CN113396540B - 用于断开电流路径的开关设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于断开直流电压网的电流路径的开关设备，该电流路径包括电源侧的和负载侧的电感器，所述开关设备包括至少两个串联连接的开关模块，其中每个开关模块包括至少一个可控半导体开关元件，由电阻器和电容器构成的串联电路与所述可控半导体开关元件串联连接，其特征在于，在开关设备运行以断开电流路径时，直至储存在电感器中的能量减少，所述开关模块中的至少一个开关模块的可控半导体开关元件以占空比导通连接，其中占空比与在半导体开关元件上的实际电压与期望电压之间的差相关，其中期望电压至少由开关模块的数量和直流电压网的系统电压形成。

Description

用于断开电流路径的开关设备
技术领域
本发明涉及一种用于断开直流电压网的包括电源侧的和负载侧的电感器的电流路径的开关设备。
背景技术
设为用于断开具有电源侧的和负载侧的电感器的直流路径的开关设备必须能够操纵能量从直流电压网的向回馈送或降低。在快速关断时会产生高的电压，所述高的电压必须经由保护电路降低，以便防止开关设备的组件的损坏。
从EP 3 367 567 A1中已知根据权利要求1的前序部分的开关设备。所述电路的缺点是摆动的电流流动，即在关断过程之后的振荡，如在那里的图4中可见的。这种振荡具有在10-50毫秒的范围内的时间常数，即持续时间相对长。
发明内容
本发明的目的是，提出一种用于断开直流电压网的包括电源侧的和负载侧的电感器的电流路径的改进的开关设备，所述开关设备在结构上和/或功能上得以改进。尤其，开关设备应在关断过程之后避免摆动电流。
所述目的通过一种用于断开直流电压网的电流路径的开关设备来实现。有利的设计方案在下面的说明书中得出。
根据本发明的用于断开直流电压网的包括电源侧的和负载侧的电感器的电流路径的开关设备包括至少两个串联连接的开关模块。每个开关模块包括至少一个可控半导体开关元件，由电阻器和电容器构成的串联电路与所述可控半导体开关元件串联连接。开关设备构成为，使得为了断开电流路径以降低储存在电感器中的能量，至少一个开关模块的可控半导体开关元件以占空比导通连接。在此利用在半导体开关元件上的实际电压与在半导体开关元件上的期望电压之间的差形成占空比，并且期望电压至少由直流电压网的系统电压和开关模块的数量形成。
这种开关设备能够实现“软”关断过程，其中在电流路径中的电流流动不会突然降低，而是斜坡状地降低。通过至少两个开关模块中的至少一个开关模块，在电流路径中产生反向电压。这能够通过以占空比运行所述开关模块的相应的半导体开关元件来实现。因此，在关断情况下的高的损耗功率不在相应的开关模块的半导体开关元件中实现，而是主要在相应的开关模块的电阻器中实现。所述开关设备由此能够省去电压限制器件，如变阻器，所述电压限制器件是昂贵的、笨重的和结构空间密集的。相应的开关模块中的半导体开关元件在此承担制动斩波器的作用。同时，所述开关模块的相应的电容器能够确定尺寸为小的，因为所述电容器不必接收储存在电源侧的和负载侧的电感器中的所有能量，而是由于相关的开关模块的半导体开关元件的时钟运行，仅接收一小部分的能量。因此，要降低的总能量不受相关的开关模块的半导体开关元件限制。仅在电源侧的和负载侧的电感器较大的情况下关断过程持续较长时间。
在此，以占空比运行表示以预设的频率、即周期持续时间在半导体开关元件的接通状态和关断状态之间变换。在一个周期内，所述半导体开关元件接通一次，即导通连接，和关断一次，即截止连接。所述占空比说明半导体开关元件接通占周期持续时间的份额。在相关的开关模块的可控半导体开关元件截止连接的时间期间，在所述开关模块中的电流仅还能够经由RC元件的并联的路径继续流动。由此，RC元件的电容器充电。
