CN105765848A - 输电网络中使用的功率模块中的改进或与其相关的改进 - Google Patents

Abstract

一种可配置功率模块(10；80；90；140)，包括第一子模块(12)，其包括由第一连接端子(24)隔开并且与第一能量储存装置(26)并联连接的第一对(18)串联连接开关元件(20，22)。可配置功率模块(10；80；90；140)还包括第二子模块(14)，其包括由第二连接端子(42)隔开并且与第二能量储存装置(44)并联连接的第二对(36)串联连接开关元件(38，40)。所述第一子模块和第二子模块(12，14)由在第一连接模式和第二连接模式中可操作的以互连所述第一子模块和第二子模块(12，14)的连接模块(16)互连。所述第一连接模式中的所述连接模块(16)在所述第一能量储存装置和第二能量储存装置(26，44)之间建立具有双向电流特性的并联连接。所述第二连接模式中的所述连接模块(16)互连所述第一能量储存装置和第二能量储存装置(26，44)以允许所述第一能量储存装置和第二能量储存装置(26，44)充电并产生阻挡电压，以对抗在所述第一连接端子与第二连接端子(24，42)之间电流的流动。

Description

输电网络中使用的功率模块中的改进或与其相关的改进

技术领域

本发明涉及一种在输电网络中使用的可配置功率模块，尤其涉及一种在高压直流(HVDC)输电网络中使用的可配置功率模块，并且涉及包括这种模块的电压源变换器和直流断路器中的每个以及配置这种模块的方法。

发明内容

根据本发明的第一方案，提供一种可配置功率模块，用于输电网络中，包括：

第一子模块，包括由第一连接端子隔开并且与第一能量储存装置并联连接的第一对串联连接开关元件；以及

第二子模块，包括由第二连接端子隔开并且与第二能量储存装置并联连接的第二对串联连接开关元件，

所述第一子模块和第二子模块由在第一连接模式和第二连接模式中能够操作以互连所述第一子模块和第二子模块的连接模块互连，在所述第一连接模式中所述连接模块在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间建立具有双向电流特性的并联连接，并且在所述第二连接模式中所述连接模块互连所述第一能量储存装置和第二能量储存装置以允许所述第一能量储存装置和第二能量储存装置结合并产生阻挡电压，以对抗所述第一连接端子与第二连接端子之间的电流流动。

以上述指定方式配置的第一和第二子模块(即，包括由相应的第一或第二连接端子隔开的第一和第二对串联连接开关元件)与连接模块的结合允许本发明的可配置功率模块通过第一和第二能量储存装置在同一方向上通过电流，而不管在第一与第二端子之间流动的电流的方向如何。

在这种方式中，当电流在第一和第二方向中的每个上流过时，第一连接模式中的连接模块允许可配置功率模块提供正电压源。

因为这种功能允许在每半个(即，正和负)AC波形期间在AC与DC网络之间转移电力，所以这种功能对于操作电压源变换器(特别是链环式电压源变换器)是必要的，其中可重配置功率模块可以被并入该电压源变换器。

因为在例如可配置功率模块的正常操作期间电流可以在并联连接内分压，所以总的来说，包括连接模块(在第一连接模式中，其可操作为互连第一与第二子模块，其中在第一连接模式中，在对应子模块的第一与第二能量储存装置之间建立并联连接)有助于减少可配置功率模块内的传导损耗。

同时，包括连接模块(在第二连接模式中，其额外地可操作为互连第一与第二子模块，其中在第二连接模式中，能量储存装置能够结合并产生阻挡电压以对抗例如故障电流等电流)为可配置功率模块提供另外有用的功能并且因此有助于使得其比例如传统功率模块更有成本效益。

第二连接模式中的连接模块优选地将第一和第二能量储存装置彼此并联或串联(即，结合第一和第二能量储存装置)，以便允许第一和第二能量储存装置一起作用以产生阻挡电压。第一和第二能量储存装置能够产生阻挡电压以对抗在前述并联或串联连接中在第一与第二端子之间电流的流动，这为可配置功率模块提供操作灵活性。

可选地，在第一连接模式中连接模块在第一与第二能量储存装置之间建立并联连接，这允许电流在相反的第一与第二方向上在并联连接内流动。

允许电流在相反的第一方向和第二方向上在并联连接内流动，这允许可配置功率模块选择性地提供可以被使用的正电压源或负电压源(以及零电压)，例如，分别来增大或减小电压源变换器的交流(AC)端子处的输出电压。这进而使得本发明的可配置功率模块特别适合于在步进式波形产生中使用以近似正弦电压波形。

可选地，所述连接模块包括：

第一臂，在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置中每个的第一侧之间延伸；

第二臂，在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置中每个的第二侧之间延伸；以及

第一连接模块部，包括第一对双向电流流动控制元件，一个双向电流流动控制元件位于所述第一臂内，并且另一个双向电流流动控制元件位于所述第二臂内，双向电流流动控制元件中的每个在同一所述第一方向上选择性地阻挡电流流过相应的臂并且允许电流在与所述第一方向相反的同一所述第二方向上流过相应的臂。

包括第一和第二臂容易地促进第一与第二子模块之间的并联连接，同时在每个臂中包括双向电流流动控制元件提供对于电流流过连接模块并且进而流过第一和第二能量储存装置的方式的期望程度的控制，使得可以在至少一个第一方向上阻挡故障电流。

可选地，所述第一连接模块部还包括允许电流仅仅在一个方向上流过的第一单向电流流动控制元件，当所述第一对双向电流流动控制元件中的每个在所述第一方向上阻挡电流时，所述第一单向电流流动控制元件互连所述第一臂和第二臂以在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间选择性地建立第一串联连接并且允许电流在所述第一方向上流过所述连接模块。

