述或每个其他开关模块中的电流，或者通过测量到所述或每个其他开关模块中的电流达到非安全水平，来检测出开关模块的故障或即将发生的故障。
类似地，开关子模块的故障或即将发生的故障会导致开关子模块承担比比该开关模块的所述或每个其他开关子模块更小的电流。于是，可以通过测量开关子模块中的电流小于所述或每个其他开关模块中的电流，或者通过测量到所述或每个其他子开关模块中的电流达到非安全水平，来检测出开关子模块的故障或即将发生的故障。
这允许从多个开关模块和/或开关子模块当中检测出一个或多个开关模块或开关子模块的故障或即将发生的故障。此外，电流传感器检测开关模块或开关子模块的故障或即将发生的故障的能力允许撬杆电路在该开关模块或开关子模块发生故障之前形成保护性电流旁路。
所述或每个电流传感器可以是能够直接测量电流的大小或直接测量电流的变化速率以确定电流大小的任何设备。例如，所述或每个电流传感器可以包括电阻分流器、电感器、电流变换器和/或罗科夫斯基线圈，所述或每个电流传感器与所述或每个开关模块和/或所述或每个开关子模块串联连接。
当如上所述开关设备形成电路中断设备的一部分时，辅助分支，进而开关设备仅需要不频繁地操作。这进而意味着所述或每个电流传感器也仅需要不频繁地操作。于是，在开关设备中使用所述或每个电流传感器可以具有成本效益。
在本发明的实施例中，开关设备还可以包括至少一个电压传感器，以测量所述或每个开关模块两端的电压，所述切换控制单元与所述或每个电压传感器通信，以在使用中从所述或每个电压传感器接收电压测量信息，其中当一个或多个开关模块两端的电压匹配或超过预定电压阈值时，所述切换控制单元不生成所述控制信号，并且所述预定电压阈值对应于所述或每个开关模块的故障。
在该开关设备中使用至少一个电压传感器允许检测开关模块的开路故障。例如，当命令开关模块导通时，如果开关模块两端的电压超过预定的电压阈值则检测出开关模块的开路故障。
根据本发明的第二个方面，提供了一种电路中断设备，包括：
主分支；
辅助分支；以及
第一端子和第二端子，用于在使用中连接到电网，其中所述主分支和辅助分支在所述第一端子与所述第二端子之间延伸，
其中所述主分支包括开关装置，所述开关装置是可切换的以选择性地允许电流在第一操作模式下流入所述主分支或在第二操作模式下将电流从所述主分支换向到所述辅助分支，
所述电路中断设备还包括至少一个灭弧块，所述灭弧块或每个灭弧块包括电阻器元件和/或吸收元件，以在所述第二操作模式下吸收和消散能量，以及
所述辅助分支包括至少一个根据本发明第一方面的任意实施例的所述开关设备，其中所述开关设备或每个开关设备的初级开关块包括至少一个开关模块，所述开关模块或每个开关模块包括至少一个半导体开关，所述至少一个半导体开关是可切换的以选择性地允许电流在第二操作模式下流经该开关模块或在第二操作模式下将电流从该开关模块换向到对应的灭弧模块或每个对应的灭弧模块，以便吸收和消散能量。
在使用中，根据本发明的第二方面的电路中断设备可以被用作DC电路断路器。
该开关装置例如可以包括至少一个机械开关元件和/或至少一个半导体开关元件。开关装置中的机械开关元件和/或半导体开关元件的数量可以根据电路中断设备的电压和切换要求而变化。
辅助分支中的开关设备的数量可以根据电路中断设备的电压要求而变化。
可选的，至少一种灭弧块跨接在辅助分支两端。
电路中断设备还可以包括与辅助分支并联连接以在第一和第二端子之间限定全桥结构的多个无源电流抑制元件，以便形成电路中断设备的双向配置。
根据本发明的第三个方面，提供了一种用于电路的撬杆电路，所述撬杆电路包括：
撬杆开关，是可切换的以选择性地允许电流流过所述撬杆开关，用于绕开所述电路；以及
次级开关块，包括开关元件，所述开关元件跨接在所述撬杆开关的控制电极和阴极两端，所述开关元件是可切换的以选择性地允许非零电压施加在所述控制电极和阴极两端，以便保持所述撬杆开关处于截止状态或将所述撬杆开关切换到导通状态，
其中当所述开关元件在使用中接收控制信号时，所述开关元件被切换为导通以便保持所述撬杆开关处于截止状态，并且当所述开关元件在使用中未接收控制信号时，所述开关元件被切换为截止以便将所述撬杆开关切换到导通状态，并且
所述开关元件与所述电路是可通信，以在使用中接收通过所述电路生成的控制信号。
应当理解的是，使用撬杆电路以建立保护性电流旁路也可以扩展至除了形成电路中断设备的一部分的开关设备之外的电路。
