CN113396533A - 电流控制电路 - Google Patents

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Abstract

提供有用于第一电网络（42）和转换器之间的连接的电流控制电路（20），该电流控制电路（20）包括：用于连接到第一电网络（42）的第一输入端子和第二输入端子（24、26）；用于相应连接到转换器的转换器端子（46、48）的第一输出端子和第二输出端子（28、30）；第一开关分支和第二开关分支，第一开关分支将第一输入端子和第一输出端子（24、28）互相连接，第二开关分支将第二输入端子和第二输出端子（26、30）互相连接，每个开关分支包括相应的开关元件（32、34、36、38）；在第一输出端子和第二输出端子（28、30）之间延伸的导向分支（76），该导向分支（76）包括至少一个电流导向元件（84）和至少一个第一电阻元件（86），该导向分支（76）包括中间端子（82）；第二电阻元件（88），该第二电阻元件（88）的第一端可操作地连接到中间端子（82），该第二电阻元件（88）的第二端可操作地可连接到地；以及控制器（96），该控制器（96）被编程以选择性地控制每个开关元件（32、34、36、38）的开关，以便在使用中调节电流从第一电网络（42）到转换器的流动。

Description

电流控制电路
本发明涉及用于电网络和转换器之间的连接的电流控制电路，并且涉及包括转换器和电流控制电路的组合件，其优选供在电功率转换、传输和分配中使用。
功率转换在功率传输系统中被利用，其中互相连接不同的电网络是必要的。在任何这样的功率传输系统中，在不同的电网络之间的接口处需要转换器，以产生所需要的转换。
根据本发明的第一方面，提供有用于第一电网络和转换器之间的连接的电流控制电路，所述转换器包括至少一个能量存储装置，所述电流控制电路包括：
第一输入端子和第二输入端子，所述第一输入端子和所述第二输入端子用于连接到第一电网络；
第一输出端子和第二输出端子，所述第一输出端子和所述第二输出端子用于相应连接到转换器的转换器端子；
第一开关分支（limb）和第二开关分支，所述第一开关分支将第一输入端子和第一输出端子互相连接，所述第二开关分支将第二输入端子和第二输出端子互相连接，每个开关分支包括相应的开关元件；
导向（director）分支，所述导向分支在第一输出端子和第二输出端子之间延伸，所述导向分支包括至少一个电流导向元件和至少一个第一电阻元件，所述导向分支包括中间端子；
第二电阻元件，所述第二电阻元件的第一端可操作地连接到中间端子，所述第二电阻元件的第二端可操作地可连接到地；以及
控制器，所述控制器被编程以选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中调节电流从第一电网络到转换器的流动。
本发明的电流控制电路的配置使电流控制电路能够调节电流从第一电网络到转换器的流动，以便为转换器提供保护，以免潜在地破坏电流。电流从第一电网络到转换器的流动的这样的调节的非限制性的示例被描述如下。
在第一示例中，控制器可被编程以在转换器的启动期间选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中通过下列来调节电流从第一电网络到转换器的流动：引导电流通过电阻元件中的一个或多个。这提供了一种在转换器的启动期间限制浪涌电流的可靠的方法，从而实现转换器的软启动。
在第二示例中，控制器可被编程以选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中限制或阻止电流从第一电网络到转换器的流动。这可响应于转换器中和/或第一电网络中的故障的发生来实行。
在第三示例中，控制器可被编程以选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中响应于转换器中和/或第一电网络中的故障的发生而将转换器与第一电网络断开。
因此，本发明的电流控制电路的配置使电流控制电路能够提供有软启动、故障电流阻止和故障电流限制能力，这有利于减小因大的浪涌电流或故障电流而破坏转换器的风险。这不仅增加了转换器的可靠性，而且还基于单独的硬件消除了对于更复杂和更昂贵的设置的需要，其中的每个被配置成具有软启动、故障电流阻止和故障电流限制能力中的一项。