为第一连接模块提供第一单向电流流动控制元件，这增多了通过连接模块的电流流动路径的可选方式并且促进在第二方向上阻挡故障电流。

连接模块可以包括多个第一连接模块部，并且相邻对的第一连接模块部可以被第一与第二臂之间并联连接的补充能量储存装置隔开。

包括并联连接的补充能量储存装置，这允许可配置功率模块产生(如果需要的话)更大的阻挡电压，以便充分地对抗更大的故障电流。

在本发明的优选实施例中，所述连接模块额外地包括第二连接模块部，所述第二连接模块部包括第二对双向电流流动控制元件，所述第二对双向电流流动控制元件中的一个位于所述第一臂内并且所述第二对双向电流流动控制元件中的另一个位于所述第二臂内，所述第二对双向电流流动控制元件中的每个在与所述第一方向相反的同一所述第二方向上选择性地阻挡电流流过相应的臂，所述第一连接模块部的所述第一对双向电流流动控制元件中的每个在所述第一方向上选择性地阻挡电流，所述第二模块部还包括第二单向电流流动控制元件，在所述第二对双向电流流动控制元件中的每个在所述第二方向上阻挡电流时，第二单向电流流动控制元件互连所述第一臂和第二臂以在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间建立第二串联连接并且允许电流在所述第二方向上流过所述连接模块，所述第二连接模块部接续所述第一连接部放置以限定双向模块部。

包括这种第二连接模块部，这允许本发明的可配置功率模块利用更大可能的阻挡电压(例如，如由在功率模块中包括更多的能量储存装置所提供的)，以对抗在第一和第二方向的每个上流动的故障电流。

可选地，连接模块包括彼此接续放置的多个第一和第二连接模块部，以限定相应双向模块部，相邻对双向模块部被第一与第二臂之间并联连接的补充能量储存装置隔开。

这种布置有助于最大化在第一和第二方向上的可得阻挡电压。

优选地，所述可配置功率模块还包括被布置为与所述每个第一子模块、第二子模块和所述连接模块操作性通信的控制单元，在使用中，所述控制单元配置所述可配置功率模块在正常模式和故障阻挡模式中操作，

当配置所述可配置功率模块在所述正常模式中操作时，所述控制单元在所述第一连接模式中操作所述连接模块，在所述第一连接模式中并联连接的能量储存装置彼此结合以形成更大的组合能量储存，并且所述控制单元还导通和关断所述第一子模块和第二子模块中的相应开关元件，以选择性地引导电流通过所述组合能量储存，使得所述可配置功率模块能够提供与所述组合能量储存的增大的尺寸相称的电压源，以及

当配置所述可配置功率模块在所述故障阻挡模式中操作时，所述控制单元关断所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件并且在所述第二连接模式中操作所述连接模块。

包括这种控制单元，这为可配置功率模块提供在电压源变换器中有用的第一期望程度的功能。

根据本发明的第二方案，提供一种电压源变换器，包括至少一个变换器臂，所述变换器臂包括第一臂部和第二臂部，所述第一臂部和第二臂部中的每个包括至少一个半桥模块和如上所述的至少一个可配置功率模块。

这种电压源变换器能够利用与所述或每个传统半桥模块相关联的较少资本成本和较少开关损耗，而同时允许电压源变换器在第二方向上阻挡故障电流，其中半桥模块通常不能阻挡第二方向上的故障电流。

可配置功率模块还可以包括被布置为与每个第一子模块和第二子模块以及所述连接模块操作性通信的控制单元，在使用中，所述控制单元配置所述可配置功率模块在正常模式和故障阻挡模式中操作，

当配置所述可配置功率模块在所述正常模式中操作时，所述控制单元关断所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件并且操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以阻挡在所述第一连接端子与第二连接端子之间的电流，以及

当配置所述可配置功率模块在所述故障阻挡模式中操作时，所述控制单元以如下顺序实施以下操作：

(i)导通所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件，并且操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以允许电流在所述第一连接端子与第二连接端子之间流动；

(ii)关断每个所述第一子模块和第二子模块中的一个开关元件，以引导电流流过多个能量储存装置中的每个，并且从而在每个所述能量储存装置中储存能量；以及

(iii)在其第二连接模式中操作所述连接模块以允许多个能量储存装置中的每个结合并产生阻挡电压，以对抗在所述第一连接端子与第二连接端子之间流动的故障电流。

可选地，在使用中，所述控制单元配置所述可配置功率模块在第一故障阻挡模式中操作，以阻挡在所述第一连接端子与第二连接端子之间在所述第一方向上流动的故障电流，当如此配置所述可配置功率模式时，所述控制单元以如下顺序实施以下操作：

(i)导通所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件，并且操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以允许电流在所述第一方向上流动；

(ii)关断每个所述第一子模块和第二子模块中的一个开关元件，以引导电流流过多个能量储存装置中的每个，并且从而在每个所述能量储存装置中储存能量；以及

(iii)在其第二连接模式中操作所述连接模块以允许多个能量储存装置中的每个结合并产生阻挡电压，以对抗在所述第一方向上流动的故障电流。

在使用中，所述控制单元额外地配置所述可配置功率模块在第二故障阻挡模式中操作，以阻挡在所述第一连接端子与第二连接端子之间在所述第二方向上流动的故障电流，当如此配置所述可配置功率模式时，所述控制单元以如下顺序实施以下操作：

(i)导通所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件，并且操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以允许电流在所述第二方向上流动；

(ii)关断每个所述第一子模块和第二子模块中的一个开关元件，以引导电流流过多个能量储存装置中的每个，并且从而在每个能量储存装置中储存能量；以及

(iii)在其第二连接模式中操作所述连接模块以允许多个能量储存装置中的每个结合并产生阻挡电压，以对抗在所述第二方向上流动的故障电流。

包括这种控制单元，这为可配置功率模块提供在直流断路器设备中有用的各种第二期望程度的功能。

可选地，当在其第二连接模式中操作所述连接模块时，所述控制单元操作所述连接模块以将多个能量储存装置彼此串联互连。

将多个能量储存装置彼此串联互连导致将每个能量储存装置储存的能量加和，使得当它们被结合时，能够一起产生比每个能量储存装置单独能够产生的阻挡电压更大的阻挡电压，并且因此当以这种方式结合时，可配置功率模块能够对抗更大的故障电流。

在本发明的另一个优选实施例中，当在其第二连接模式中操作所述连接模块时，所述控制单元逐步地互连多个能量储存装置中的相应能量储存装置。

多个能量储存装置中相应能量储存装置的这种逐步式互连(即，单独地或以小群组地互连相应能量储存装置)允许可配置功率模块修改(即，塑造故障电流波形的形状)，例如，以便当消除故障电流时，提供低的电流变化速率。故障电流波形的这种塑造意味着可以在可配置功率模块内的各种能量储存装置中的能量储存被最小化的时间点处实现消除故障电流，以便还最小化任何相应的过电压。