在本发明的第三方面的实施例中，所述次级开关块还可包括：与所述次级开关块中所述开关元件串联连接的电阻元件，所述电阻元件与所述开关元件之间的联结点连接到所述撬杆电路的所述控制电极，并且所述电阻元件跨接在所述撬杆电路的所述控制电极和阳极两端，
其中所述电阻元件的阻抗是可变的，以选择性地改变在次级开关块中的电流流动。
附图说明
现在将参考附图通过非限制性示例的方式描述本发明的优选实施例，其中：
图1以示意图的形式示出根据本发明第一实施例的第一电路中断设备；
图2以示意图的形式示出形成图1的第一电路中断设备的一部分的开关设备；
图3至5分别示出在故障清除操作、重新闭合操作和在故障没有被成功清除时重新闭合的过程中，图1的第一电路中断设备中的电压和电流的变化；
图6示出在开关设备的撬杆电路的操作过程中，图1的第一电路中断设备的辅助分支的开关设备中的电压和电流的变化；以及
图7以示意图的形式示出根据本发明第二实施例的第二电路中断设备。
具体实施方式
根据本发明第一实施例的第一电路中断设备10示于图1。
第一电路中断设备10包括主分支12、辅助分支14以及第一和第二端子16、18。每个主分支12和辅助分支14在第一和第二端子16、18之间延伸。
在使用时，第一和第二端子16、18连接到DC电网20。
主分支12包括机械开关元件22形式(例如真空断路器开关)的开关装置，该开关装置与主IGBT 24形式的多个半导体开关元件串联连接。第一电路中断设备10还包括主切换控制单元26，用以控制机械开关元件22和多个主IGBT 24的切换。
在其他实施例中，可以设想，开关装置中的机械开关元件22和主IGBT24的数量可以取决于第一电路中断设备10的电压和切换要求而变化。
辅助分支14跨接在主分支12两端，并包括多个串联连接的开关设备28。在其他实施例中，可以设想，辅助分支14中开关设备28的数量可以取决于辅助分支14的电压要求而变化。
图2以示意图形式示出每个开关设备28的结构。
每个开关设备28包括初级开关块30和辅助切换控制单元32。初级开关块30包括多个并联连接的开关模块，每个开关模块包括辅助IGBT 34形式的半导体开关。在本发明的其他实施例中，初级开关块30的一个或多个半导体开关可以采取栅极关断晶闸管(GTO)、栅极换流晶闸管(GCT)、集成栅极换向晶闸管(IGCT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或结型场效应晶体管(JFET)的形式。
可以设想，在本发明的进一步的实施例中，初级开关块30中并联连接的开关模块的数量可以取决于初级开关块30的电流要求而变化。
还设想的是，在本发明的更进一步的实施例中，多个并联连接的开关模块可以由单个开关模块替代，和/或每个开关模块中的单个半导体开关可以由多个并联连接的开关子模块替代，每个开关子模块包括一个或多个半导体开关。使用并联连接的开关模块和/或开关子模块允许开关设备28具有一个或多个冗余开关模块和/或开关子模块，从而提高了开关设备28的可靠性。
辅助切换控制单元32包括电源单元36和控制电子装置38，用以控制每个辅助IGBT34的切换。
每个开关设备28还包括多个电流传感器40。每个电流传感器40为串联连接有相应辅助IGBT 34的电阻分流器(resistive shunt)形式。以这种方式使用电阻分流器确保在并联连接的辅助IGBT 34之间分摊电流。
在本发明的其他实施例中，可以设想，每个电流传感器40可以由能够直接测量电流大小或直接测量电流变化速率以确定电流大小的不同类型的电流传感器替代，例如电感器、电流变换器或罗科夫斯基线圈(Rogowski coil)。因为第一电路中断设备10的运行涉及中断具有相对高的电流变化速率的故障电流，所以直接测量电流的变化速率的电流传感器适于测量开关设备28中的电流。
每个开关设备28还包括跨接在初级开关块30两端的电压传感器42。
辅助切换控制单元32与每个电流传感器40和电压传感器42通信，用以在使用时从每个电流传感器40接收电流测量信息并从电压传感器42接收电压测量信息。
每个开关设备28还包括缓冲电路44、灭弧块和撬杆电路46。
缓冲电路44跨接在初级开关块30两端。缓冲电路44包括电容器48形式的能量存储设备，该电容器48串联连接有二极管50形式的无源电流抑制元件，以及跨接在无源电流抑制元件两端的第一电阻52。可以设想，在其他实施例中，二极管50可被限制电流仅在一个方向上流动的另一类型的无源电流抑制元件替代。还设想，在其他实施例中，二极管50可由多个二极管替代，和/或第一电阻器52可由多个第一电阻器替代。