以与实际电压和期望电压之间的差相关的占空比运行的特别的优点在于，能量降低朝向关断过程的结束减慢。由此避免电流尽可能快地达到过零点。由此几乎完全阻止在关断过程之后的振荡。在其它方法中，在第一次电流过零点时，由于电源侧的和负载侧的电感器，在开关设备上的总的电容器电压高于直流电压网的系统电压。由此，在电流过零点之后紧接着电流回流和随后的振荡过程，其持续时间能够对应于关断过程的持续时间的十倍。相反地，通过以占空比运行，关断过程仅延迟例如25％。
所述开关设备尤其能够有利地在船中使用，在那里尤其在中压直流网中使用。快速和安全的DC开关在那里能够实现DC区的安全断开，例如在洪水或其它关断场景时。通常，这也在其它独立供电网的运行中适用，其中不同的区必须能够安全和快速地保持可断开。
根据本发明的开关设备的有利的设计方案在下面的说明书中得出。在此，一个实施方式能够与另一实施方式的特征组合，或者优选也与出自多个实施方式的特征组合。据此，还能够附加地提供以下特征：
-符合目的地，所有开关模块以占空比运行。因为所述占空比与在半导体开关元件上的实际电压相关，所述实际电压对应于在由同一开关模块中的电阻器和电容器构成的串联电路上的电压，因此每个开关模块具有其自身的随时间可变的占空比。在大多数时间点，所述占空比与其它开关模块的占空比不同。换言之，所述开关模块的所有半导体开关元件以预设的频率来开关，所述频率符合目的地对于所有开关模块都选择为相同的。但是，在开关周期内的半导体开关元件接通的时长对于每个开关模块单独确定。-符合目的地，开关设备包括用于操控开关模块的半导体开关元件的控制设备。所述控制设备构造为，确定每个开关模块的实际电压。期望电压符合目的地储存在所述控制设备中，或者在替选的设计方案中也能够通过测量来确定。所述控制设备控制所述半导体开关元件的开关时间点。
-对每开关模块能够存在多个串联连接的半导体开关元件。
-符合目的地，所述占空比与实际电压和期望电压的差成正比。此外符合目的的是，选择直流电压网的系统电压除以开关模块的数量作为期望电压。因此，调节直接力求在关断之后的最终状态，其中直流电压网的系统电压均匀地分布到开关模块上。
-有利的是，所述占空比与用于可控半导体开关元件的最大电压、即截止能力与期望电压的差成正比。因此能够实现匹配于半导体开关元件的载流和截止能力，即所述开关设备的设计。
-有利的是，所述占空比限制为如下上限值，所述上限值选择为，使得在关断过程中在所述开关设备上的电压不小于直流电压网的系统电压。因此防止：在非常动态的关断过程中，调节产生下述情形，在所述情形中，要关断的电流，即可能甚至是短路电流再次升高。上限值在此能够规定和存储，但是或者也能够动态地确定。
-对半导体开关元件的操控符合目的地包括比例调节器，其中比例调节器至少获得电压的实际值和期望值作为调节输入。
-有利的是，可控半导体开关元件的开关频率为至少5kHz，尤其为至少20kHz。所述开关频率越高，所述电容器的电荷的波动就越小，所述波动通过在开关周期期间的出流和入流得出。换言之，电流纹波较小。因此，所使用的电容器在高的开关频率下能够具有较小的电容，这也引起较小的结构尺寸。因为电容器典型地会对整体结构尺寸产生显著贡献，因此所述优点能够是显著的。
-如果将所谓的宽带隙开关，尤其是SiC开关或GaN开关用作为可控半导体开关元件，并且使用至少50kHz，尤其至少200kHz的开关频率，则能够实现进一步减小电容器的结构尺寸。
-另一符合目的的设计方案提出，在开关设备运行时为了断开所述电流路径，直至储存在电感器中的能量降低，不同的开关模块的半导体开关元件在不同的时间点接通和切断。换言之，对所述开关模块彼此错开地进行时钟控制。因此避免或减少开关模块同时接通或关断以及接通时长的重叠，并且在开关设备上的电压波动最小化。
-另一符合目的的设计方案提出，在相应的开关模块的可控半导体开关元件的路径中，另一可控半导体开关元件与所述可控半导体开关元件反串联连接。因此提供可双向运行的开关模块，使得因此所述开关设备能够与当前存在的电流方向无关地关断电流路径。