优选地，每个能量储存装置包括与其并联连接的电涌吸收器。

包括与每个能量储存装置相关联的这种电涌吸收器，这将由每个能量储存装置储存的能量限制到限定等级。

根据本发明的第三方案，提供一种直流断路器设备，包括主路径和辅路径，所述主路径包括彼此串联布置的电子开关和机械断路器，并且所述辅路径包括如上所述的可配置功率模块。

在其正常模式操作期间，这种断路器设备内的可配置功率模块呈现高阻抗，并且当被配置为在其故障阻挡模式中操作时，其能够最初地呈现对于故障电流的低阻抗，然后当机械断路器中的触点开始分开时，在一旦所述触点断开即控制暂态过电压之前，控制电压的变化速率。

根据本发明的第四方案，提供一种配置如上所述的可配置电源模块的方法，其中：

配置所述可配置功率模块在正常模式中操作包括以下步骤：

(a)在所述第一连接模式中操作所述连接模块，在所述第一连接模式中，所述并联连接能量储存装置彼此结合以形成更大的组合能量储存；以及

(b)导通和关断所述第一模块和第二模块中的相应开关元件，以选择性地引导电流通过所述组合能量储存，使得所述可配置功率模块提供与所述组合能量储存的增大的尺寸相称的电压源；以及

配置所述可配置功率模块在故障阻挡模式中操作包括以下步骤：

(c)关断所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件；以及

(d)在所述第二连接模式中操作所述连接模块。

这种方法为可配置功率模块提供在电压源变换器中有用的第一期望程度的功能。

根据本发明的第五方案，提供一种配置如上所述的可配置功率模块的方法，其中：

配置所述可配置功率模块在正常模式中操作包括以下步骤：

(a)关断所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件；以及

(b)操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以阻挡在所述第一连接端子与第二连接端子之间的电流；以及

配置所述可配置功率模块在所述故障阻挡模式中操作包括以下顺序的以下步骤：

(c)导通所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件并且操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以允许电流在所述第一连接端子与第二连接端子之间流动；

(d)关断每个所述第一子模块和第二子模块中的一个开关元件，以引导电流流过多个能量储存装置中的每个并且在每个所述能量储存装置中储存能量；以及

(e)在其第二连接模式中操作所述连接模块以允许多个能量储存装置中的每个结合并产生阻挡电压，以对抗在所述第一连接端子与第二连接端子之间流动的故障电流。

这种方法为可配置功率模块提供在直流断路器设备中有用的第二期望程度的功能。

附图说明

现在将参照以下附图，通过非限制示例来描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1(a)示出根据本发明第一实施例的可配置功率模块的示意图；

图1(b)示出当被配置为在正常模式中操作时，图1(a)所示的可配置功率模块的又一示意图；

图2(a)至图2(d)示意性地示出在相应故障阻挡模式中图1所示的可配置功率模块的操作；

图3示出根据本发明第二实施例的可配置功率模块的示意图；

图4(a)和图4(b)示意性地示出在相应故障阻挡模式中图3所示的可配置功率模块的操作；

图5示出根据本发明第三实施例的可配置功率模块的示意图；

图6(a)和图6(b)示意性地示出在相应故障阻挡模式中图5所示的可配置功率模块的操作；

图7示出根据本发明实施例的合并了可配置功率模块的电压源变换器的示意图；

图8示出根据本发明第四实施例的可配置功率模块的示意图；

图9(a)至图9(d)示意性地示出在正常模式和故障阻挡模式中图8所示的可配置功率模块的操作；

图10示出合并了图8所示的可配置功率模块的直流断路器设备的示意图；

图11示出根据本发明第五实施例的可配置功率模块的示意图；以及

图12(a)至图12(d)示意性地示出图11所示的可配置功率模块的操作。

具体实施方式

根据本发明第一实施例的可配置功率模块由附图标记10一般性地指定。

第一可配置功率模块10包括由连接模块16互连的第一子模块12和第二子模块14，在第一和第二连接模式中连接模块16可操作为互连第一子模块12和第二子模块14。

第一子模块12具有第一对(18)第一开关元件20和第二开关元件22，其中第一开关元件20和第二开关元件22由第一连接端子24隔开并且与第一能量储存装置26并联连接。

在所示实施例中，开关元件20、22中的每个是双向电流流动控制元件28，其在一个方向上选择性地阻挡电流流过而总是允许电流在另一个相反方向上流动。尤其，每个双向电流流动控制元件28包括例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)形式的半导体器件30，半导体器件30与反并联二极管32并联连接。然而，能够使用另一种半导体器件30代替IGBT。

另外，在所示实施例中，第一能量储存装置26是第一电容器34，尽管其它形式的能量储存装置也是可能的。

第二子模块14具有第二对(36)第三开关元件38和第四开关元件40，其中第三开关元件38和第四开关元件40由第二连接端子42隔开并且与第二能量储存装置44并联连接。第三开关元件38和第四开关元件40中的每个是上面刚刚描述类型的双向电流流动控制元件28，并且第二能量储存装置44是第二电容器46，尽管其它形式的能量储存装置也同样是可能的。

连接模块16包括在第一能量储存装置26和第二能量储存装置44(即，第一电容器34和第二电容器46)中每个的第一侧50之间延伸的第一臂48。连接模块16还包括在第一电容器34和第二电容器46中每个的第二侧54之间延伸的第二臂52。在所示实施例中，第一电容器34和第二电容器46中的每个被布置为使得其各自的第一侧50是其正侧。

此外，连接模块16包括第一连接模块部56，它包括第一对(58)第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62。第一补充双向电流流动控制元件60位于第一臂48内而第二补充双向电流流动控制元件62位于第二臂52内。

在所示实施例中，补充双向电流流动控制元件60、62中的每个与双向电流流动控制元件28(其形成上述第一、第二、第三、第四开关元件20、22、38、40)类似，并且为此，补充双向电流流动控制元件60、62中的每个在一个方向上选择性地阻挡电流流过其给定的臂48、52，而总是允许电流在另一个相反方向上流过该臂48、52。尤其，补充双向电流流动控制元件60、62中的每个被布置为使得它们在同一第一方向D₁上选择性地阻挡电流流过相应的臂48、52，而总是在与第一方向D₁相反的同一第二方向D₂上允许电流流过给定臂48、52。其它类型的补充双向电流流动控制元件60、62也是可能的。