电容器48和二极管50之间的联结点连接到辅助切换控制单元32的电源单元36。电容器48被标定为能够充电至提供驱动辅助切换控制单元32所需电压的电压水平，即为电源单元36供电，使得控制电子装置38能够控制每个辅助IGBT 34的切换。因此，缓冲电路44不仅为开关设备28提供缓冲能力，还可以用作自供电的电源电路来供电，以便驱动辅助切换控制单元32，从而使得辅助IGBT 34能够进行切换。
在其他实施例中，通过在每个开关设备28中安装单独的电源或从接地电位提供电力给每个辅助切换控制单元32，可以向辅助切换控制单元32的电源单元36提供电力。
灭弧块跨接在缓冲电路44的电容器48两端。灭弧块包括电涌吸收器54来吸收和消散能量，其中切换控制单元控制辅助IGBT 34的开关，以选择性地将电流从初级开关块30换向到灭弧块。
可以设想，在本发明的其他实施例中，缓冲电路44可被省略，且灭弧块可以直接跨接在开关设备28两端。
可选地，除了或代替每个开关设备28中的上述灭弧块，第一电路中断设备10可包括跨接在辅助分支14两端的灭弧块。
撬杆电路46跨接在初级开关块30两端。撬杆电路46包括晶闸管56形式的撬杆开关，并且还包括次级开关块。
次级开关块包括增强型MOSFET 58形式的开关元件，和串联连接的齐纳二极管60形式的电阻元件与第二电阻62。电阻元件与MOSFET 58串联连接。电阻元件和MOSFET 58之间的联结点64连接到晶闸管56的栅极(即控制电极)，MOSFET 58跨接晶闸管56的栅极和阴极，并且电阻元件跨接晶闸管56的栅极和阳极。
可以设想，在本发明的其他实施例中，电阻元件可以省略第二电阻62，使得电阻元件仅由齐纳二极管60构成。
MOSFET 58与辅助切换控制单元32通信，以在使用时接收由辅助切换控制单元产生32生成的控制信号66。在使用时，当MOSFET 58接收控制信号66时，MOSFET 58被切换为导通，并且当MOSFET 58没有接收到控制信号66时MOSFET 58被切换为截止。
齐纳二极管60相对于电流流过开关设备28的方向的位置被设定为使得当齐纳二极管60两端的电压低于其击穿电压时齐纳二极管60阻断电流在次级开关块中流动，并且当齐纳二极管60两端的电压超过其击穿电压时允许电流在次级开关块中流动。
可以设想，在本发明的其他实施例中，晶闸管56可以由诸如GTO、GCT或IGCT等不同类型的固态开关替代，或由诸如闸流管或触发火花隙等气体放电开关替代，增强型MOSFET58可以由诸如双极型晶体管、增强型JFET或IGBT等不同类型的开关元件替代，和/或齐纳二极管60可由具有可变阻抗的另一种类型的电阻元件替代，诸如变阻器、击穿二极管、火花隙等或具有非线性电压-电流特性的其他类型的电阻元件。
以下参考图1到5描述图1中的第一电路中断设备10相对于DC电网络20的操作。
在DC网络20的正常运行期间，在第一电路中断设备10的正常操作模式下，开关装置闭合并且电流从DC网20流入主分支12。同时每个开关设备28的每个辅助IGBT 34截止，很少或几乎没有电流流过辅助分支14并且在辅助分支14两端很少或几乎没有电压出现。
图3示出在故障清除操作过程中，第一电路中断设备10中的电压76、78和电流70、82的变化。
DC网络20中的故障或其他不正常的运行状况可能导致高故障电流流经DC网络20。通过第一电路中断设备10中的电流70达到电流切断阈值72可以检测到故障的发生68。
响应于检测到DC网络20的故障，主切换控制单元26控制开关装置切换到断开74，以便在第一电路中断设备10的故障操作模式下将电流从主分支12换向到辅助分支14。一开始，在开关装置被断开之后，故障电流不会从主分支12完全换向到辅助分支14。相反，辅助分支14出现电流脉冲，这导致电压76、78被施加到电容器48和每个辅助IGBT 34两端。
在电容器48有足够的时间充电至提供所需驱动电压需要的电压水平之后，缓冲电路44提供驱动电压到辅助切换控制单元32的电源单元36。然后，每个辅助IGBT 34导通80，以允许电流82流入每个辅助IGBT 34，并且由此允许故障电流完全从主分支12换向到辅助分支14。这导致每个辅助IGBT34两端的电压78下降到零。