根据第一变型方案的符合目的的设计方案提出，由至少一个可控开关元件和由电阻器和电容器构成的串联电路构成的并联电路连接在相应的开关模块的第一开关模块端子和第二开关模块端子之间。多个串联连接的开关模块于是能够连接为，使得开关模块的第一开关模块端子与前一开关模块的第二开关模块端子连接。多个开关模块中的第一开关模块的第一开关模块端子经由电源侧的电感器与直流电压源连接，最后一个开关模块的第二开关模块端子经由负载侧的电感器与负载连接。这种设有至少一个可控半导体开关元件、电阻器和电容器的开关模块借助最小数量的器件就足够。
根据第二变型方案的另一符合目的的设计方案提出，由刚好一个可控半导体开关元件和由电阻器和电容器构成的串联电路构成的并联电路(所谓的基础模块)连接在相应的开关模块的整流器桥的第一整流端子和第二整流端子之间。第一整流端子是整流器桥的第一节点，两个整流元件的阴极端子在所述第一节点处相互连接。第二整流端子是整流器桥的第二节点，两个另外的整流元件的阳极端子在所述第二节点处相互连接。如果在整流器桥中设有单向的基础模块，意即仅包括唯一的半导体开关元件的开关模块，则所述开关模块能够用于两个电流方向。电流转向通过整流器桥实现，所述整流器桥在最简单的情况下是二极管桥。
根据所述设计方案，能够将任意数量的开关模块串联连接。串联连接在此进行为，使得开关模块的第三整流端子与在前的开关模块的第四整流端子连接。所述第三整流端子是整流器桥的第三节点，在所述第三节点处，一个整流元件的阴极端子与另一整流元件的阳极端子相互连接。以相应的方式，第四整流端子是整流器桥的第四节点，在所述第四节点处，一个整流元件的阴极端子与另一整流元件的阴极端子相互连接。
另一符合目的的设计方案提出，在所述开关设备运行时，为了断开电流路径，直至储存在电源侧的和负载侧的电感器中的能量降低，在给出的时间点，至少一个开关模块的可控半导体开关元件截止连接。因此能够防止：例如在断开过程中由于负载侧的短路，能够再次经由开关设备产生短路电流。
可控半导体开关元件符合目的地是可关断的半导体开关元件。除了所提到的GaN或SiC开关之外，也能够使用IGBT、MOSFET、IGCT或带有关断装置的晶闸管(所谓的断开电路)。可控半导体开关元件的截止能力有利地为至少400V，尤其至少1kV。
所描述的开关设备尤其设为用于在具有大于400V，尤其大于1000V的电压的直流电压网中使用。尤其，所述开关设备能够在高压直流传输线路中使用。那么，必须根据在直流电压网中存在的电压选择开关设备的适宜的相应数量的开关模块。应在直流电压网中存在的电压越高，则将开关模块的数量选择得越大，前提条件是相同的半导体开关元件。在中压范围中的直流电压网中，尤其能够使用IGBT或MOSFET。在更高的电压下，尤其使用具有关断装置的晶闸管或IGCT。另一设计方案提出，在此描述的类型的开关设备用作为防短路的功率开关。
附图说明
下面根据附图中的实施例详细阐述本发明。附图示出：
图1示出等效电路图，所述等效电路图示出用于根据本发明的开关设备的单个单向开关模块的构造；
图2示出三个在图1中示出的开关模块的串联连接的等效电路图；
图3示出在具有电源侧的和负载侧的电感器的直流电压网中的根据本发明的开关设备的等效电路图；
图4示出图表，所述图表示出在具有八个开关模块的根据本发明的开关设备的断开过程中电压和电流的时间变化曲线；
图5示出图表，所述图表示出降落在八个相互串联连接的开关模块上的电压的时间变化曲线；
图6示出根据本发明的双向开关模块的一个实施例；和
图7示出在直流电压网中的根据本发明的开关设备的等效电路图，在所述直流电压网中，所述开关设备由具有桥式整流器的两个改型的开关模块构成。
具体实施方式
在下面的描述中，相同的元件设有相同的附图标记。
图1示出用于断开包括电源侧的和负载侧的电感器的电流路径6的根据本发明的开关设备1的开关模块10的示意性构造。所述开关模块10包括可控半导体开关元件13。所述可控半导体开关元件13能够是IGBT或其它类型的可关断的半导体开关。可控半导体开关元件13的负载端子连接在第一开关模块端子11和第二开关模块端子12之间。此外，在第一和第二开关模块端子11、12之间还设置有由电阻器14和电容器15构成的串联电路。换言之，由电阻器14和电容器15形成的RC元件与可控开关元件13的负载端子并联连接。