第一连接模块部56还包括第一单向电流流动控制元件64，其允许电流在仅仅一个方向上流过。在所示实施例中，第一单向电流流动控制元件64是第一二极管66。

第一二极管66互连第一臂48和第二臂52，尤其，第一二极管66建立从第二电容器46的第二侧54到第一电容器34的第一侧50的电流路径，以便当第一对(58)补充双向电流流动控制元件60、62中的每个在第一方向D₁上阻挡电流时，选择性地在第一电容器34与第二电容器46之间建立允许电流在第一方向D₁上流过连接模块16的第一串联连接。

第一可配置功率模块10还包括第一控制单元68，其被布置为与第一子模块12和第二子模块14以及连接模块16中的每个操作性通信。

在使用中，第一控制单元68配置第一可配置功率模块10在正常模式和故障阻挡模式中操作。

当配置第一可配置功率模块10在正常模式中操作时，第一控制单元68在第一连接模式中操作连接模块16，尤其，通过导通第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62中的每个，在第一电容器34与第二电容器46之间建立并联连接。第一电容器34与第二电容器46之间的并联连接具有双向流动特性，在这个意义上，电流被允许在第一方向D₁和第二方向D₂流过该并联连接。

以这种方式，第一控制单元68将第一电容器34与第二电容器46彼此结合以形成更大的有效电容(等于第一电容器34与第二电容器46的电容的总和)。

此后，第一控制单元68导通和关断相应开关元件20、22、38、40，以选择性地引导电流通过组合电容器34、36，使得第一可配置功率模块10提供与更大尺寸的组合电容器34、36的尺寸相称的正或负电压源。尤其，第一电容器34与第二电容器36之间的并联连接额外地允许电流在第一方向和第二方向上流入和流出第一电容器34和第二电容器46(即，通过第一电容器34和第二电容器46)，以便选择性地允许提供上述正和负电压源。

第一控制单元68还控制第一、第二、第三和第四开关元件20、22、38、40的切换，以选择性地旁路第一电容器34和第二电容器46，并且从而使得第一可配置功率模块10提供零电压源，同时允许电流流过第一方向D₁和第二方向D₂中的每个。

在特定的正常操作模式中，第一控制单元68关断第三开关元件38并且导通第二对开关元件36中的第四开关元件40(或相反)，以将第一可配置功率模块10布置为伪半桥结构。这种结构能够只提供正电压源或零电压源，同时在两个方向上传导电流，但是它具有比在如上所述的传统全桥结构中操作的同一模块10更低的开关损耗。

当配置第一可配置功率模块10在故障阻挡模式中操作时，第一控制单元68关断第一对开关元件18和第二对开关元件36中所有的第一、第二、第三和第四开关元件20、22、38、40，并且在其第二连接模式中操作连接模块16。

当在其第二连接模式中操作连接模块16时，第一控制单元68还关断第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62两者。

响应于在第二方向D₂上流动的电流(例如故障电流I_Fault)，即如图2(a)所示，每个第一开关元件20和第四开关元件40以及第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62中的反并联二极管32作用为将第一电容器34和第二电容器46彼此并联地互连，并且从而允许它们结合并产生阻挡电压以对抗流过第一可配置功率模块10的故障电流I_Fault。

第一电容器34和第二电容器46并联连接，因此其每个两端的电压一定基本相同。其结果是，它们能够产生的阻挡电压仅仅与第一电容器34和第二电容器46中单独一个的尺寸相称。

响应于在第一方向D₁上流动的故障电流I_Fault，即如图2(b)所示，每个第二开关元件22和第三开关元件38中的反并联二极管32以及第一单向电流流动控制元件64(即，第一二极管66)作用为将第一电容器34和第二电容器46彼此串联地互连为第一串联结构。这也允许第一电容器34和第二电容器46结合并产生阻挡电压，以对抗流过第一可配置功率模块10的故障电流I_Fault。

然而，因为在本示例中，第一电容器34和第二电容器46串联连接，所以其每个两端的电压结合以提供与一电容器34和第二电容器46的尺寸总和(即，两倍的尺寸)相称的更大的阻挡电压。

图3示意性地示出根据本发明第二实施例的可配置功率模块80。第二可配置功率模块80类似于第一可配置功率模块10并且类似的特征共用相同的附图标记。

然而，第二可配置功率模块80替代性地包括两个第一连接模块部56，其由补充电容器84形式的补充能量储存装置82(其在第一臂48与第二臂52之间并联连接)隔开。

本发明的其它实施例可以包括两个以上的第一连接模块部56以及类似地更多的相关联的补充能量储存装置82(例如，补充电容器84)。

在使用中，第一控制单元68配置第二可配置功率模块80在正常模式和故障阻挡模式中操作，其与第一可配置功率模块10在正常模式和故障阻挡模式中的操作非常类似。

当配置第二可配置功率模块80在正常模式中操作时，第一控制单元68也在第一连接模式中操作连接模块16，以在第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84之间建立并联连接，并且通过导通每个第一连接模块部56中的每个第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62来允许电流在第一方向D₁和第二方向D₂上流过该并联连接。

以这种方式，第一控制单元68将第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84彼此结合以形成更大的有效电容(等于第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84的电容的总和)。

此后，第一控制单元68导通和关断相应开关元件20、22、38、40，以选择性地引导电流通过组合电容器34、46、84，使得第二可配置功率模块80提供与更大尺寸的组合电容器34、46、84的尺寸(即，三倍的尺寸)相称的正或负电压源。

当配置第二可配置功率模块80在故障阻挡模式中操作时，第一控制单元68关断第一对开关元件18和第二对开关元件36中所有的第一、第二、第三和第四开关元件20、22、38、40，并且在第二连接模式中操作连接模块16。

当在其第二连接模式中操作连接模块16时，第一控制单元68也关断每个第一连接模块部56中的第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62两者。

响应于在第二方向D₂上流动的故障电流I_Fault，即如图4(a)所示，每个第一开关元件20和第四开关元件40以及在每个第一连接模块部56中的第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62中的反并联二极管32作用为将第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84彼此并联地互连，并且从而允许它们结合并产生阻挡电压以对抗流过第二可配置功率模块80的故障电流I_Fault。

第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84也并联连接，因此其每个两端的电压一定基本相同。其结果是，它们能够产生的阻挡电压仅仅与第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84中单独一个的尺寸相称。

响应于在第一方向D₁上流动的故障电流I_Fault，即如图4(b)所示，每个第二开关元件22和第三开关元件38中的反并联二极管32以及在每个第一连接模块部56中的第一单向电流流动控制元件64(即，第一二极管66)作用为将第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84彼此串联地互连。这也允许第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84结合并产生阻挡电压，以对抗流过第二可配置功率模块80的故障电流I_Fault。

然而，第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84串联连接，所以其每个两端的电压结合以提供与第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84的尺寸总和(即，三倍的尺寸)相称的更大阻挡电压。

图5示意性地示出根据本发明第三实施例的可配置功率模块90。

第三可配置功率模块90类似于第一可配置功率模块10并且类似的特征共用相同的附图标记。

第三可配置功率模块90与第一可配置功率模块10的不同之处在于它包括连接模块16(其额外地包括第二连接模块部92)。

第二连接模块部92具有第二对(94)第三补充双向电流流动控制元件96和第四补充双向电流流动控制元件98。第三补充双向电流流动控制元件96位于第一臂48内，并且第四补充双向电流流动控制元件98位于第二臂52内。第三补充双向电流流动控制元件96和第四补充双向电流流动控制元件98被布置在与每个第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62相反的指向上，使得第三补充双向电流流动控制元件96和第四补充双向电流流动控制元件98均在第二方向D₂(即，与第一方向D₁相反，其中每个第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62在第一方向D₁上选择性地阻挡电流流过相应的臂48、52)上选择性地阻挡电流流过相应的臂48、52。

第二连接模块部92还包括以第二二极管102形式的第二单向电流流动控制元件100。

类似地，第二二极管102互连第一臂48和第二臂52，但是替代地建立从第一电容器34的第二侧54至第二电容器46的第一侧50的电流流动路径(经由第二补充双向电流流动控制元件62)，以便当第一对58和第二对94补充双向电流流动控制元件60、62、96、98中的每个在第二方向D₂上阻挡电流时，选择性地在第一电容器34与第二电容器46之间建立第一串联连接，其允许电流在第二方向D₂上流过连接模块16。

第二连接模块部92接续第一连接模块部56放置，并且以这种方式，两个连接模块部56、92一起限定双向模块部104。

本发明的另外实施例可以包括具有多个这种双向模块部104的连接模块16，其相邻的各对双向模块部被第一臂48与第二臂52之间并联连接的补充能量储存装置(例如，补充电容器)隔开。

在使用中，第一控制单元68配置第三可配置功率模块90也在正常模式和故障阻挡模式中操作，其与第一可配置功率模块10在正常模式和故障阻挡模式中的操作类似。

当配置第三可配置功率模块90在正常模式中操作时，通过额外地导通第二连接模块部92中第二对开关元件94中的每个第三补充双向电流流动控制元件96和第四补充双向电流流动控制元件98，在第一连接模式中操作连接模块16，即，在第一电容器34与第二电容器36之间建立并联连接。

此后，它以与第一可配置功率模块10基本相同的方式起作用。

当配置第三可配置功率模块90在故障阻挡模式中操作时，通过额外地关断第二连接模块部92中的第三补充双向电流流动控制元件96和第四补充双向电流流动控制元件98两者，在其第二连接模式中操作连接模块16。

响应于在第一方向D₁上流动的故障电流I_Fault，即如图6(b)所示，第一连接模块部56中的第一单向电流流动控制元件64(即，第一二极管66)与第二连接模块部92的第四单向电流流动控制元件98中的反并联二极管32协作以将第一电容器34和第二电容器46互连为第一串联连接。这也允许第一电容器34和第二电容器46结合并产生阻挡电压，以对抗流过第三可配置功率模块90的所述故障电流I_Fault。另外，第一电容器34和第二电容器46也被串联连接，所以提供与第一电容器34和第二电容器46的尺寸总和(即，两倍的尺寸)相称的更大阻挡电压。

响应于在第二方向D₂上流动的故障电流I_Fault，即如图6(a)所示，第二连接模块部92中的第二单向电流流动控制元件100(即，第二二极管102)与第一连接模块部56的第二另外单向电流流动控制元件62中的反并联二极管32协作，以将第一电容器34和第二电容器46互连为第二串联连接。这允许第一电容器34和第二电容器46结合并产生阻挡电压，以对抗所述故障电流I_Fault，并且因为第一电容器34和第二电容器46被串联连接，所以可以提供与第一电容器34和第二电容器46的尺寸总和(即，两倍的尺寸)相称的更大阻挡电压。

图7示出电压源变换器110的示意图，其包括第一直流(DC)端子112和第二直流(DC)端子114，第一、第二和第三变换器臂116、118、120在其间延伸。

每个变换器臂116、118、120包括由交流(AC)端子126隔开的第一臂部122和第二臂部124。

每个臂部122、124包括链环式变换器128，其在AC端子126与第一或第二DC端子112、114中的相应一个之间延伸。

每个链环式变换器128包括多个串联连接的模块130，其进而包括传统半桥模块132和第一可配置功率模块10的混合。

例如，如果串联连接模块130的三分之一是第一可配置功率模块10，则由下式给出针对如图2(b)所示在第一方向D₁上流动的故障电流I_Fault所产生的总阻挡电压，即，

V_Blocking＝2×0.33×2V_DC

其中，V_DC为单独的第一电容器34或第二电容器46可以产生的最大电压，其通常为大约0.9×(第一DC端子112与第二DC端子114之间的DC电压)，使得

V_Blocking≈1.32/0.9

V_Blocking≈1.47V_Fault

这足以快速地停止在第一方向D₁上流动的故障电流I_Fault。

如果利用第二可配置功率模块80，则因为每个模块能够在第一方向D₁产生比第一可配置功率模块10更大的阻挡电压，所以能够使用更少的这些模块80。

例如，具有仅仅22％的串联连接模块130作为第二可配置功率模块80，也给出了总阻挡电压，如下所示

V_Blocking＝2×0.22×3V_DC

即V_Blocking≈1.47V_Fault

这也足以快速地停止在第一方向D₁上流动的故障电流I_Fault。

根据本发明第四实施例的可配置功率模块由附图标记140一般性地指定，并且在图8中示意性地示出。

第四可配置功率模块140类似于第二可配置功率模块80，但是替代性地包括更多的第一连接模块部56和相关联的补充电容器84。通常地，第四可配置功率模块140包括10个左右这种模块部56。

另外，第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84中的每个具有与其并联连接的电涌吸收器142。

第四可配置功率模块140还包括第二控制单元144，第二控制单元144也被布置为与每个第一子模块12和第二子模块14以及连接模块16操作性通信。

在使用中，第二控制单元144也配置第四可配置功率模块140在正常模式和在故障阻挡模式中操作。

当配置第四可配置功率模块140在正常模式中操作时，第二控制单元144关断第一子模块12和第二子模块14中的所有第一、第二、第三和第四开关元件20、22、38、40，并且操作多个第一连接模块部56的每个中的每个第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62，以阻挡第一方向D₁上的电流，即如图9(a)所示。

因此，当第四可配置功率模块140被配置为在该正常模式中操作时，它呈现了对试图从第二连接端子42流向第一连接端子24的任何电流的高阻抗。

当配置第四可配置功率模块140在故障阻挡模式中操作时，第二控制单元144以如下顺序实施以下操作。

它首先导通第一子模块12和第二子模块14中的所有第一、第二、第三和第四开关元件20、22、38、40，并且它操作多个第一连接模块部56的每个中的第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62，以允许电流在第一方向D₁上流动，如图9(b)示意性地所示。

在这种结构中，故障电流I_Fault直接地流过第四可配置功率模块140，并且在第一臂48和第二臂52与第一补充双向电流流动控制元件60或第二补充双向电流流动控制元件62的相应串之间分压，使得产生较低的传导损耗。

然后第二控制单元144关断第一开关元件20和第四开关元件40以引导故障电流I_Fault流过多个能量储存装置26、44、82中的每个(即每个第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84)，以便在每个第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84中储存能量(即充电)，即如图9(c)所示。

此后，第二控制单元144在其第二连接模式中操作连接模块16，即关断相应第一连接模块56中的每个第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62，以便经由相应第一单向电流流动控制元件64(即，每个第一连接模块部56的第一二极管66)在所有电容器34、46、84之间建立第一串联连接，即如图9(d)所示。

这允许每个电容器34、46、84结合并产生基本上等于每个电容器34、46、84两端的电压(即，充电)总和的阻挡电压，以对抗在第一方向D₁上流动的故障电流I_Fault，从而消除故障电流I_Fault。

第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62的这种关断可以逐步地(例如分阶段)进行，以便修改故障电流I_Fault的波形形状。

图10示出DC断路器设备150的示意图，其中合并有第四可配置功率模块140。

尤其，DC断路器设备150包括主辅电流路径152和辅电流路径154。

主电流路径152包括低电压电子开关156，在发生故障的情况下，其阻挡电流流过主电流路径152。主电流路径152还包括与电子开关156串联布置的机械断路器158。

辅电流路径154包括上述第四可配置功率模块140。

在使用时，在不存在故障时，第四可配置功率模块140被配置为在其正常模式中操作，以便在辅电流路径154中呈现高阻抗。

一旦检测到故障，低电压电子开关156被断开并且故障电流I_Fault从主电流路径152转移至辅电流路径154。

然后，第二控制单元144导通(即闭合)所有的第一、第二、第三和第四开关元件20、22、38、40以及第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62，使得故障电流I_Fault直接地流过第四可配置功率模块140和相关联的辅电流路径154，并且所述故障电流I_Fault在连接模块16的第一臂48和第二臂52之间分压，如图9(b)所示。

当机械断路器158的主触点是已知或者被假定断开的时候，第一开关元件20和第四开关元件40被关断，并且故障电流I_Fault流经所有的并联连接电容器34、46、84，直到每个电容器34、46、84两端的电压达到电涌吸收器导电的电涌吸收器142水平，如图9(c)所示。因为电涌吸收器以上述方式导电，它们从所连接的电气系统耗散能量。

在此期间，即，因为机械断路器158的主触点是断开的，所以在辅电流路径154以及因此在机械断路器158两端的电压的增长速率受电容器34、46、84的总并联电容限制。

从这一点来说，正向选择性的第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62被关断，以允许故障电流I_Fault经由第一二极管66流过电容器34、46、48的串联组，直到所有的电容器34、46、84被串联连接，如图9(d)所示，并且辅电流路径154产生最大阻挡电压以消除故障电流。

根据本发明第五实施例的可配置功率模块由附图标记170一般性地指定，并且在图11中示意性地示出。

第五可配置功率模块170类似于如图5所示的第三可配置功率模块90，并且类似的特征共用相同的附图标记。然而，第五可配置功率模块170替代性地包括更多的第一连接模块部56和第二连接模块部92(即双向模块部104)和相关联的补充电容器84。通常地，第五可配置功率模块170包括10个左右这种双向模块部104。

每个第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84也具有与其并联连接的电涌吸收器，但是为了清楚起见，在图11和图12(a)至图12(d)中每个将其省略。

第五可配置功率模块170也包括第二控制单元144，第二控制单元144被类似地布置为与每个第一子模块12和第二子模块14以及连接模块16(即，多个第一连接模块部56和第二连接模块部92)操作性通信。

在使用中，第二控制单元144也配置第五可配置功率模块170在正常模式中操作，并且它还配置第五可配置功率模块170在第一故障阻挡模式和第二故障阻挡模式中操作，其中在第一故障阻挡模式中，它阻挡在第一连接端子24与第二连接端子42之间在第一方向D₁上流动的电流，并且在第二故障阻挡模式中，它阻挡在第一连接端子24与第二连接端子42之间在第二方向D₂上流动的电流。

当配置第五可配置功率模块170在正常模式中操作时，第二控制单元144关断第一子模块12和第二子模块14中的所有第一、第二、第三和第四开关元件20、22、38、40，并且操作多个第一连接模块部56和第二连接模块部92的每个中的每个第一、第二、第三和第四补充双向电流流动控制元件60、62、96、98，以阻挡电流从其中流过。以这种方式，第五可配置功率模块170能够阻挡在第一连接端子24与第二连接端子42之间在第一方向D₁上流动的电流，即以关于第四可配置功率模块140的图9(a)中所示的类似方式，并且还阻挡在第一连接端子24与第二连接端子42之间在第二方向D₂上流动的电流，即如图12(a)所示。

因此，当第五可配置功率模块170被配置在该正常模式中操作时，它呈现了对试图从第二连接端子42流向第一连接端子24的任何电流的高阻抗，反之亦然。

当配置第五可配置功率模块170在第一故障阻挡模式中操作时，第二控制单元144以如下顺序实施以下操作，该顺序与操作关于当被配置为在其故障阻挡模式中操作时的第四可配置功率模块140的顺序相同，即，以对抗和消除在第一方向D₁上流动的故障电流I_Fault。

同时，当配置第五可配置功率模块170在第二故障阻挡模式中操作时，第二控制单元144以如下顺序实施以下操作。

它首先导通第一子模块12和第二子模块14中的所有第一、第二、第三和第四开关元件20、22、38、40，并且它操作多个第一连接模块部56和第二连接模块部92的每个中的第一、第二、第三和第四补充双向电流流动控制元件60、62、96、98，以允许电流在第二方向D₂上流动，如图12(b)示意性地所示。于是，在每个第一补充双向电流流动控制元件60和第二补充双向电流流动控制元件62中的反并联二极管32允许这种电流流动，所以无需第二控制单元144以物理地导通这些元件60、62中的每个。

在这种结构中，故障电流I_Fault直接地流过第五可配置功率模块170，并且也在第一臂48和第二臂52与第一补充双向电流流动控制元件60和第三补充双向电流流动控制元件96或第二补充双向电流流动控制元件62和第四补充双向电流流动控制元件98的相应串之间分压，使得产生较低的传导损耗。

然后第二控制单元144关断第二开关元件22和第三开关元件38以引导故障电流I_Fault流过多个能量储存装置26、44、82中的每个(即每个第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84)，以便在每个第一电容器34、第二电容器46和补充电容器84中储存能量(即充电)，即如图12(c)所示。

此后，第二控制单元144在其第二连接模式中操作连接模块16，即关断相应第一连接模块56和第二连接模块92中的每个第一、第二、第三和第四补充双向电流流动控制元件60、62、96、98，以便经由相应第二单向电流流动控制元件100(即，每个第二连接模块部92的第二二极管102)在所有电容器34、46、84之间建立第二串联连接，即如图12(d)所示。

这允许每个电容器34、46、84结合并产生基本上等于每个电容器34、46、84两端的电压总和的阻挡电压(即，充电)，以对抗在第二方向D₂上流动的故障电流I_Fault，从而消除故障电流I_Fault。

第一、第二、第三和第四补充双向电流流动控制元件60、62、96、98的这种关断，并且特别是第三补充双向电流流动控制元件96和第四补充双向电流流动控制元件98的这种关断，也可以逐步地(例如分阶段)进行，以便修改故障电流I_Fault的波形形状。

第五可配置功率模块170可以被类似地合并入图10所示类型的DC断路器设备。

Claims (18)

1.一种可配置功率模块，用于输电网络中，包括：

第一子模块，包括由第一连接端子隔开并且与第一能量储存装置并联连接的第一对串联连接开关元件；以及

第二子模块，包括由第二连接端子隔开并且与第二能量储存装置并联连接的第二对串联连接开关元件，

所述第一子模块和第二子模块由连接模块互连，所述连接模块能够操作以在第一连接模式和第二连接模式中互连所述第一子模块和第二子模块，在所述第一连接模式中所述连接模块在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间建立具有双向电流特性的并联连接，并且在所述第二连接模式中所述连接模块互连所述第一能量储存装置和第二能量储存装置以允许所述第一能量储存装置和第二能量储存装置结合并产生阻挡电压，以对抗所述第一连接端子与第二连接端子之间的电流流动。

2.根据权利要求1所述的可配置功率模块，其中在所述第一连接模式中所述连接模块在所述第一能量储存装置与所述第二能量储存装置之间建立并联连接，这允许电流在相反的第一方向和第二方向上在该并联连接内流动。

3.根据权利要求1或2所述的可配置功率模块，其中所述连接模块包括：

第一臂，在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置中每个的第一侧之间延伸；

第二臂，在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置中每个的第二侧之间延伸；以及

第一连接模块部，包括第一对双向电流流动控制元件，一个双向电流流动控制元件位于所述第一臂内，并且另一个双向电流流动控制元件位于所述第二臂内，这些双向电流流动控制元件中的每个在同一所述第一方向上选择性地阻挡电流流过相应的臂并且允许电流在与所述第一方向相反的同一所述第二方向上流过相应的臂。

4.根据权利要求3所述的可配置功率模块，其中所述第一连接模块部还包括允许电流仅仅在一个方向上流过的第一单向电流流动控制元件，当所述第一对双向电流流动控制元件中的每个在所述第一方向上阻挡电流时，所述第一单向电流流动控制元件互连所述第一臂和第二臂以在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间选择性地建立第一串联连接并且允许电流在所述第一方向上流过所述连接模块。

5.根据权利要求3或4所述的可配置功率模块，其中所述连接模块包括多个第一连接模块部，并且相邻对第一连接模块部被所述第一臂与第二臂之间并联连接的补充能量储存装置隔开。

6.根据权利要求4所述的可配置功率模块，其中所述连接模块额外地包括第二连接模块部，所述第二连接模块部包括第二对双向电流流动控制元件，所述第二对双向电流流动控制元件中的一个位于所述第一臂内并且所述第二对双向电流流动控制元件中的另一个位于所述第二臂内，所述第二对双向电流流动控制元件中的每个在与所述第一方向相反的同一所述第二方向上选择性地阻挡电流流过相应的臂，所述第一连接模块部的所述第一对双向电流流动控制元件中的每个在所述第一方向上选择性地阻挡电流，所述第二模块部还包括第二单向电流流动控制元件，在所述第二对双向电流流动控制元件中的每个在所述第二方向上阻挡电流时，所述第二单向电流流动控制元件互连所述第一臂和第二臂以在所述第一能量储存装置与第二能量储存装置之间建立第二串联连接并且允许电流在所述第二方向上流过所述连接模块，所述第二连接模块部接续所述第一连接部放置以限定双向模块部。