此外，本发明的电流控制电路中的电阻元件的布置使电流控制电路能够关于许多情形（例如转换器的启动、转换器中的故障和第一电网络中的故障）实行电流限制功能。
本发明的电流控制电路中的导向分支的布置提供了用于在故障事件中选择性地耗散转换器的电感中存储的能量的路线（route）。另外，导向分支中的所述或每个电流流动控制元件的供应实现导向分支的配置，以便在转换器的正常操作期间阻止电流在导向分支中流动。
导向分支在配置中可以变化。
在本发明的实施例中，导向分支可包括第一导向分支部分和第二导向分支部分，第一导向分支部分和第二导向分支部分由中间端子分离，第一导向分支部分在第一输出端子与中间端子之间延伸，第二导向分支部分在第二输出端子与中间端子之间延伸，每个导向分支部分包括相应的电流导向元件和相应的第一电阻元件。
在本发明的另外的实施例中，所述或每个电流导向元件可被配置成允许电流在导向分支中在一个方向上流动并且阻止电流在导向分支中在相反的方向上流动。这提供了一种在转换器的正常操作期间阻止电流在导向分支中流动的可靠的方法。
在本发明的又一些实施例中，电流控制电路可包括：
第三开关分支，所述第三开关分支的第一端可操作地连接到第一输入端子，所述第三开关分支的第二端用于连接到第一电网络；以及
第四开关分支，所述第四开关分支的第一端可操作地连接到第二输入端子，所述第四开关分支的第二端用于连接到第一电网络。
本发明的电流控制电路中的第三开关分支和第四开关分支的供应实现第一电网络与电流控制电路和转换器的选择性的连接和断开。
根据本发明的第二方面，提供有组合件，所述组合件包括：
转换器，所述转换器包括第一转换器端子；和
根据本发明的第一方面或如上文所述的它的实施例中的任一个实施例所述的电流控制电路，第一输出端子和第二输出端子分别连接到转换器端子。
该组合件可包括连接在第一输入端子和第二电阻元件的第一端之间的至少一个第一过滤器能量存储装置，和/或连接在第二输入端子和第二电阻元件的第一端之间的至少一个第一过滤器能量存储装置。
第一开关分支和/或第二开关分支的开关可被控制来阻止在转换器中的故障事件中故障电流从所述或每个第一过滤器能量存储装置到转换器中的流动。此外，本发明的电流控制电路中的第二电阻元件的供应提供了一种在故障事件中耗散所述或每个第一过滤器能量存储装置中存储的能量的方法。
在本发明的优选实施例中，转换器可包括至少一个能量存储装置。所述或每个能量存储装置可以是能够存储和释放能量以选择性地提供电压的任何装置，例如，电容器、燃料电池或电池。
在采用包括至少一个能量存储装置的转换器的使用的本发明的实施例中，转换器可包括至少一个模块，所述或每个模块包括至少一个开关元件和至少一个能量存储装置，在所述或每个模块中的所述或每个开关元件和所述或每个能量存储装置布置成可组合的，以选择性地提供电压源。
在采用包括至少一个能量存储装置的转换器的使用的本发明的另外的实施例中，转换器可包括布置成限定开关的能量存储装置转换器的多个能量存储装置和多个开关元件。
本发明的电流控制电路有利地实现（一个或多个）能量存储装置的充电，同时通过调节电流从第一电网络流动到转换器来保护转换器。
控制器可被编程以在转换器的启动期间选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中通过调节电流从第一电网络到转换器的流动来调节所述或每个能量存储装置的充电。这有利地防止（一个或多个）能量存储装置在转换器的启动期间暴露于大的浪涌电流。
（一个或多个）能量存储装置的充电可以以各种方式实行。例如，控制器可被编程以在转换器的启动期间选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中经由第一开关分支将第一电网络连接到转换器，以使转换器的能量存储装置或能量存储装置中的至少一个充电，并且然后经由第二开关分支将第一电网络连接到转换器，以使转换器的能量存储装置或能量存储装置中的至少一个充电。
此外，当转换器包括用于连接到第二电网络的第二转换器端子并且组合件包括连接到第二转换器端子的至少一个第二过滤器能量存储装置时，控制器可被编程以在转换器的启动期间选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中使用能量存储装置或能量存储装置中的至少一个中存储的能量来对所述或每个第二过滤器能量存储装置充电。