通常至少为数百微秒的预定时间段之后，每个辅助切换控制单元32控制相应的辅助IGBT 34切换为截止84，以将故障电流从初级开关块30换向到灭弧块。同时，在每个开关设备28中，电容器48将有足够可用的存储能量以允许缓冲电路44提供驱动电压给辅助切换控制单元32的电源单元36以使得辅助IGBT 34截止。
在此阶段，辅助分支14两端的电压足够高，以允许电流流过每个电涌吸收器54。这允许电涌吸收器54吸收和消散来自DC网20的电感能量，从而限制每个开关设备28两端最大电压86和电压上升速率，由此限制第一电路中断设备10两端的最大电压和电压的上升速率。同时，第一电路中断设备10中的电流70下降直到它达到零88。以这种方式，第一电路中断设备10经历故障清除操作以清除DC电网20中的故障。
图4示出在重新闭合(re-closing)操作过程中第一电路中断设备10中的电压76、78和电流70、82的变化。
在故障清除之后，电容器48两端和每个辅助IGBT 34存在电压76、78，并且这些电压76、78的值90由相应的电涌吸收器54决定。
为了开始第一电路中断设备10的重新闭合，每个辅助切换控制单元32控制相应的辅助IGBT 34切换到导通92，从而允许电流82流入每个辅助IGBT 34。在此阶段，每个辅助IGBT 34两端的电压78迅速下降到零，而电容器48两端的电压76逐渐减小到零。主分支12的开关装置保持断开。
与此同时，流入第一电路中断设备10的电流70从零朝向对应于在第一电路中断设备10的正常操作模式下从电网20流入主分支12的电流水平94增大。
在预定的重新闭合时间之后，主切换控制单元26导通96主IGBT 24，然后导通96机械开关元件22，即主切换控制单元26导通主分支12。由于主分支12的导通状态阻抗比辅助分支14的导通状态阻抗低得多，所以导通主分支12的动作使得大部分电流从辅助分支14换向到主分支12。紧随其后，每个辅助切换控制单元32控制相应的辅助IGBT 34切换到截止98，从而停止传导电流并由此使得辅助分支14中的任何剩余电流换向到主分支12。通过这种方式，第一电路中断设备10经历了重新闭合操作以在清除故障后恢复正常运行。
图5示出了当辅助分支14在故障没有被成功清除的情况下重新闭合时，第一电路中断设备10中电压和电流的变化。
如上所述，在故障清除之后，电容器48和每个辅助IGBT 34两端存在电压76、78，并且这些电压76、78的值90由相应的电涌吸收器54决定。
为了开始第一电路中断设备10的重新闭合，每个辅助切换控制单元32控制相应的辅助IGBT 34切换到导通92，从而允许电流82流入每个辅助IGBT 34。在此阶段，每个辅助IGBT 34两端的电压78迅速下降到零，而电容器48两端的电压76逐渐减小到零。主分支12的开关装置保持断开。
与此同时，流入每个辅助IGBT 34和第一电路中断设备10的电流82、70增大。然而，如果故障仍然存在于DC电网络20中，这些电流82、70继续增大直至达到电流切断阈值72。这促使每个辅助切换控制单元32去控制相应的辅助IGBT 34切换到截止100，从而将电流从初级开关块30换向到灭弧块。
与故障清除操作过程中第一电路中断设备10的操作相反，当辅助分支14在故障没有被成功清除的情况下重新闭合时机械开关元件22一开始是断开的。这意味着无需等待机械开关元件22来断开。因此，辅助IGBT 34可以在达到电流切断阈值72时立即截止，从而加快故障清除并降低峰值故障电流。
然后，电涌吸收器54吸收和消散来自DC网20的电感能量，以便限制每个开关设备两端的最大电压86和电压的上升速率28，由此限制第一电路中断设备10两端的最大电压和电压的上升速率。同时，第一电路中断设备10中的电流70减小直到它达到零102。以这种方式，第一电路中断设备10中断了由故障情况下重新闭合造成的故障电流。
因此，在故障清除操作、重新闭合操作和在故障情况下重新闭合的操作过程中第一电路中断设备10的操作需要辅助分支14中电流的传导。于是，辅助分支14能够安全地传导电流以确保第一电路中断设备10的平稳和可靠的操作很重要。
为了确保辅助分支14能够安全地传导电流，每个开关设备28的撬杆电路46的操作如下，参考图6。