根据本发明的开关设备1的这种单个的开关模块的原理功能方式如下：如果所述开关设备1引导电流，则可控半导体开关元件13导通连接。一旦应借助于所述开关设备1断开电流路径6，那么可控半导体开关元件13通过在图中未示出的控制设备截止连接。因此，在电流路径6中流动的电流I仅还能够经由由电阻器14和电容器15形成的RC元件继续流动。所述电容器15由于流到其中的电流I充电。
因此，可控半导体开关元件13通过控制设备以占空比运行，意即以规则的顺序导通连接和再次截止连接。为此使用规定的开关频率，例如10kHz。从中得出100μs的周期时长。在所述周期时长内，可控半导体开关元件13接通一次，即导通连接，并且再次关断一次，即截止连接。占空比规定：对于周期时长的哪个份额，所述可控半导体开关元件13保持导通连接。占空比为0代表完全截止电路，而占空比为30％表示：可控半导体开关元件13在100μs的每个周期时长内导通连接30μs。有利的是，使用尽可能高的频率，例如25kHz作为开关频率。通过所得出的尽可能短的周期时长和导电状态和截止状态的与此相关联的快速变换，所得出的充电和放电，即电压纹波变小，并且所述电容器能够针对较小的电压设计。由此能够节省用于电路的结构空间。
为了规定用于开关模块10之一的当前的占空比，首先确定在开关模块10上的实际电压。能够测量或通过计算确定所述实际电压。符合目的的是测量电流，所述测量例如为了短路检测总归必须进行。开关模块的电压能够根据每个开关模块的电流和占空比，意即接通时长来计算。调节器现在尝试将所述电压调节为系统电压除以串联连接的开关的数量。为此能够使用不同的调节器方法。
一个示例性的可能性是比例调节器(P-调节器)。也能够使用比例积分调节器(PI-调节器)。每个开关模块10的占空比(占空因数，Aussteuergrad)如下组成：
所述占空比(0至100％)因此对应于在第i个开关模块10中的第i个半导体开关元件13的所测量的或计算的开关电压Ui减去系统电压US除以开关模块的数量N，乘以调节器常数kp。项US/N能够视为在关断状态下在每个开关模块10上的期望电压。在此，调节器常数kp能够如下计算：
在此，Umax对应于在半导体开关元件13上最大允许出现的开关电压，并且amax对应于占空因数，所述系统针对所述最大占空因数设计。在此，最大占空因数代表用于半导体开关元件13的设计参数。所述值越大，系统就针对越大的电流和越小的电压设计；所述值越小，系统就针对越大的电压和越小的电流设计。
在这种类型的调节中，短路电流为干扰变量。当开关闭合时，从电容器流出的能量在这种调节中不被考虑并且为干扰变量。在这种解释中可能会发生，将占空系数选择得过大，使得在整个开关上产生的电压平均小于系统电压，而电流会继续升高。但是这应被防止。出于所述原因符合目的的是，在比例调节器之后还能够跟随限制元件。所述限制元件限制最大占空因数，使得降落在整个开关上的电压随时间的平均值不小于系统电压。而暂时低于系统电压是可能的，并且能够在图4至图7中可见。
图2示出n个开关模块10-1、10-2、...、10-n(一般性地：10-i，其中i＝1至n)的串联连接的等效电路图。每个开关模块10-i以如在图1中描述的方式构建。所述开关模块10-i的串联连接在此进行为，使得第一开关模块10-1的第二开关模块端子12-1与随后的开关模块10-2的第一开关模块端子11-2串联连接等等。如在图3中所示出的，第一开关模块10-1的第一开关模块端子11-1经由电源侧的电感器3与直流电压源2连接。直流电压源2例如能够是能量产生单元，例如光伏设施、存储器系统、电池充电设备、风能设施、整流器等。如在图3中所示出的，最后一个开关模块10-n的第二开关模块端子12-n经由负载侧的电感器6与负载4连接。负载4例如能够是直流电压网的驱动器等。