7.根据权利要求6所述的可配置功率模块，其中所述连接模块包括彼此接续放置的多个第一连接模块部和第二连接模块部以限定相应双向模块部，相邻对双向模块部被所述第一臂与所述第二臂之间并联连接的补充能量储存装置隔开。

8.根据任一项前述权利要求所述的可配置功率模块，还包括被布置为与所述每个第一子模块、第二子模块和所述连接模块操作性通信的控制单元，在使用中，所述控制单元配置所述可配置功率模块在正常模式和故障阻挡模式中操作，

当配置所述可配置功率模块在所述正常模式中操作时，所述控制单元在所述第一连接模式中操作所述连接模块，在所述第一连接模式中并联连接的能量储存装置彼此结合以形成更大的组合能量储存，并且所述控制单元还导通和关断所述第一子模块和第二子模块中的相应开关元件，以选择性地引导电流通过所述组合能量储存，使得所述可配置功率模块能够提供与所述组合能量储存的增大的尺寸相称的电压源，以及

当配置所述可配置功率模块在所述故障阻挡模式中操作时，所述控制单元关断所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件并且在所述第二连接模式中操作所述连接模块。

9.一种电压源变换器，包括至少一个变换器臂，所述变换器臂包括第一臂部和第二臂部，所述第一臂部和第二臂部中的每个包括至少一个半桥模块和根据任一项前述权利要求所述的至少一个可配置功率模块。

10.根据当从属于权利要求4时的权利要求5或根据权利要求7所述的可配置功率模块，还包括被布置为与所述第一子模块和第二子模块以及所述连接模块中的每个操作性通信的控制单元，在使用中，所述控制单元配置所述可配置功率模块在正常模式和故障阻挡模式中操作，

当配置所述可配置功率模块在所述正常模式中操作时，所述控制单元关断所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件并且操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以阻挡在所述第一连接端子与第二连接端子之间的电流，以及

当配置所述可配置功率模块在所述故障阻挡模式中操作时，所述控制单元以如下顺序实施以下操作：

(i)导通所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件，并且操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以允许电流在所述第一连接端子与第二连接端子之间流动；

(ii)关断每个所述第一子模块和第二子模块中的一个开关元件，以引导电流流过多个能量储存装置中的每个，并且从而在每个所述能量储存装置中储存能量；以及

(iii)在其第二连接模式中操作所述连接模块以允许多个能量储存装置中的每个结合并产生阻挡电压，以对抗在所述第一连接端子与第二连接端子之间流动的故障电流。

11.根据权利要求10所述的可配置功率模块，其中在使用中，所述控制单元配置所述可配置功率模块在第一故障阻挡模式中操作，以阻挡在所述第一连接端子与第二连接端子之间在所述第一方向上流动的故障电流，当如此配置所述可配置功率模式时，所述控制单元以如下顺序实施以下操作：

(i)导通所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件，并且操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以允许电流在所述第一方向上流动；

(ii)关断每个所述第一子模块和第二子模块中的一个开关元件，以引导电流流过多个能量储存装置中的每个，并且从而在每个所述能量储存装置中储存能量；以及

(iii)在其第二连接模式中操作所述连接模块以允许多个能量储存装置中的每个结合并产生阻挡电压，以对抗在所述第一方向上流动的故障电流。

12.根据当从属于权利要求7时的权利要求10所述的可配置功率模块，其中在使用中，所述控制单元额外地配置所述可配置功率模块在第二故障阻挡模式中操作，以阻挡在所述第一连接端子与第二连接端子之间在所述第二方向上流动的故障电流，当如此配置所述可配置功率模式时，所述控制单元以如下顺序实施以下操作：

(i)导通所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件，并且操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以允许电流在所述第二方向上流动；

(ii)关断每个所述第一子模块和第二子模块中的一个开关元件，以引导电流流过多个能量储存装置中的每个，并且从而在每个所述能量储存装置中储存能量；以及

(iii)在其第二连接模式中操作所述连接模块以允许多个能量储存装置中的每个结合并产生阻挡电压，以对抗在所述第二方向上流动的故障电流。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的可配置功率模块，其中当在其第二连接模式中操作所述连接模块时，所述控制单元操作所述连接模块以彼此串联地互连多个能量储存装置。

14.根据权利要求13所述的可配置功率模块，其中当在其第二连接模式中操作所述连接模块时，所述控制单元逐步地互连多个能量储存装置中的相应能量储存装置。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的可配置功率模块，其中每个能量储存装置包括与其并联连接的电涌吸收器。

16.一种直流断路器设备，包括主路径和辅路径，所述主路径包括彼此串联布置的电子开关和机械断路器，并且所述辅路径包括根据当从属于权利要求4时的权利要求5或根据权利要求10至15任一项所述的可配置功率模块。

17.一种配置根据权利要求1至7中任一项所述的可配置电源模块的方法，其中：

配置所述可配置功率模块在正常模式中操作包括以下步骤：

(a)在所述第一连接模式中操作所述连接模块，在所述第一连接模式中，并联连接的能量储存装置彼此结合以形成更大的组合能量储存；以及

(b)导通和关断所述第一模块和第二模块中的相应开关元件，以选择性地引导电流通过所述组合能量储存，使得所述可配置功率模块提供与所述组合能量储存的增大的尺寸相称的电压源；以及

配置所述可配置功率模块在故障阻挡模式中操作包括以下步骤：

(c)关断所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件；以及

(d)在所述第二连接模式中操作所述连接模块。

18.一种配置根据当从属于权利要求4时的权利要求5或根据权利要求7所述的可配置功率模块的方法，其中：

配置所述可配置功率模块在正常模式中操作包括以下步骤：

(a)关断所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件；以及

(b)操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以阻挡在所述第一连接端子与第二连接端子之间的电流；以及

配置所述可配置功率模块在所述故障阻挡模式中操作包括以下顺序的以下步骤：

(c)导通所述第一子模块和第二子模块中的所有开关元件，并且操作所述连接模块中的双向电流流动控制元件，以允许电流在所述第一连接端子与第二连接端子之间流动；

(d)关断每个所述第一子模块和第二子模块中的一个开关元件，以引导电流流过多个能量储存装置中的每个并且在每个所述能量储存装置中储存能量；以及

(e)在其第二连接模式中操作所述连接模块以允许多个能量储存装置中的每个结合并产生阻挡电压，以对抗在所述第一连接端子与第二连接端子之间流动的故障电流。