如上所述，在每个开关设备28中，辅助切换控制单元32控制每个辅助IGBT 34切换到导通或截止，以控制电流流经初级开关块30。当每个辅助IGBT 34和初级开关块30的辅助切换控制单元32以预定的运行参数内运行时，即它们正常运行时，辅助切换控制单元32生成控制信号66并将控制信号66发送到MOSFET 58。只要初级开关块30的每个辅助IGBT 34和辅助切换控制单元32在预定的运行参数内运行，辅助切换控制单元32就连续地生成控制信号66并将控制信号66发送到MOSFET 58。
在从辅助切换控制单元32接收到控制信号66时，MOSFET 58被切换为导通，即它被闭合，或者如果它已经切换为导通则保持导通。这导致晶闸管56的栅极和阴极经由闭合的MOSFET 58连接。这意味着非零电压无法施加在晶闸管56的栅极和阴极两端以便将晶闸管56切换到其导通状态。于是，晶闸管56被保持在其关断状态，并且不传导任何电流112。
在辅助切换控制单元32出现故障的情况下，每个辅助IGBT 34不能被控制为导通以允许电流流过开关设备28。这可能对开关设备28的安全传导电流的能力产生不利的影响。同样，在一个或多个辅助IGBT 34出现故障的情况下，无法导通故障辅助IGBT 34或每个故障辅助IGBT 34也可能对开关设备28的安全传导电流的能力产生不利的影响。这可能会损坏辅助分支14，特别是在电网络20发生故障的过程中。
在每个开关设备28中包括电流传感器40和电压传感器42允许通过测量每个辅助IGBT 34中的电流82和初级开关块30两端的电压来检测一个或多个辅助IGBT 34的故障或即将发生的故障。例如，当命令一辅助IGBT34导通时，如果辅助IGBT 34两端的电压匹配或超过预定的电压阈值，则检测到辅助IGBT 34的开路故障。另外，例如，如果辅助IGBT 34中的电流超出预定的电流范围，则检测到辅助IGBT 34故障或即将发生的故障。检测辅助IGBT34的故障或即将发生的故障的此方法是可行的，因为辅助IGBT 34的故障或即将发生的故障将导致该辅助IGBT 34承担比其他辅助IGBT 34更小的电流，所以可以通过测量到该辅助IGBT 34中的电流比每个其他辅助IGBT 34中的电流小，或通过测量到每个其他辅助IGBT 34中的电流达到不安全的水平，来检测出辅助IGBT 34的故障或即将发生的故障。辅助IGBT 34的故障被定义为不允许辅助IGBT 34正常工作的辅助IGBT 34的状态，例如，辅助IGBT 34的开路故障。
应当理解的是，在开关模块包括多个并联连接的开关子模块并且每个开关子模块包括一个或多个半导体开关的实施例中，开关模块的故障可以被定义为不允许开关模块正常工作的开关模块的状态，例如，开关模块或一些其开关子模块的开路故障。
当一个或多个辅助IGBT 34中的电流82超出预定的电流范围外时，并由此对应于辅助IGBT 34的故障或即将发生的故障时，切换控制单元停止生成114控制信号66并使得每个辅助IGBT 34截止。这进而使得每个辅助IGBT 34停止传导电流82，并导致电流118传送到缓冲电路44，使得缓冲电路44的电容器48两端的电压116迅速升高。
当一个或多个辅助IGBT 34两端的电压匹配或超过对应于辅助IGBT 34的开路故障的预定电压阈值时，切换控制单元也停止生成114控制信号66并使得每个辅助IGBT 34截止。这进而使得每个辅助IGBT 34停止传导电流82，并导致电流118传送到缓冲电路44，使得缓冲电路44的电容器48两端的电压116迅速升高。
辅助切换控制单元32的故障，即其电源单元36和/或控制电子装置38的故障，使得辅助切换控制单元32自动停止生成114控制信号66并使得每个辅助IGBT 34截止。这进而使得每个辅助IGBT 34停止传导电流82，并导致电流118传送到缓冲电路44，使得缓冲电路44的电容器48两端的电压116迅速升高。
在辅助切换控制单元32和/或一个或多个辅助IGBT 34出现故障之后，MOSFET 58停止从辅助切换控制单元32接收控制信号66，并且MOSFET 58切换为截止，即它被断开。MOSFET 58的断开状态导致晶闸管56的栅极和阴极断开连接。这意味着非零电压可能施加到晶闸管56的栅极和阴极，以将晶闸管56切换到其导通状态，使得晶闸管56可以传导电流112。