至少一个开关元件可包括至少一个自换向开关装置。所述或每个自换向开关装置可以是绝缘栅双极晶体管、栅极关断晶闸管、场效应晶体管、注入增强栅极晶体管、集成栅极换向晶闸管或任何其它自换向开关装置。每个开关元件中的开关装置的数量可以取决于那个开关元件的所需要的电压和电流额定值而变化。
第三开关分支和第四开关分支中的每个的开关元件可以是断开器或电路中断装置，例如，电路断路器。
至少一个开关元件还可包括与所述或每个开关装置反并联连接的无源电流检查元件。至少一个电流导向元件可包括无源电流检查元件。所述或每个无源电流检查元件可包括至少一个无源电流检查装置。所述或每个无源电流检查装置可以是能够限制电流在仅一个方向上流动的任何装置，例如，二极管。每个无源电流检查元件中的无源电流检查装置的数量可以取决于那个无源电流检查元件的所需要的电压和电流额定值而变化。
根据本发明的第三方面，提供有操作连接在第一电网络和转换器之间的电流控制电路的方法，所述电流控制电路包括：
第一输入端子和第二输入端子，所述第一输入端子和所述第二输入端子用于连接到第一电网络；
第一输出端子和第二输出端子，所述第一输出端子和所述第二输出端子用于相应连接到转换器的转换器端子；
第一开关分支和第二开关分支，所述第一开关分支将第一输入端子和第一输出端子互相连接，所述第二开关分支将第二输入端子和第二输出端子互相连接，每个开关分支包括相应的开关元件；
导向分支，所述导向分支在第一输出端子和第二输出端子之间延伸，所述导向分支包括至少一个电流导向元件和至少一个第一电阻元件，所述导向分支包括中间端子；以及
第二电阻元件，所述第二电阻元件的第一端可操作地连接到中间端子，所述第二电阻元件的第二端可操作地可连接到地，
其中所述方法包括下列步骤：选择性地控制每个开关元件的开关，以便调节电流从第一电网络到转换器的流动。
本发明的第一方面及其实施例的电流控制电路的特征和优点加以必要的修改而适用于本发明的第三方面及其实施例的方法。
本发明的第三方面的方法可包括下列步骤：在转换器的启动期间选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中通过下列来调节电流从第一电网络到转换器的流动：引导电流通过电阻元件中的一个或多个。
本发明的第三方面的方法可包括下列步骤：选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中限制或阻止电流从第一电网络到转换器的流动。
本发明的第三方面的方法可包括下列步骤：选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中响应于转换器中和/或第一电网络中的故障的发生而将转换器与第一电网络断开。
在本发明的第三方面的方法中，导向分支可包括第一导向分支部分和第二导向分支部分，第一导向分支部分和第二导向分支部分由中间端子分离，第一导向分支部分在第一输出端子与中间端子之间延伸，第二导向分支部分在第二输出端子与中间端子之间延伸，每个导向分支部分包括相应的电流导向元件和相应的第一电阻元件。
在本发明的第三方面的方法中，所述或每个电流导向元件可被配置成允许电流在导向分支中在一个方向上流动并且阻止电流在导向分支中在相反的方向上流动。
在本发明的第三方面的方法中，电流控制电路可包括：
第三开关分支，所述第三开关分支的第一端可操作地连接到第一输入端子，所述第三开关分支的第二端用于连接到第一电网络；以及
第四开关分支，所述第四开关分支的第一端可操作地连接到第二输入端子，所述第四开关分支的第二端用于连接到第一电网络。
根据本发明的第四方面，提供有操作组合件的方法，所述组合件包括：
转换器，所述转换器包括第一转换器端子；和
如根据本发明的第三方面或如上文所述的它的实施例中的任一个实施例所述的方法中所述的电流控制电路，第一输出端子和第二输出端子分别连接到第一转换器端子，
其中所述方法包括按照根据本发明的第三方面或如上文所述的它的实施例中的任一个实施例所述的方法操作电流控制电路的步骤。
本发明的第二方面及其实施例的组合件的特征和优点加以必要的修改而适用于本发明的第四方面及其实施例的方法。