图3示出根据本发明的开关设备1的等效电路图，所述开关设备由两个相互串联连接的开关模块10-1和10-2构成，所述开关模块分别如在图1中所描述的那样构建。所述开关设备1经由已经提及的电源侧的电感器3与直流电压源2连接。在输出侧，所述开关设备1经由负载侧的电感器5与负载4连接。电源侧的和负载侧的电感器3、5不必强制性地为直流电压网的物理组件。电源侧的和负载侧的电感器3、5也能够是线路电感器。
在图3中所示出的开关设备的功能方式如下：如果负载4应由直流电压源2供应电流，开关模块10-1、10-2(一般性地：10-i，i＝1至2)的可控半导体开关元件13-1、13-2(一般性地：13-i，i＝1至2)导通连接。一旦电流路径6例如由于负载侧的短路应断开，则变换到具有占空比的运行中，其中如已经描述的，所述可控半导体开关元件13-i以固定的频率在导电状态和截止状态之间变换。在此，可控半导体开关元件13-i符合目的地以错开的方式被操控，使得它们的接通时间尽可能少地重叠。通过根据相应的开关电压和期望电压来调节占空比而确保：在两个可控半导体开关元件13-i上共同存在总电压Uges，借助所述总电压，电流流动进而储存在电感器3、5中的能量降低。
与在使用唯一的开关模块时不同，在多个开关模块的情况下，在直流电压网中始终施加反向电压(意即，与直流电压源2的电压方向相反的电压)。如果串联连接的开关模块的数量n非常大，则一个开关模块的暂时短路无关紧要，由此电流慢慢减小。与串联连接的开关模块的数量n有多大无关，以相应的方式执行所描述的方法。
图4示出用于开关设备1的电压42和电流41的时间变化曲线，所述开关设备包括八个开关模块10。在图4的图表中，假设标称电压为6kV，并且电流为2kA。在所示出的实施例中，电源侧的电感器为1mH，而对于所述模拟不使用负载侧的电感器。在实际环境中，通常在两侧都存在电感器，其中所述电感器通过分立的构件形成，或者也能够寄生地存在，或者两者一起。能够良好可见的是，在t≈0.6ms的时间点电流路径断开。在关断之前降落在开关设备1上的电压42通过可控半导体开关元件13的导通损耗来确定。通过在时间点t≈0.6ms关断，电压升高为略低于10kV。通过以时钟控制的方式切断和接通可控半导体开关元件，直至时间点t≈4ms得出留在4kV和12kV之间的变化曲线，其中电流I通过反向电压在约2.5ms内降低。
图5示出图表，在所述图表中以更高的时间分辨率示出在具有八个串联连接的开关模块的开关设备1的关断过程中电压的时间变化曲线。在此，在图5的图表所基于的模拟中，八个开关模块中的各两个在同一时间点开关，使得——对于四对开关模块10——仅可见四个单独的电压变化曲线51...54。通过所示出的在1.5ms和4.5ms之间的时间片段，具有5kHz的固定的开关频率的开关模块10的可控半导体开关元件的时钟控制良好可见。还可见的是，四对开关模块彼此相位错开地开关并且在给定的时间点，至少一个可控半导体开关元件13-i截止连接。最初，即在高占空比的情况下，接通时间段在此由于它们相应的长度仍然重叠，即由于仍然高的占空比。自约2ms开始，接通时间段不再重叠。自约3ms起可见的是，占空比变小，并且半导体开关元件13-i仅还在短的时间段内接通，但是仍以相同频率。
在图5的图表中，四对开关模块10中的两对以比另外两对低的电压53、54工作。这是模拟的伪影。这种操控原理上是可行的。然而对于整个开关符合目的且有利的是，所有开关模块10以相同的方式运行，即也以相同的电压负载工作。通过在图5中的开关模块10的不同的电压水平51...54也出现不同的占空比，这在t＝3ms的范围内可见。此外，具有较低电压的开关模块10也略微更早地完全关断，在约t＝3.5ms处完全关断。如果电流下降为低于可规定的阈值，例如50A，并且在开关模块10上的电压，即电容器15-i的电压接近系统电压，即与系统电压的差低于阈值，则引起开关模块10的完全关断。
通过根据对于开关模块10-i中的每个开关模块的实际电压和期望电压的差对占空比的所述调节，所述占空比主要与在整个开关设备上的当前存在的电感引起的过电压相关。如果所述过电压如在图4和图5中所示出的从约2.5ms的时间起接近0V，则所述占空比相应地减小。但是，因为始终仍存在短的接通时间，则电容器15-i始终仍能够实现放电。因此，在没有过电压的情况下，即在能量降低之后，也不再存在电容器15-i的显著的过电压，所述过电压会引起电流回流，从而引起电流再摆动。如在图4中清楚可见的，几乎完全避免随后的振荡。在图5中自约t＝3ms起紧接着可见仍然存在的相对较弱和持续时间短的反向电流，使得在电容器15-i上的电压在半导体开关元件13-i截止连接时下降，而不是升高。自所述时间点起，电流首次达到0A，而在开关设备上的总电压仍略高于6kV的标称电压。
图6示出在图1中示出的开关模块10的变形方案。除了半导体开关元件13之外，另一半导体开关元件16与可控半导体开关元件13反串联连接。可控半导体开关元件13和另一可控半导体开关元件16能够是相同类型的，例如IGBT。所述可双向运行的开关模块10的特性对应于图1中的开关模块的特性。在图6中示出的双向开关模块10中，电流流动能够指向两个方向。在此，两个可控半导体开关元件13、16中的一个在导电情况下导通连接，而另一个截止连接。经由相应的反并联连接的二极管17或18确保电流流动。
图7示出根据本发明的开关设备1的另一等效电路图，其中所述开关设备示例性地包括两个开关设备10-1和10-2。所述开关设备如在图3中那样在电源侧的电感器3和负载侧的电感器5之间连接。所述开关模块10-1和10-2(一般性地：10-i，其中i＝1至2)能够处理双向的电流流动。为此，如在图1中示出的基础模块集成到整流器桥20-1和20-2(一般性地：20-i，其中i＝1至2)中。根据开关模块10-1来描述所述构造，其中开关模块10-2的构造是相同的。
所述整流器桥20-1实现为具有四个二极管21-1、22-1、23-1和24-1的二极管桥。第一整流端子25-1在二极管21-1和23-1的阴极之间形成。第二整流端子26-1在二极管22-1和24-1的阳极端子之间形成。如在图1中构造的开关模块在第一整流端子25-1和第二整流端子26-1之间连接。第三整流端子27-1在二极管21-1的阳极和二极管22-1的阴极之间构成。第三整流端子27-1经由电源侧的电感器3与直流电压源2连接。第四整流端子28-1在二极管23-1的阳极和二极管24-1的阴极之间构成。第四整流端子28-1与第二开关模块10-2的第一整流端子27-2连接。
因此，在整流器桥20-1中设置单向基础模块，其共同得出开关模块10-1。所述开关模块用于两个电流方向，其中电流反向通过整流器桥20-i的元件实现。为了简单起见，图7仅示出开关设备1左侧的直流电压源2和右侧的负载4。对于双向运行，所述布置具有开关设备1的右侧的另一直流电压源和左侧的另一负载4。
如在图7中所示出的，能够串联连接任意数量的开关模块10-i。
附图标记列表：
1开关设备
2直流电压源
3 电源侧的电感器
4 负载
5 负载侧的电感器
6 电流路径
10、10-i开关模块
11、11-i开关模块端子
12、12-i开关模块端子
13、13-i可控半导体开关元件
14、14-i 电阻器
15、15-i 电容器
16另外的可控半导体开关元件
17二极管
18二极管
20-i整流器桥
21-i…24-i二极管
25-i整流端子
26-i整流端子
27-i…28-i整流端子
41开关电流
42开关电压
51…54开关模块电压

Claims (20)

1.一种用于断开直流电压网的电流路径(6)的开关设备(1)，该电流路径包括电源侧的和负载侧的电感器(3，5),所述开关设备包括至少两个串联连接的开关模块(10)，其中所述开关模块(10)中的每个开关模块包括至少一个可控半导体开关元件(13，16)，由电阻器(14)和电容器(15)构成的串联电路与所述可控半导体开关元件并联连接，
其特征在于，
所述开关设备构造为，使得在断开所述电流路径(6)以降低储存在所述电感器(3，5)中的能量时，所述开关模块(10)中的至少一个开关模块的所述半导体开关元件(13，16)以占空比导通连接，其中利用在所述半导体开关元件上的实际电压与在所述半导体开关元件上的期望电压之间的差来形成所述占空比，并且其中所述期望电压至少由所述开关模块(10)的数量和所述直流电压网的系统电压形成。
2.根据权利要求1所述的开关设备(1)，
其中所述占空比与所述实际电压和所述期望电压的差成正比。
3.根据权利要求1或2所述的开关设备(1)，
其中所述占空比与用于所述可控半导体开关元件(13，16)的最大电压与所述期望电压的差成正比。
4.根据权利要求1或2所述的开关设备(1)，其中所述期望电压等于所述直流电压网的所述系统电压除以所述开关模块(10)的数量。
5.根据权利要求1或2所述的开关设备(1)，所述开关设备构造为，使得将所述占空比限制为上限值，所述上限值选择为，使得在关断过程中在所述开关设备(1)上的电压随时间的平均值不小于所述直流电压网的系统电压。
6.根据权利要求1或2所述的开关设备(1)，所述开关设备分别具有用于操控所述可控半导体开关元件(13，16)的比例调节器，其中所述比例调节器作为调节输入至少获得电压的实际值和期望值。
7.根据权利要求1或2所述的开关设备(1)，所述开关设备构造为，使得所述可控半导体开关元件(13，16)的开关频率为至少5kHz。
8.根据权利要求7所述的开关设备(1)，其中所述可控半导体开关元件(13，16)的所述开关频率为至少20kHz。
9.根据权利要求1或2所述的开关设备(1)，
其中所述可控半导体开关元件(13，16)是宽带隙开关，并且开关频率为至少50kHz。
10.根据权利要求9所述的开关设备(1)，
其中所述可控半导体开关元件(13，16)是SiC开关或GaN开关。
11.根据权利要求9所述的开关设备(1)，
其中所述开关频率为至少200kHz。
12.根据权利要求1或2所述的开关设备(1)，
其中由至少一个可控半导体开关元件(13，16)和由所述电阻器(14)和所述电容器(15)构成的串联电路构成的并联电路在相应的开关模块(10)的整流器桥(20)的第一整流端子(25)和第二整流端子(26)之间连接，其中所述第一整流端子(25)是所述整流器桥(20)的第一节点，两个整流元件(21，23)的阴极端子在所述第一节点处相互连接，并且其中所述第二整流端子(26)是所述整流器桥(20)的第二节点，两个另外的整流元件(22，24)的阳极端子在所述第二节点处相互连接。
13.根据权利要求1或2所述的开关设备(1)，
其中在所述开关设备(1)运行时，为了断开所述电流路径(6)，直至储存在所述电感器(3，5)中的能量降低，在预设的时间点，第一子份额的开关模块(10)的可控半导体开关元件(13，16)截止连接，而第二子份额的开关模块(10)导通连接。
14.根据权利要求1或2所述的开关设备(1)，
其中在所述开关设备(1)运行时，为了断开所述电流路径(6)，直至储存在所述电感器(3、5)中的能量降低，将不同的开关模块(10)的半导体开关元件(13，16)在不同的时间点接通和切断。
15.根据权利要求1或2所述的开关设备(1)，
其中在相应的开关模块(10)的所述可控半导体开关元件(13)的路径中，另一可控半导体开关元件(16)与所述可控半导体开关元件(13)反串联连接。
16.根据权利要求1或2所述的开关设备(1)，
其中所述可控半导体开关元件(13，16)的截止能力为至少400V。
17.根据权利要求16所述的开关设备(1)，
其中所述可控半导体开关元件(13，16)的截止能力为至少1000V。
18.一种具有至少400V的系统电压的直流电压网，所述直流电压网具有根据上述权利要求中任一项所述的开关设备(1)。
19.根据权利要求18所述的直流电压网，其中所述系统电压为至少1kV。
20.根据权利要求1至17中任一项所述的开关设备(1)的应用，所述开关设备用作为防短路的功率开关。
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