如果初级开关块30两端的电压不足够高以使得齐纳二极管60两端的电压超过其击穿电压122，则电流不流入次级开关块。这意味着在MOSFET 58切换为截止时晶闸管56不能被切换到其导通状态。如果初级开关块30两端的电压足够高以使得齐纳二极管60两端的电压超过其击穿电压122，则电流可以流入次级开关块。这意味着一非零电压然后可以施加到晶闸管56的栅极和阴极，晶闸管56进而可以被切换到其导通状态。
齐纳二极管60可以被选择为具有对应于初级开关块30两端的电压的击穿电压122，初级开关块30两端的电压高于对电容器48充分充电以向辅助切换控制单元32的电源单元36提供电力所需的电压。
因此，当MOSFET 58被切换为截止并且初级开关块30两端的电压足够高以使得整个齐纳二极管60两端的电压超过其击穿电压122时，晶闸管56仅被切换120到其导通状态。
处于其导通状态的晶闸管56能够传导电流112。因此，通过将撬杆电路46跨接到初级开关块30两端，处于其导通状态的晶闸管56形成保护性电流旁路，电流可以流经该旁路，以便绕开初级开关块30。以这种方式，晶闸管56为流过开关设备28的任何电流提供了可选的安全电流路径。即使由于辅助切换控制单元32和/或一个或多个辅助IGBT 34出现故障，初级开关块30无法安全地传导电流，也允许每个开关设备28进而允许辅助分支14安全地传导电流。这反过来又阻止缓冲电路44的电容器48两端进而每个辅助IGBT 34两端的电压116进一步上升，以便维持电压116低于或处于对应于齐纳二极管60的击穿电压122的过电压保护设置。
优选地，每个开关设备28的晶闸管56具有短路故障模式，在该模式中，在晶闸管56发生故障时，故障晶闸管56形成短路，该短路在使用时允许电流流过晶闸管56。例如，晶闸管56可以是本身具有短路故障模式的压接晶闸管(pressure-bonded thyristor)。
晶闸管56的故障可能由次级开关块的电阻元件和/或MOSFET 58的故障(这阻止晶闸管56切换到其导通状态)以及晶闸管56两端的电压的上升超过安全电压水平引起。但是，即使次级开关块的电阻元件和/或MOSFET58阻止晶闸管56切换到其导通状态以传导电流，晶闸管56的短路故障模式也确保晶闸管56仍能够为流过相应的开关设备28的任何电流提供可选的短路形式的安全电流路径，从而允许开关设备28安全地传导电流。
因此，在每个开关设备28中包括撬杆电路46为每个开关设备28提供选择性地形成保护性电流旁路的能力，以便允许流过该开关设备28的任何电流在必要时绕开相应初级开关块30。这将确保单个部件故障不会导致没有通过开关设备28的安全电流路径的情况，从而提高了开关设备28的可靠性，并因此提高了第一电路中断设备10的可靠性。
此外，在流过第一电路中断设备10的电流太大而不能被安全地传导或清除的情况下，每个辅助切换控制单元32可在检测到此高电流时立即停止生成控制信号66。这使得能够形成保护性电流旁路，以便允许该电流在晶闸管56与辅助IGBT 34之间分流，从而允许每个开关设备28和辅助分支14安全地传导此高电流。在这种情况下，第一电路中断设备10不再能够中断电流，但形成该保护性电流旁路防止了对第一电路中断设备10的永久损坏。
此外，上述撬杆电路46的配置的有利之处还在于其允许撬杆电路46迅速、可靠地响应辅助切换控制单元32和/或一个或多个辅助IGBT 34的故障事件。这是因为故障事件的发生导致辅助切换控制单元32自动停止生成控制信号66，并且还因为可能不需要检测故障事件以使得辅助切换控制单元32停止生成控制信号66。这从而允许响应于故障事件快速和可靠地使得MOSFET 58截止，以将晶闸管56切换到其导通状态，以便形成保护性电流旁路。
与此相反，在故障事件之后，依赖于控制信号的生成以触发撬杆的可选的撬杆电路需要检测故障事件然后生成控制信号的步骤，这将会减慢撬杆电路对故障事件的响应。而且，这种可选的撬杆电路不仅需要额外的电路来进行检测故障事件并生成控制信号的步骤，而且还需要额外的电路来连续地运行，以便避免未检测到故障事件和/或不生成控制信号的风险。包括这样的附加电路将增加开关设备28的尺寸、重量和成本，并对撬杆电路的性能和可靠性产生不利影响。
通过在开关设备28中包括电流传感器40和电压传感器42增强了在图2所示的撬杆电路46的效果。这是因为，如上所述，在每个开关设备28中包括电流传感器40和电压传感器42允许检测一个或多个辅助IGBT 34的故障或即将发生的故障。相反，省略开关设备28中的电流传感器40和电压传感器42将仅允许撬杆电路46形成响应于辅助切换控制单元32的故障的保护性电流旁路。