在本发明的第四方面的方法中，所述组合件可包括连接在第一输入端子和第二电阻元件的第一端之间的至少一个第一过滤器能量存储装置，和/或连接在第二输入端子和第二电阻元件的第一端之间的至少一个第一过滤器能量存储装置。
在本发明的第四方面的方法中，转换器可包括至少一个能量存储装置。
在本发明的第四方面的方法中，转换器可包括至少一个模块，所述或每个模块包括至少一个开关元件和至少一个能量存储装置，在所述或每个模块中的所述或每个开关元件和所述或每个能量存储装置布置成可组合的，以选择性地提供电压源，和/或其中转换器可包括布置成限定开关的能量存储装置转换器的多个能量存储装置和多个开关元件。
本发明的第四方面的方法可包括下列步骤：在转换器的启动期间选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中通过调节电流从第一电网络到转换器的流动来调节所述或每个能量存储装置的充电。
本发明的第四方面的方法可包括下列步骤：在转换器的启动期间选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中经由第一开关分支将第一电网络连接到转换器，以使转换器的能量存储装置或能量存储装置中的至少一个充电，并且然后经由第二开关分支将第一电网络连接到转换器以使转换器的能量存储装置或能量存储装置中的至少一个充电。
在本发明的第四方面的方法中，转换器可包括用于连接到第二电网络的第二转换器端子，组合件包括连接到第二转换器端子的至少一个第二过滤器能量存储装置，其中所述方法可包括下列步骤：在转换器的启动期间选择性地控制每个开关元件的开关，以便在使用中使用能量存储装置或能量存储装置中的至少一个中存储的能量来对所述或每个第二过滤器能量存储装置充电。
将领会，在本专利说明书中，术语“第一”和“第二”等的使用仅仅旨在帮助区分类似的特征（例如，第一电网络和第二电网络、第一输入端子和第二输入端子、第一输出端子和第二输出端子等），并且并不旨在指示一个特征相对于另一个特征的相对重要性，除非另有指定。
还将领会，对“开关元件”的引用包含单个开关元件或多个开关元件，并且对“第二电阻元件”的引用包含单个第二电阻元件或多个第二电阻元件。
现在将参考附图以非限制性示例的方式描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1和图2示出根据本发明的实施例的组合件；
图3示出图1的组合件的转换器的启动；
图4示出图1的组合件的故障响应；
图5示出当图1的组合件省略电流控制电路时组合件的模拟结果；以及
图6示出当图1的组合件包括电流控制电路时组合件的模拟结果。
根据本发明的实施例的组合件在图1和图2中示出，并且包括电流控制电路20和开关的电容器DC-DC转换器22。
电流控制电路20包括第一输入端子和第二输入端子24、28以及第一输出端子和第二输出端子26、30。电流控制电路还包括第一开关分支、第二开关分支、第三开关分支和第四开关分支。每个开关分支包括相应的开关元件32、34、36、38。
第一开关分支将第一输入端子和第一输出端子24、26互相连接。第二开关分支将第二输入端子和第二输出端子28、30互相连接。第三开关分支的第一端连接到第一输入端子24。第三开关分支的第二端在使用中连接到第一双极DC网络42的正电压40。第四开关分支的第一端连接到第二输入端子26。第四开关分支的第二端在使用中连接到第一双极DC网络42的负电压44。
在所示的实施例中，第三开关分支和第四开关分支的每个开关元件36、38都是采取断开器的形式。在本发明的其它实施例中，设想的是，第三开关分支和第四开关分支的每个开关元件36、38可被配置作为AC或DC电路断路器。
转换器22包括第一转换器端子46、48和第二转换器端子50、52。
电流控制电路20的第一输出端子和第二输出端子26、30分别连接到开关的电容器DC-DC转换器22的第一转换器端子46、48。结果，连接到第一输出端子26的第一转换器端子46形成正第一转换器端子46，并且连接到第二输出端子30的第一转换器端子46形成负第一转换器端子48。
第二转换器端子50、52在使用中分别连接到第二双极DC网络58的正电压和负电压54、56。结果，连接到第二双极DC网络58的正电压54的第二转换器端子50形成正第二转换器端子50，并且连接到第二双极DC网络58的负电压56的第二转换器端子52形成负第二转换器端子52。
开关的电容器DC-DC转换器22包括第一开关的电容器DC-DC转换器模块和第二开关的电容器DC-DC转换器模块60、62（为了简明在此分别称作第一模块和第二模块60、62）。第一模块60的输入连接在正第一转换器端子和负第一转换器端子46、48之间，而第一模块60的输出连接到正第二转换器端子50。第二模块62的输入连接在正第一转换器端子和负第一转换器端子46、48之间，而第二模块60的输出连接到负第二转换器端子52。
第一模块和第二模块60、62中的每一个包括以串行-并行拓扑布置的多个电容器64和多个开关元件66、68、70。更特别地，在第一模块和第二模块60、62的每一个中，多个开关元件66、68、70被布置，使得：
●在每个模块60、62中，接通开关元件66、68并且关闭开关元件70致使电容器64相对于正第一转换器端子和负第一转换器端子46、48并联连接；
●在第一模块60中，关闭开关元件66、68并且接通开关元件70致使电容器64在正第一转换器端子和正第二转换器端子46、50之间串联连接；以及
●在第二模块62中，关闭开关元件66、68并且接通开关元件70致使电容器64在负第一转换器端子和负第二转换器端子48、52之间串联连接。
在使用中，第一模块和第二模块60、62分别被操作以在对应的第二转换器端子50、52处生成正电压和负电压，并且被反相（in anti-phase）操作，以减小第一转换器端子和第二转换器端子46、48、50、52中的电压纹波（ripple）。
谐振电感器72连接在第一模块60的输入和正第一转换器端子46之间，而另一个谐振电感器72连接在第二模块62的输入和负第一转换器端子48之间。另外，谐振电感器74与开关元件的串联连接连接在第一模块60的输出和正第二转换器端子50之间，而谐振电感器74与开关元件的另一串联连接连接在第二模块62的输出和负第二转换器端子52之间。这使开关的电容器DC-DC转换器22能够在谐振模式中操作并且实现软开关，即，在零电流下开关。
谐振电感器可在第一模块和第二模块60、62中的每一个内被分配，这有助于限制转换器22内部的故障事件中的故障电流，并且还限制可能发生在开关期间的模块60、62内的电流中的尖峰。
导向分支76连接在第一输出端子和第二输出端子26、30之间。导向分支76包括由第一中间端子82分离的第一导向分支部分和第二导向分支部分78、80。第一导向分支部分78连接在第一输出端子26和第一中间端子82之间。第二导向分支部分80连接在第二输出端子30和第一中间端子82之间。
每个导向分支部分78、80包括采取二极管84的形式的相应的电流导向元件84和相应的第一电阻器86。在每个导向分支部分78、80中，二极管84和第一电阻器86串联连接。第一导向分支部分78的二极管84布置成使得电流能够仅在第一导向分支部分78中从第一中间端子82流动到第一输出端子26。第二导向分支部分80的二极管84布置成使得电流能够仅在第二导向分支部分80中从第二输出端子30流动到第一中间端子82。
电流控制电路20还包括第二电阻器88。第二电阻器88的第一端连接到第一中间端子82。第二电阻器88的第二端在使用中连接到地。
第一DC链路电容器90连接在第一输入端子24和第二电阻器88的第一端之间，并且另一个第一DC链路电容器90连接在第二输入端子28和第二电阻器88的第一端之间。每个第一DC链路电容器90在此还被称作输入过滤器电容器90。一对第二DC链路电容器92连接在第二转换器端子50、52之间，其中所述一对第二DC链路电容器92由第二中间端子94分离。每个第二DC链路电容器92在此还被称作输出过滤器电容器92。在所示的实施例中，第一中间端子和第二中间端子82、94优选直接彼此连接。
组合件包括控制器96，所述控制器96被编程以选择性地控制开关元件32、34、36、38、66、68、70的开关。设想的是，在本发明的其它实施例中，组合件可包括第一控制器和第二控制器，其中第一控制器被编程以选择性地控制电流控制电路20的开关元件32、34、36、38的开关，并且第二控制器被编程以选择性地控制转换器22的开关元件66、68、70的开关。
电流控制电路20的操作参考图3至图6描述如下。
本发明的上述实施例被配置成具有双向功率流能力。然而，为了简明性，仅在此描述转换器22的提升（step-up）操作，其中功率从第一双极DC网络42流动到第二双极DC网络58。
图3示出当电容器64、90、92中的所有电容器完全放电并且开关元件32、34、36、38、66、68、70中的所有开关元件关闭时的开关的电容器DC-DC转换器22的启动过程。软启动过程如下。
1）接通第一模块和第二模块60、62的开关元件66、68，并且接通第一开关分支的开关元件32。这形成模块的电容器64中的所有电容器之间的连接路径98以及通过连接到正第一转换器端子和正第二转换器端子46、50的输入过滤器电容器和输出过滤器电容器90、92的连接路径100、102。在这方面，通过第二模块的电容器64的连接路径104通过第二导向分支部分80的第一电阻器86和二极管84形成。
2）闭合第三开关分支的开关元件36。这使连接到正第一转换器端子和正第二转换器端子46、50的输入过滤器电容器和输出过滤器电容器90、92以及模块的电容器64经由第二电阻器88充电到0.5Vin。
3）等待直至达到其中流过电容器64的电流为零的稳态条件。
4）关闭第三开关分支的开关元件36。
5）接通第二开关分支和第四开关分支的开关元件34、38。这致使模块的电容器64的电压增加到Vin，并且连接到负第一转换器端子和负第二转换器端子48、52的输入过滤器电容器和输出过滤器电容器90、92充电到0.5Vin。
6）关闭开关元件32、34、36、38、66、68、70中的所有开关元件（可选地，第三开关分支和第四开关分支的开关元件36、38在该阶段可以是闭合的）。
7）接通模块60、62的开关元件70。这使输出过滤器电容器90、92经由模块的电容器64与第一电阻器86的串联连接以及导向分支76的续流二极管84充电到N倍输入电压Vin，其中N是每个模块60、62中的电容器64的数量。在所示的实施例中，每个输出过滤器电容器92被充电至高达约3Vin。
8）关闭所有开关元件32、34、36、38、66、68、70。
9）接通开关分支的开关元件32、34、36、38以及模块60、62的开关元件66、68。
10）重复阶段5-8直至达到其中模块60、62的每个电容器64处于Vin并且输出过滤器电容器92处于N×Vin的稳态条件。
在上述软启动过程中，电流从第一双极DC网络42到转换器22的流动被引导通过电阻器86、88中的一个或多个。这提供了一种在转换器22的启动期间限制浪涌电流的可靠的方法，从而实现转换器22的软启动。
电流控制电路20的配置使电流控制电路20的操作能够阻止或限制可能导致转换器组件破坏的故障电流。
在开关的电容器DC-DC转换器22的正常操作中，第一开关分支和第二开关分支的开关元件32、34是闭合的。在开关的电容器DC-DC转换器22内部的故障事件中，这些开关元件32、34被关闭，使得故障电流被阻止从第一双极DC网络42和第一DC链路电容器90流动到开关的电容器DC-DC转换器22。
在第一双极DC网络42中的故障事件中，第三开关分支和第四开关分支的开关元件36、38可被用于将开关的电容器DC-DC转换器22与第一双极DC网络42断开，使得故障电流被阻止从第一双极DC网络42流动到开关的电容器DC-DC转换器22。
图4示出组合件的故障响应，在该组合件中形成特定的故障电流路径以限制电流。
当开关元件32、34、36、38、66、68、70中的所有开关元件响应于故障的发生而被关闭时，谐振电感器72、74中存储的能量通过模块60、62的续流二极管和导向分支76的二极管84被转向，从而在导向分支76的第一电阻器86中被耗散。
如果转换器22内部的故障位于端子和中性线（neutral）之间或者位于端子之间，则谐振电感器72、74中存储的能量在第一电阻器86中被耗散。如果转换器22内部的故障位于端子和地之间，则谐振电感器72、74中存储的能量在第一电阻器和第二电阻器86、88中被耗散。
如果故障位于第一双极DC网络42和地之间，则由第一DC链路电容器90中存储的能量所产生的故障电流在第二电阻器88中被耗散。
对于响应于转换器或网络故障而引导电流通过电阻器86、88中的一个或多个的能力限制由转换器或网络故障产生的任何故障电流。
图5和图6示出对于内部转换器故障的模拟结果。端子到地故障106被应用在如图4中所示的第一模块60内。图5示出当组合件省略电流控制电路20时的通过第一模块60的开关元件66、68、70的故障电流波形，而图6示出当组合件包括电流控制电路20时的通过第一模块60的开关元件66、68、70的故障电流波形。可从图5和图6看出，相较于对于省略电流控制电路22的组合件的通过第一模块60的开关元件66、68、70的故障电流波形，对于包括电流控制电路20的组合件，通过第一模块60的开关元件66、68、70的故障电流波形显著更低。相应地，示出的是，电流控制电路22能够在内部转换器故障期间限制转换器22中的故障电流波形。
考虑到前述内容，本发明的电流控制电路20的配置使电流控制电路20能够提供有软启动、故障电流阻止和故障电流限制能力，以便为开关的电容器DC-DC转换器22提供保护，以免潜在地破坏浪涌电流和故障电流。
附图不一定是按比例的，并且附图中的某些视图和某些特征为了清楚和简明可按比例或以示意的形式放大示出。
本发明的上述实施例主要在HVDC应用中使用，但是将领会，本发明的上述实施例作必要的修改而可应用于在不同电压电平下操作的其它应用。
本发明的上述实施例参考开关的电容器DC-DC转换器22描述，但是将领会，本发明的上述实施例作必要的修改而可应用于其它类型的转换器。另外，将领会，本发明的以下实施例的开关的电容器DC-DC转换器的拓扑仅被选择来帮助图示本发明的工作，并且可由具有不同拓扑的另一开关的电容器转换器替代。

Claims (14)

1.一种用于第一电网络（42）和转换器（22）之间的连接的电流控制电路（20），所述转换器（22）包括至少一个能量存储装置，所述电流控制电路（20）包括：
第一输入端子和第二输入端子（24、26），所述第一输入端子和所述第二输入端子（24、26）用于连接到所述第一电网络（42）；
第一输出端子和第二输出端子（28、30），所述第一输出端子和所述第二输出端子（28、30）用于相应连接到所述转换器（22）的转换器端子（46、48）；
第一开关分支和第二开关分支，所述第一开关分支将所述第一输入端子和所述第一输出端子（24、28）互相连接，所述第二开关分支将所述第二输入端子和所述第二输出端子（26、30）互相连接，每个开关分支包括相应的开关元件（32、34）；
导向分支（76），所述导向分支（76）在所述第一输出端子和所述第二输出端子（28、30）之间延伸，所述导向分支（76）包括至少一个电流导向元件（84）和至少一个第一电阻元件（86），所述导向分支（76）包括中间端子（82）；
第二电阻元件（88），所述第二电阻元件（88）的第一端可操作地连接到所述中间端子（82），所述第二电阻元件（88）的第二端可操作地可连接到地；以及
控制器（96），所述控制器（96）被编程以选择性地控制每个开关元件（32、34）的开关，以便在使用中调节电流从所述第一电网络（42）到所述转换器（22）的流动。
2.如权利要求1所述的电流控制电路（20），其中，所述控制器（96）被编程以在所述转换器（22）的启动期间选择性地控制每个开关元件（32、34）的开关，以便在使用中通过下列来调节电流从所述第一电网络（42）到所述转换器（22）的所述流动：引导所述电流通过所述电阻元件（86、88）中的一个或多个。
3.如前述权利要求中的任一项所述的电流控制电路（20），其中，所述控制器（96）被编程以选择性地控制每个开关元件（32、34）的开关，以便在使用中限制或阻止电流从所述第一电网络（42）到所述转换器（22）的流动。
4.如前述权利要求中的任一项所述的电流控制电路（20），其中，所述控制器（96）被编程以选择性地控制每个开关元件（32、34）的开关，以便在使用中响应于所述转换器（22）中和/或所述第一电网络（42）中的故障的发生而将所述转换器（22）与所述第一电网络（42）断开。
5.如前述权利要求中的任一项所述的电流控制电路（20），其中，所述导向分支（76）包括第一导向分支部分和第二导向分支部分（78、80），所述第一导向分支部分和所述第二导向分支部分（78、80）由所述中间端子（82）分离，所述第一导向分支部分（78）在所述第一输出端子（28）与所述中间端子（82）之间延伸，所述第二导向分支部分（78）在所述第二输出端子（30）与所述中间端子（82）之间延伸，每个导向分支部分（78、80）包括相应的电流导向元件（84）和相应的第一电阻元件（86）。
6.如前述权利要求中的任一项所述的电流控制电路（20），其中，所述或每个电流导向元件（84）被配置成允许电流在所述导向分支（76）中在一个方向上流动并且阻止电流在所述导向分支（76）中在相反的方向上流动。
7.如前述权利要求中的任一项所述的电流控制电路（20），包括：
第三开关分支，所述第三开关分支的第一端可操作地连接到所述第一输入端子（24），所述第三开关分支的第二端用于连接到所述第一电网络（42）；以及
第四开关分支，所述第四开关分支的第一端可操作地连接到所述第二输入端子（26），所述第四开关分支的第二端用于连接到所述第一电网络（42）。
8.一种组合件，包括：
转换器（22），所述转换器（22）包括第一转换器端子（46、48）和至少一个能量存储装置（64）；和
如前述权利要求中的任一项所述的电流控制电路（20），所述第一输出端子和所述第二输出端子（28、30）分别连接到所述第一转换器端子（46、48）。
9.如权利要求8所述的组合件，包括连接在所述第一输入端子（24）和所述第二电阻元件（88）的所述第一端之间的至少一个第一过滤器能量存储装置（90），和/或连接在所述第二输入端子（26）和所述第二电阻元件（88）的所述第一端之间的至少一个第一过滤器能量存储装置（90）。
10.如权利要求8或9所述的组合件，其中，所述转换器（22）包括至少一个模块（60、62），所述或每个模块（60、62）包括至少一个开关元件（66、68、70）和至少一个能量存储装置（64），在所述或每个模块（60、62）中的所述或每个开关元件（66、68、70）和所述或每个能量存储装置（64）布置成可组合的，以选择性地提供电压源，和/或其中所述转换器（22）包括布置成限定开关的能量存储装置转换器（22）的多个能量存储装置（64）和多个开关元件（66、68、70）。
11.如权利要求8至10中的任一项所述的组合件，其中，所述控制器（96）被编程以在所述转换器（22）的启动期间选择性地控制每个开关元件（32、34、36、38、66、68、70）的开关，以便在使用中通过调节电流从所述第一电网络（42）到所述转换器（22）的所述流动来调节所述或每个能量存储装置（64）的充电。
12.如权利要求8至11中的任一项所述的组合件，其中，所述控制器（96）被编程以在所述转换器（22）的启动期间选择性地控制每个开关元件（32、34、36、38、66、68、70）的开关，以便在使用中经由所述第一开关分支将所述第一电网络（42）连接到所述转换器（22），以使所述转换器（22）的所述能量存储装置（64）或所述能量存储装置（64）中的至少一个充电，并且然后经由所述第二开关分支将所述第一电网络（42）连接到所述转换器（22）以使所述转换器（22）的所述能量存储装置（64）或所述能量存储装置（64）中的至少一个充电。
13.如权利要求8至12中的任一项所述的组合件，所述转换器（22）包括用于连接到第二电网络（58）的第二转换器端子（50、52），所述组合件包括连接到所述第二转换器端子（50、52）的至少一个第二过滤器能量存储装置（92），其中所述控制器（96）被编程以在所述转换器（22）的启动期间选择性地控制每个开关元件（32、34、36、38、66、68、70）的开关，以便在使用中使用在所述能量存储装置（64）或所述能量存储装置（64）中的至少一个中存储的能量来对所述或每个第二过滤器能量存储装置（92）充电。
14.一种操作如权利要求1至7中的任一项所述的电流控制电路（20）的方法，所述电流控制电路（20）采用用于连接到所述第一电网络（42）的所述第一输入端子和所述第二输入端子（24、26）和分别连接到所述转换器（22）的转换器端子（46、48）的所述第一输出端子和所述第二输出端子（28、30）连接在所述第一电网络（42）和所述转换器（22）之间，所述转换器（22）包括至少一个能量存储装置（64），其中所述方法包括下列步骤：选择性地控制每个开关元件（32、34）的开关，以便调节电流从所述第一电网络（42）到所述转换器（22）的流动。
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