另外，每个电流传感器40检测辅助IGBT 34的即将发生的故障的能力使得撬杆电路46能够在辅助IGBT 34发生故障之前形成保护性电流旁路。
此外，在第一电路中断设备10操作过程中，辅助分支14进而每个开关设备28仅需要不频繁地操作。这反过来意味着每个电流传感器40也仅需要不频繁地操作。于是，在每个开关设备28中使用电流传感器40可以具有成本效益。
图7所示为根据本发明第二实施例的第二电路中断设备110。图7的第二电路中断设备110在结构和操作上类似于图1的第一电路中断设备10，并且相似的特征共用相同的附图标记。
第二电路中断设备110与第一电路中断设备10的不同之处在于，第二电路中断设备110还包括多个无源电流抑制元件104，其与辅助分支14并联连接以在第一和第二端子16、18之间限定全桥结构。
以这种方式，第二电路中断设备110的构造导致具有双向电流中断能力的电路中断设备，即它能够在电路中断设备的第一和第二终端16、18之间的电流的两个方向操作。
在其他实施例中，可以设想，与辅助分支14并联连接以在第一和第二端子16、18之间限定全桥结构的无源电流抑制元件104的数量可以取决于第一电路中断设备10的电压要求而变化。
Claims (17)
1.一种用于电路的撬杆电路(46)，所述撬杆电路(46)包括撬杆开关(56)，所述撬杆开关(56)是可切换的以选择性地允许电流流过所述撬杆开关(56)，用于绕开所述电路；
特征在于，所述撬杆电路(46)还包括：
次级开关块，包括开关元件(58)，所述开关元件跨接在所述撬杆开关(56)的控制电极和阴极两端，所述开关元件(58)是可切换的以选择性地允许非零电压施加在所述控制电极和阴极两端，以便保持所述撬杆开关(56)处于截止状态或将所述撬杆开关(56)切换到导通状态，
其中当所述开关元件(58)在使用中接收控制信号时，所述开关元件(58)被切换为导通以便保持所述撬杆开关(56)处于截止状态，并且当所述开关元件(58)在使用中未接收控制信号时，所述开关元件(58)被切换为截止以便将所述撬杆开关(56)切换到导通状态，并且
所述开关元件(58)与所述电路是可通信，以在使用中接收通过所述电路生成的控制信号。
2.根据权利要求1所述的撬杆电路(46)，其中所述撬杆开关(56)是固态开关、闸流管或触发火花隙。
3.根据权利要求1或2所述的撬杆电路(46)，其中所述撬杆开关(56)具有短路故障模式，在所述短路故障模式中，在所述撬杆开关(56)出现故障时，故障撬杆开关(56)形成短路，使得在使用中允许电流流过所述撬杆开关(56)。
4.根据权利要求1或2所述的撬杆电路(46)，其中所述次级开关块还包括与所述次级开关块中所述开关元件(58)串联连接的电阻元件，所述电阻元件与所述开关元件(58)之间的联结点(64)连接到所述撬杆开关(56)的所述控制电极，并且所述电阻元件跨接在所述撬杆开关(56)的所述控制电极和阳极两端，其中所述电阻元件的阻抗是可变的，以选择性地改变在次级开关块中的电流流动。
5.根据权利要求4所述的撬杆电路(46)，其中所述电阻元件具有非线性电压-电流特性。
6.一种开关设备(26)，包括：
初级开关块(30)，包括：
至少一个开关模块，所述开关模块或每个开关模块包括至少一个半导体开关(34)，所述至少一个半导体开关(34)是可切换的以选择性地允许电流流过该开关模块；以及
切换控制单元(32)，用以控制所述半导体开关(34)或每个半导体开关(34)的切换；
其中所述开关设备(26)还包括根据权利要求1到5中任一权利要求所述的撬杆电路(46)，
所述撬杆开关(56)是可切换的以选择性地允许电流流过所述撬杆开关(56)，以便绕开所述开关模块或每个开关模块；
并且
所述开关元件(58)与所述切换控制单元通信，用以在使用中当所述初级开关块(30)在预定操作参数内运行时接收通过所述切换控制单元(32)生成的控制信号。
7.根据权利要求6所述的开关设备(26)，还包括灭弧块，其中所述灭弧块包括：电阻器元件和/或吸收元件(54)以吸收并消散能量，其中所述切换控制单元控制所述半导体开关(34)或每个半导体开关(34)的切换以选择性地将电流从所述初级开关块(30)换向到所述灭弧块。
8.根据权利要求7所述的开关设备，还包括缓冲电路(44)，其中所述缓冲电路(44)包括能量存储设备(48)，并且所述灭弧块跨接在所述能量存储设备(48)两端。
9.根据权利要求8所述的开关设备(26)，其中所述缓冲电路(44)还包括：
无源电流抑制元件(50)，与所述能量存储设备(48)串联连接；以及
电阻器元件(52)，跨接在所述无源电流抑制元件(50)两端。
10.根据权利要求6或7所述的开关设备(26)，其中所述初级开关块(30)包括多个并联连接的开关模块，和/或至少一个开关模块包括多个并联连接的开关子模块，每个开关子模块包括一个或多个半导体开关(34)。
11.根据权利要求6或7所述的开关设备(26)，还包括至少一个电流传感器(40)，以测量所述开关模块或每个开关模块和/或所述开关子模块或每个开关子模块中的电流，所述切换控制单元(32)与所述电流传感器(40)或每个电流传感器(40)通信，以在使用中从所述电流传感器(40)或每个电流传感器(40)接收电流测量信息，其中当一个或多个开关模块和/或开关子模块中有超出预定电流范围的电流时，所述切换控制单元(32)不生成所述控制信号。
12.根据权利要求11所述的开关设备(26)，其中所述开关模块或每个开关模块和/或所述开关子模块或每个开关子模块中超出所述预定电流范围的电流，对应于一个或多个开关模块和/或一个或多个开关子模块的故障或者即将发生的故障。
13.根据权利要求11所述的开关设备(26)，其中所述电流传感器(40)或每个电流传感器(40)包括电阻分流器、电感器、电流变换器和/或罗科夫斯基线圈，所述电流传感器(40)或每个电流传感器(40)与所述开关模块或每个开关模块和/或所述开关子模块或每个开关子模块串联连接。
14.根据权利要求6或7所述的开关设备(26)，还包括至少一个电压传感器(42)，以测量所述开关模块或每个开关模块两端的电压，所述切换控制单元(32)与所述电压传感器(40)或每个电压传感器(40)通信，以在使用中从所述电压传感器(40)或每个电压传感器(40)接收电压测量信息，其中当一个或多个开关模块两端具有匹配或超过预定电压阈值的电压时，所述切换控制单元(32)不生成所述控制信号，并且所述预定电压阈值对应于所述开关模块或每个开关模块的故障。
15.一种电路中断设备(10，110)，包括：
主分支(12)；
辅助分支(14)；以及
第一端子和第二端子(16，18)，用于在使用中连接到电网(20)，其中所述主分支和辅助分支(12，14)在所述第一端子与所述第二端子(16,18)之间延伸，
其中所述主分支(12)包括开关装置(22)，所述开关装置(22)是可切换的以选择性地允许电流在第一操作模式下流入所述主分支(12)或在第二操作模式下将电流从所述主分支(12)换向到所述辅助分支(14)，
所述电路中断设备(10，110)还包括至少一个灭弧块，所述灭弧块或每个灭弧块包括电阻器元件和/或吸收元件(54)，以在所述第二操作模式下吸收和消散能量，以及
所述辅助分支(14)包括至少一个根据权利要求6到14中任一项所述的开关设备(26)，其中所述开关设备(26)或每个开关设备(26)的初级开关块(30)包括至少一个开关模块，所述开关模块或每个开关模块包括至少一个半导体开关(34)，所述至少一个半导体开关(34)是可切换的以选择性地允许电流在第二操作模式下流经该开关模块或在第二操作模式下将电流从该开关模块换向到对应的灭弧模块或每个对应的灭弧模块，以便吸收和消散能量。
16.根据权利要求15所述的电路中断设备(10，110)，其中至少一个灭弧块跨接在所述辅助分支(14)两端。
17.根据权利要求15或16所述的电路中断设备(10，110)，还包括多个无源电流抑制元件(104)，所述多个无源电流抑制元件与所述辅助分支(14)并联连接以在所述第一端子和所述第二端子(16，18)之间限定全桥结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Baden, Switzerland Applicant after: ALSTOM TECHNOLOGY LTD. Address before: Baden, Switzerland Applicant before: Alstom Technology Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |