CN116964939A - 用于隔离开关的谐振电路 - Google Patents

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CN116964939A CN202080108354.1A CN202080108354A CN116964939A CN 116964939 A CN116964939 A CN 116964939A CN 202080108354 A CN202080108354 A CN 202080108354A CN 116964939 A CN116964939 A CN 116964939A
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Abstract

一种隔离开关包括主开关设备，主开关设备包括晶闸管，晶闸管被配置并且可操作以可选择地闭合和断开第一端子与第二端子之间的主电路。谐振电路与主开关设备并联地与第一端子和第二端子可操作地耦合，并且包括电容器和开关设备，开关设备被配置并且可操作以可选择地闭合和断开辅助电路。在闭合状态下，辅助电路通过电容器使来自主电路的电流换向，并且施加电容器的电压以有效地将晶闸管向开路状态偏置。

Description

用于隔离开关的谐振电路
技术领域
本公开大体上涉及隔离开关。常规的隔离开关被构造为中断负载电流，以便将电力系统的一部分与另一部分隔离。例如，被耦合在公用电网和微电网之间的隔离开关被构造为将微电网与公用电网隔离。现有的隔离开关存在许多不足和缺点。仍有未满足的需要，包括减少电力网络应力并且提高隔离开关响应速度。例如，现有的隔离开关可能在20ms内对隔离命令做出响应，在此期间，电力网络的组件和隔离开关本身受到增加的应力，并且在此期间，电力网络继续经历可能导致电力系统断电的故障状况。鉴于本领域中的这些和其他不足，对本文公开的独特的装置、方法、系统和技术存在显著的需要。
背景技术
为了清晰、简明且精确地描述本公开的非限制性示例性实施例、制造和使用该示例性实施例的方式和过程，并且使其能够实践、制造和利用，现在将参照某些示例性实施例，包括附图中图示的示例性实施例，并且具体语言就被用于描述该示例性实施例。然而，应该理解的是，由此不产生对本公开的范围的限制，并且本公开包括和保护示例性实施例的这种更改、修改和进一步应用，如本领域技术人员在受益于本公开的情况下会想到的。
发明内容
本公开的示例实施例包括用于基于谐振的晶闸管换向的独特系统、方法、技术和装置。通过以下描述和附图，本公开的其他实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得显而易见。
附图说明
图1图示了示例电力网络。
图2A至图2E图示了图1的处于一系列操作状态的示例电力网络。
图3图示了多个曲线图，描绘了图1的示例电力网络随时间的电气特点。
图4图示了示例三相电力网络。
图5图示了另一示例电力网络。
具体实施方式
参照图1，图示了包括隔离开关11的示例电力网络10(本文也称为电力网络10或网络10)。电力网络10包括通过隔离开关11彼此电耦合的两个部分。在所图示的实施例中，电力网络10的第一部分包括公用电网1，并且电力网络10的第二部分包括微电网3。应该了解的是，微电网3是包括至少一个负载和一个分布式能源的电力网络的一部分，该分布式能源被构造为在微电网与公用电网1断开的情况下将电力分布到微电网的负载。在其他实施例中，隔离开关11可以被并入到另一类型的电力网络中，或者在公用电网内的另一地点处。尽管电力网络10可以被构造为传输单相或多相电力。针对多相电力应用，诸如隔离开关11等隔离开关被提供用于每个相位并且与每个相位耦合。
隔离开关11包括第一隔离开关端子2(本文也称为端子2)、第二隔离开关端子4(本文也称为端子4)、主开关设备12和谐振关断(RTO)电路13。电子控制系统(ECS)14与隔离开关11可操作地耦合，并且可以被认为是隔离开关11的一部分或组件。ECS可以包括一个或多个基于集成电路(例如基于微处理器、基于微控制器、基于ASIC、基于FPGA和/或基于DSP)的控制单元以及相关的驱动器、输入/输出、信号调节、信号转换和其他电路系统。在某些实施例中，RTO电路13和ECS 14可以被容纳在构造为安装至主开关设备12的子装配件模块或单元中。子装配件模块可以包括被构造为封闭ECS 14和RTO电路13的外壳，或者被构造为包含ECS 14和RTO电路13或其部分的一个或多个电路板。
隔离开关11被构造为在确定发生电能质量事件时断开。为了减少确定发生电能质量事件和断开主开关设备12之间的时间，RTO电路13被配置并且可操作以向主开关设备12输出谐振电流，以强制主开关设备的换向。
主开关设备12被构造为在公用电网1和微电网3之间选择性地传导双向电力。主开关设备12与端子2导电耦合，该端子2也与公用电网1导电耦合。主开关设备12也与端子4导电耦合，该端子4也与微电网3导电耦合。在所图示的实施例中，主开关设备12包括以反并联配置与晶闸管Sm2耦合的晶闸管Sm1。在其他实施例中，主开关设备12可以包括以不同布置耦合的半导体开关。举几个示例，主开关设备12可以包括可控硅晶闸管、栅极关断晶闸管、发射极关断晶闸管、反向传导晶闸管、双向三极管晶闸管、集成栅极换向晶闸管或反向阻断集成栅极换向晶闸管。
RTO电路13与主开关设备12并联地与端子2和端子4导电耦合，并且被构造为接收电力并且将谐振电流输出到主开关设备12。RTO电路13包括跨总线36耦合的多个支路31、33和35。应该了解的是，RTO电路13是根据本公开的谐振电路的一个示例。其他实施例可以包括多个附加、修改或替代谐振电路布置，包括不同类型和布置的支路、开关设备和电容器。
应该了解的是，其他实施例包括与端子2或端子4相关联的其他类型的操作联轴器。例如，这种操作联轴器可以包括一个或多个变压器，该变压器在公用电网与端子2、端子2与主开关设备12、端子2和RTO电路13、微电网3与端子4、端子4与主开关设备12和/或端子4与RTO电路13中的一个或多个之间提供电隔离耦合。
支路31包括在中点连接6(也称为输入/输出(I/O)端口6)处与第二RTO开关设备Sr2串联耦合的第一RTO开关设备Sr1，该中点连接6被耦合至端子4。第一RTO开关设备Sr1与总线36的第一路36a耦合，并且第二RTO开关设备Sr2与总线36的第二路耦合。支路35包括在中点连接8(也称为输入/输出(I/O)端口8)处与第四RTO开关设备Sr4串联耦合的第三RTO开关设备Sr3。第三RTO开关设备Sr3与总线36的第一路36a耦合，并且第四RTO开关设备Sr4与总线36的第二路36b耦合。在所图示的实施例中，RTO开关设备Sr1、Sr2、Sr3、Sr4包括晶闸管。在其他实施例中，RTO开关设备Sr1、Sr2、Sr3、Sr4可以包括其他类型的半导体开关设备，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。支路31和35被构造为接收AC电力，将接收到的电力转换为DC电力，将DC电力输出到总线36，并且将总线36的DC电力转换为AC电力。
支路33包括在中点连接7处与第二谐振电容器Cr2串联耦合的第一谐振电容器Cr1。第一谐振电容器Cr1与总线36的第一路36a耦合，并且第二谐振电容器Cr2与总线36的第二路36b耦合。133a。预充电电路38被配置并且可操作以将第二谐振电容器Cr2预充电到电压参考值VCO。第一分支32被耦合至总线36的第二路36b和中点连接7，并且包括与续流二极管D反并联耦合的辅助开关设备Sa。第二分支34被耦合至总线36的第二路36b和中点连接7，并且包括在第一谐振电容器Cr1两端提供单极电压钳位的电压钳位设备(本文也称为电压钳)。在图1的实施例中，电压钳是金属氧化物变阻器(MOV)9。其他实施例可以包括其他类型或布置的电压钳。谐振电感器Lr被耦合在中点连接8和端子2之间，并且限制电流的时间变化率(di/dt)以用于较软的换向。一些形式可以附加地或备选地包括被耦合在中点连接6和端子4之间的另一谐振电感器。
ECS 14与主开关设备12可操作地耦合，并且被配置并且可操作以向晶闸管Sm1和晶闸管Sm2提供控制信号，以可选择地将这些设备中的每个设备接通(例如闭合或导通状态)或关断(例如断开或非导通状态)。ECS 14也与RTO电路13可操作地耦合，并且被配置并且可操作以向RTO开关设备Sr1、RTO开关设备Sr2、RTO开关设备Sr3和RTO开关设备Sr4提供控制信号，以可选择地将这些设备中的每个设备接通(例如闭合或导通状态)或关断(例如断开或非导通状态)。ECS 14还被配置并且可操作以接收指示公用电网1的电压和电流值的一个或多个输入15a以及指示微电网3的电压和电流值的一个或多个输出15b。ECS 14还被配置并且可操作以响应于一个或多个接收的输入15a和/或一个或多个接收的输出15b来确定(例如计算、标识或预测)电能质量，并且响应于确定电能质量事件来发起或启动隔离开关11的关断操作。举几个示例，电能质量事件可以包括公用电网频率偏差、微电网频率偏移、电压暂降、电压暂升、短路状况和接地故障状况。
ECS 14操作RTO电路13以生成和提供谐振电流(IR)，该谐振电流被配置并且可操作以强制主开关设备12的换向。谐振电流(IR)导致由主开关设备12传导的电流的幅度减小到零，并且导致主开关设备12两端的反向电压偏置。ECS 14还被构造为基于电压参考值控制预充电电路38对第二谐振电容器Cr2进行预充电并且对第二谐振电容器Cr2进行放电。在某些实施例中，电压参考值包括具有最小阈值和最大阈值的范围。在某些实施例中，电压参考值大于从公用电网1接收的电力的标称RMS电压。在某些实施例中，ECS 14可以调整电压参考值以控制峰值谐振电流。
RTO电路13可以提高隔离开关11操作以断开主开关设备12的速度(例如与没有RTO电路13的相同隔离开关11相比快80％)。在某些实施例中，隔离开关11可以在电能质量事件开始的4至18ms内断开主开关设备12。在某些实施例中，隔离开关11可以在导致ECS 14激活RTO电路13的电能质量事件开始的5ms内断开主开关设备12。
图2A至图2E和3示出了与隔离开关11的关断操作相关联的一系列操作状态。如下面进一步描述的，图2A至图2E图示了通过主开关设备12的主电流(Imain)、通过RTO电路13的谐振电流(IR)以及通过隔离开关11的微电网3和公用电网1之间的净负载电流(Iload)的电流流动路径。
图3图示了曲线图310、320和330，描绘了在关断操作期间示例电力网络100的电气特点，隔离开关11响应于电能质量事件而由ECS 14启动和控制。曲线图310图示了作为时间函数的主晶闸管栅极信号311(例如为将晶闸管Sm1或晶闸管Sm2接通或关断而提供的信号)、RTO开关设备栅极信号312(例如为将RTO开关设备Sr1、Sr2、Sr3、Sr4接通或关断而提供的信号)以及辅助开关设备栅极信号313(例如为将辅助开关设备Sa接通或关断而提供的信号)的“接通”和“关断”电压值。曲线图320图示了作为时间函数的负载电流(Iload)(例如通过隔离开关11从微电网3到公用电网1的电流)的曲线321、作为时间函数的谐振电流(IR)(例如在RTO开关设备Sr1和RTO开关设备Sr4之间或通过RTO开关设备Sr1和RTO开关设备Sr4流动的电流)的曲线322以及主晶闸管电流(Imain)(例如通过晶闸管Sm1或通过晶闸管Sm2的电流)的曲线323。曲线图330图示了作为时间函数的第二谐振电容器Cr2电压(VCr2)的曲线331、作为时间函数的辅助开关电压/钳位电容器电压(VSa/VCr1)的曲线332以及作为时间函数的主晶闸管电压(VSm1)的曲线333。
如图2A和图3所示，在时间t1之前，通过晶闸管Sm1的主电流(Imain)等于并且构成从微电网3到公用电网1的负载电流(Iload)。在时间t1，ECS 14发起主开关设备12的关断操作，并且取决于负载电流的方向，控制RTO电路13的对应辅助开关设备。在图2A所图示的操作状态下，晶闸管Sm1在时间t1之前传导负载电流。在时间t1，关断操作开始，并且RTO开关设备Sr1、RTO开关设备Sr4和辅助开关设备Sa被控制以发起关断序列。应该了解的是，负载电流可以备选地通过晶闸管Sm2以相反的方向从公用电网1流向微电网3，并且图2B至图2D的操作模式同样可以涉及负载电流和以与所图示方向相反的方向流动的主电流以及在RTO开关设备Sr2和Sr3之间或者通过RTO开关设备Sr2和Sr3流动的谐振电流，而不是如所图示实施例中那样在RTO开关设备Sr1和Sr4之间或通过RTO开关设备Sr1和Sr4流动的电流。
如图3所示，在时间t1，ECS 14关断主晶闸管栅极信号311，并且接通RTO开关设备栅极信号313和辅助开关设备栅极信号315，以发起关断操作。作为响应，曲线322的谐振电流(IR)开始增大，曲线323的主电流(Imain)开始与IR的增大成比例地减小，并且曲线321的负载电流(Iload)(等于IR和Imain的总和)基本上保持恒定。从时间t1到时间t2，Imain的成比例减小和IR的增大继续，并且Iload的增大部分被迫从主开关设备12的晶闸管Sm1换向到RTO电路13，如图2B所示。曲线333的主晶闸管电压(VSm1)也从零到时间t1减小到时间t2的负电压。
在时间t2，曲线323的主电流(Imain)已减小到零，并且曲线322的谐振电流(IR)已增大到等于曲线321的负载电流(Iload)。而且，在时间t2，来自电容器Cr2的反向偏置电压被施加到晶闸管Sm1的阳极，以加速其关断或换向到关断状态，如图2C所示。在时间t2和时间t3之间，第二谐振电容器Cr2放电，并且曲线331的谐振电容器电压(VCr2)减小，如图3所示。第二谐振电容器Cr2中的能量可以被选择为足够大以维持电压极性和对晶闸管Sm1的反向偏置。时间t2和时间t3之间的时间段可以被选择为足以允许晶闸管Sm1换向和关断的足够时间。
在时间t3，晶闸管Sm1完全关断并且准备阻断正向电压，并且辅助晶闸管Sr1、Sr4和辅助开关设备Sa通过ECS 14将RTO开关设备栅极信号312和辅助开关设备栅极信号313的值改变为关断而被命令关断。从时间t3到时间t4，谐振电容器Cr1电压(VCr1)增大，直到达到钳位电压，如图2D所示。环路能量被用作缓冲电路的MOV 9和电容器Cr1吸收以耗散谐振电流(IR)。因此，负载电流(Iload)为零并且在t4处完全中断。谐振开关Sr1、Sr4在时间t4关断，如图2E所示。
除非明确相反规定，否则可以在任何其他实施例中使用来自各个实施例的各个方面、特征、过程和操作。所图示的某些操作可以由包括在非瞬态计算机可读存储介质上执行计算机程序产品的处理设备的计算机来实施，其中计算机程序产品包括使处理设备执行一个或多个操作或者向其他设备发出命令以执行一个或多个操作的指令。
在图1的实施例中，电力网络10以单相形式图示。应该了解的是，其他实施例可以包括多相形式。例如，图4图示了三相电力网络10a，其中三相公用电网1a和三相微电网3a通过三相隔离开关布置11a可选择地耦合。
三相微电网3a的相位Vac-r与隔离开关端子4a可操作地耦合，并且三相公用电网1a的相位Vac-u与隔离开关端子2a可操作地耦合。RTO电路13a和主开关设备12a彼此并联地与隔离开关端子2a和隔离开关端子4a可操作地耦合。
三相微电网3b的相位Vac-s与隔离开关端子4b可操作地耦合，并且三相公用电网1b的相位Vac-v与隔离开关端子2b可操作地耦合。RTO电路13b和主开关设备12b彼此并联地与隔离开关端子2b和隔离开关端子4b可操作地耦合。
三相微电网3c的相位Vac-t与隔离开关端子4c可操作地耦合，并且三相公用电网1c的相位Vac-w与隔离开关端子2c可操作地耦合。RTO电路13c和主开关设备12c彼此并联地与隔离开关端子2c和隔离开关端子4c可操作地耦合。
RTO电路13a、13b、13c可以包括上述RTO电路13或下述RTO电路130的组件和功能性。主开关设备12a、12b、12c可以包括与上述主开关设备12或下述主开关设备120相同的组件和功能性。
电子控制系统(ECS)14a与主开关设备12a、12b、12c可操作地耦合，并且被配置并且可操作以提供控制信号，以可选择地将相应晶闸管或其他主开关组件中的每个晶体管或其他主开关组件接通(例如闭合或导通状态)或关断(例如断开或非导通状态)。ECS 14也与RTO电路13a、13b、13c可操作地耦合，并且被配置并且可操作以提供控制信号以可选择地将每个RTO电路的相应开关设备接通(例如闭合或导通状态)或关断(例如断开或非导通状态)。ECS 14还被配置并且可操作以接收指示三相公用电网1a的电压和电流值的一个或多个输入以及指示微电网3a的电压和电流值的一个或多个输入。在操作期间，ECS 14a可以根据上述ECS 4和隔离开关11的控制操作和功能单独地控制每个相位。
参照图5，图示了包括隔离开关110的示例电力网络100。网络100包括通过隔离开关110耦合在一起的电力网络的两个部分。在所图示的实施例中，电力网络的第一部分是公用电网101，而电力网络的第二部分是微电网103。应该了解的是，微电网103是包括至少一个负载和一个分布式能源的电力网络的一部分，该分布式能源被构造为在微电网与公用电网101断开的情况下将电力分布到微电网的负载。在其他实施例中，隔离开关110可以被并入到另一类型的电力网络中，或者在公用电网内的另一地点处。尽管电力网络100用单线图图示，但是电力网络100可以被构造为传输单相或多相电力。针对多相电力应用，诸如隔离开关110等单独的隔离开关被耦合至每个相位。
隔离开关110包括主开关设备120、谐振关断(RTO)电路130和ECS 140(本文也称为控制器140)。隔离开关110被构造为响应于确定发生电能质量事件而断开。为了减少确定发生电能质量事件和断开主开关设备120之间的时间，RTO电路130被构造为向主开关设备120输出谐振电流，以强制主开关设备的换向。应该了解的是，RTO电路130是根据本公开的谐振电路的一个示例。其他实施例可以包括多个附加、修改或替代谐振电路布置，包括不同类型和布置的支路、开关设备和电容器。
主开关设备120被构造为在公用电网101和微电网103之间选择性地传导双向电力。主开关设备120包括被耦合至公用电网101的端子125和被耦合至微电网103的端子127。这些组件的联轴器可以是导电联轴器或其他类型的操作联轴器，诸如上面结合图1描述的那些。
在所图示的实施例中，主开关设备120包括以反并联配置与晶闸管123耦合的晶闸管121。在其他实施例中，主开关设备120可以包括以不同布置耦合的半导体开关。仅举几个示例，主开关设备120可以包括可控硅晶闸管、栅极关断晶闸管、发射极关断晶闸管、反向传导晶闸管、双向三极管晶闸管、集成栅极换向晶闸管或反向阻断集成栅极换向晶闸管。
RTO电路130与主开关设备120并联耦合，并且被构造为接收电力并且将谐振电流输出到主开关设备120。RTO电路130包括跨直流(DC)总线136耦合的多个支路131至135。
支路131包括在中点连接131c处与辅助开关设备131b串联耦合的辅助开关设备131a。端子125被耦合至中点连接131c。支路135包括在中点连接135c处与辅助开关设备135b串联耦合的辅助开关设备135a。在所图示的实施例中，支路131和135的辅助开关设备分别包括晶闸管。在其他实施例中，支路131和135的辅助开关设备可以包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)或另一类型的半导体开关。支路131和135被构造为接收AC电力，将接收到的电力转换为DC电力，将DC电力输出到总线136，接收DC电力，并且将接收到的DC电力转换为AC电力。
支路133包括谐振电容器133a。在某些实施例中，支路133包括多个谐振电容器。电压传感器137被构造为测量谐振电容器133a两端的电容器电压V133a。在某些实施例中，电压传感器137可以是分压器，或者被构造为测量电压的另一类型的设备。为了向主开关设备120提供谐振电流，电容器电压V133a大于通过主开关设备120传导的电力的电压。
支路132包括预充电电路，该预充电电路被构造为对谐振电容器133a充电以将电容器电压V133a增大到电压参考值。支路132包括串联耦合的限流电阻器132a、132e和二极管132b、132d，二极管132b、132d在中点连接132c处被耦合。辅助开关设备132f被耦合在中点连接132c和中点连接131c之间，并且被构造为选择性地将充电电流通过支路132传导到谐振电容器133a。在其他实施例中，RTO电路130不包括充电电路或包括具有与所图示支路拓扑不同的拓扑的充电电路。
支路134包括放电电路，该放电电路被构造为对谐振电容器133a放电以将电容器电压V133a减小到电压参考值。支路134包括与放电电阻器134b串联耦合的辅助开关设备134a。辅助开关设备134a被构造为选择性地将电流从电容器133a传导通过放电电阻器134b，以便减小电容器电压V133a。在其他实施例中，RTO电路130不包括放电电路或包括具有与所图示支路拓扑不同的拓扑的放电电路。谐振电感器138被耦合在中点连接135c和端子127之间。一些形式可以附加地或备选地包括被耦合在中点连接131c和端子125之间的另一谐振电感器。
隔离开关110包括控制器140，该控制器140被构造为操作主开关设备120和RTO电路130的开关设备，从电压传感器137接收电压V133a测量值，相对于电压参考值维持电压V133a，并且通过使用来自RTO电路130的谐振电流IR断开主开关设备120来响应电能质量事件。
控制器140操作RTO电路130，以生成和传输谐振电流IR，该谐振电流IR被配置为迫使主开关设备120换向。谐振电流IR导致由主开关设备120传导的电流的幅度减小到零，并且导致主开关设备120两端的反向电压偏置。
在RTO电路的操作期间，辅助开关设备131b和135a在正半周期期间接通，并且在负半周期期间关断，并且辅助开关设备131a和135b在正半周期期间关断并且在负半周期期间接通。
控制器140还被构造为基于电压参考值对电容器133a进行预充电并且对电容器133a进行放电。在某些实施例中，电压参考值包括具有最小阈值和最大阈值的范围。
响应于确定来自电压传感器137的电压测量值(对应于电压V133a)小于电压参考值，控制器140闭合辅助开关设备132f，直到电压V133a增大到电压参考值。当辅助开关设备132f闭合时，电力由预充电电路接收，由二极管132b和132d整流，并且输出到电容器133a。
响应于确定来自电压传感器137的电压测量值大于电压参考值时，控制器140闭合辅助开关设备134a，直到电压V133a减小到电压参考值。当辅助开关设备134a闭合时，存储在电容器133a中的能量使用放电电阻器134b耗散。
在某些实施例中，电压参考值大于从公用电网101接收的电力的标称RMS电压。在某些实施例中，控制器140可以调整电压参考值以控制峰值谐振电流。
使用RTO电路130，与没有RTO电路130的相同隔离开关相比，隔离开关110断开主开关设备120的速度快80％。在某些实施例中，隔离开关110可以在电能质量事件开始的4至18ms内断开主开关设备120。在某些实施例中，隔离开关110在导致控制器140激活RTO电路130的电能质量事件开始的5ms内断开主开关设备120。
在某些实施例中，控制器140包括微控制器。在某些实施例中，隔离开关110包括附加组件。例如，隔离开关110可以包括电压钳位设备，诸如金属氧化物变阻器(MOVS)或热保护MOV。仅举几个示例，电压钳位设备可以与主开关设备120并联耦合，或者跨总线136耦合。在某些实施例中，RTO电路130和控制器140被容纳在构造为安装至主开关设备120的子装配件模块中。子装配件模块可以包括被构造为封闭控制器140和RTO电路130的外壳，或者被构造为容纳控制器140和RTO电路130的一个或多个电路板。
一个示例实施例是一种装置，包括：隔离开关，包括：主开关设备，包括与第一隔离开关端子和第二隔离开关端子可操作地耦合的晶闸管，该晶闸管被配置并且可操作以响应于从电子控制系统接收的主开关设备控制信号来可选择地闭合和断开第一隔离开关端子和第二隔离开关端子之间的主电路；以及谐振电路，与主开关设备并联地与第一隔离开关端子和第二隔离开关端子可操作地耦合，该谐振电路包括第一开关设备、第二开关设备和电容器，第一开关设备和第二开关设备被配置并且可操作以响应于从电子控制系统接收的谐振电路控制信号来可选择地闭合和断开辅助电路，该辅助电路包括第一隔离开关端子和第二隔离开关端子之间的电容器，其中在闭合状态下，辅助电路通过电容器使来自主电路的电流换向，并且施加电容器的电压以有效地将晶闸管向开路状态偏置。
在一些形式中，谐振电路包括：总线，包括第一路和第二路；跨总线的第一路和第二路耦合的第一支路，包括在第一中点连接处串联耦合的第一开关设备和第三开关设备；跨总线的第一路和第二路耦合的第二支路，包括在第二中点连接处耦合的所述电容器和附加电容器；以及跨总线的第一路和第二路耦合的第三支路，包括在第三中点连接处串联耦合的第二开关设备和第四开关设备。在一些形式中，谐振电路的第二支路包括：第一分支，与附加电容器并联地与总线的第一路和第二中点连接耦合，并且包括辅助开关设备；以及第一分支，与附加电容器并联地与总线的第一路和第二中点连接耦合，并且包括电压钳。在一些形式中，辅助开关设备被配置并且响应于谐振电路控制信号而可与第一开关设备和第二开关设备组合操作以可选择地闭合和断开辅助电路。在一些形式中，电压钳和附加电容器被配置为可操作以耗散通过辅助电路的电流。在一些形式中，谐振电路包括：电感器，被耦合在第三中点连接与第一隔离开关端子和第二隔离开关端子中的一个隔离开关端子之间。在一些形式中，谐振电路包括预充电电路，被配置为在电容器的所述电压有效地将晶闸管向开路状态偏置之前对所述充电器进行充电。在一些形式中，主开关设备包括第二晶闸管，该第二晶闸管与第一隔离开关端子和第二隔离开关端子可操作地耦合并且与晶闸管反并联。一些形式包括电子控制系统，与主开关设备和谐振电路可操作地耦合。在一些形式中，第一隔离开关端子与微电网和公用电网中的一个电网可操作地耦合，并且第二隔离开关端子与微电网和公用电网中的另一个电网可操作地耦合。
又一示例实施例是一种操作隔离开关的方法，该隔离开关包括与第一端子和第二端子可操作地耦合的主开关设备、与主开关设备并联地与第一端子和第二端子可操作地耦合的谐振电路以及与主开关设备和谐振电路可操作地耦合的电子控制系统，该方法包括：操作隔离开关，使得主开关设备通过主开关设备的晶闸管在第一端子和第二端子之间传输电力，并且谐振电路不在第一端子和第二端子之间传输电力；用电子控制系统操作谐振电路的第一开关设备和第二开关设备，以闭合包括第一开关设备、第二开关设备和电容器的谐振电路的辅助电路，有效地通过电容器使来自主开关设备的电流换向，并且施加电容器的电压以将晶闸管向开路状态偏置；以及用电子控制系统操作晶闸管为开路状态，使得主开关设备不在第一端子和第二端子之间传输电力。在一些形式中，用电子控制系统操作谐振电路的第一开关设备和第二开关设备以闭合谐振电路的辅助电路的动作还包括：用电子控制系统操作谐振电路的辅助开关设备以闭合谐振电路的辅助电路。在一些形式中，谐振电路包括：总线，包括第一路和第二路；跨总线的第一路和第二路耦合的第一支路，包括在第一中点连接处串联耦合的第一开关设备和第三开关设备；跨总线的第一路和第二路耦合的第二支路，包括在第二中点连接处耦合的所述电容器和附加电容器；以及跨总线的第一路和第二路耦合的第三支路，包括在第三中点连接处串联耦合的第二开关设备和第四开关设备。在一些形式中，谐振电路的第二支路包括：第一分支，与附加电容器并联地与总线的第一路和第二中点连接耦合，并且包括辅助开关设备；以及第一分支，与附加电容器并联地与总线的第一路和第二中点连接耦合，并且包括电压钳。一些形式包括：在晶闸管处于开路状态的情况下，用电子控制系统操作辅助开关设备以利用电压钳和附加电容器来耗散电流。在一些形式中，以下一项或多项：(a)主开关设备包括第二晶闸管，该第二晶闸管与第一隔离开关端子和第二隔离开关端子可操作地耦合并且与晶闸管反并联；(b)第一端子与微电网和公用电网中的一个电网可操作地耦合，并且第二端子与微电网和公用电网中的另一个电网可操作地耦合；(c)所述电容器利用预充电电路被预充电到电容器的所述电压，以有效地将晶闸管向开路状态偏置；以及(d)电感器被耦合在谐振电路与第一隔离开关端子和第二隔离开关端子中的至少一个隔离开关端子之间。
另一示例实施例是一种系统，包括：隔离开关，包括：与微电网和公用电网中的一个电网可操作地耦合的第一端子以及与微电网和公用电网中的另一个电网可操作地耦合的第二端子；主开关，包括与第一端子和第二端子可操作地耦合的晶闸管，该晶闸管被配置并且可操作以可选择地接通和关断第一端子和第二端子之间的主电路；谐振电路，与主开关并联地与第一端子和第二端子可操作地耦合，谐振电路包括第一开关、第二开关和电容器，第一开关和第二开关被配置并且可操作以可选择地接通和关断第一端子和第二端子之间包括电容器的辅助电路，其中在闭合状态下，辅助电路通过电容器使来自主电路的电流换向，并且施加电容器的电压以有效地将晶闸管向关断状态偏置；以及电子控制系统，可操作地耦合主开关和谐振电路。在一些形式中，谐振电路包括：总线，包括第一路和第二路；跨总线的第一路和第二路耦合的第一支路，包括在第一中点连接处串联耦合的第一开关和第三开关；跨总线的第一路和第二路耦合的第二支路，包括在第二中点连接处耦合的所述电容器和附加电容器；以及跨总线的第一路和第二路耦合的第三支路，包括在第三中点连接处串联耦合的第二开关和第四开关。在一些形式中，谐振电路的第二支路包括：第一分支，与附加电容器并联地与总线的第一路和第二中点连接耦合，并且包括辅助开关；以及第一分支，与附加电容器并联地与总线的第一路和第二中点连接耦合，并且包括电压钳。在一些形式中，辅助开关被配置并且响应于谐振电路控制信号而可与第一开关和第二开关组合操作以可选择地接通和关断辅助电路。在一些形式中，电压钳和附加电容器被配置为可操作以耗散通过辅助电路的电流。在一些形式中，谐振电路包括：电感器，被耦合在第三中点连接与第一端子和第二端子中的一个端子之间。在一些形式中，谐振电路包括预充电电路，被配置为在电容器的所述电压有效地将晶闸管向开路状态偏置之前对所述充电器进行充电。在一些形式中，主开关包括第二晶闸管，该第二晶闸管与第一端子和第二端子可操作地耦合并且与晶闸管反并联。
又一示例实施例是一种电力网络或其隔离开关，包括谐振电路，该谐振电路包括：直流(DC)总线；第一支路，跨DC总线耦合并且包括在输入端子处串联耦合的第一第二辅助开关设备和第二辅助开关设备；第二支路，跨DC总线耦合，包括谐振电容器；第三支路，跨DC总线耦合，包括在中点连接处串联耦合的第三辅助开关设备和第四辅助开关设备；以及谐振电感器，被耦合在中点连接和输出端子之间；以及主开关设备，包括被耦合至输入端子的第一端子和被耦合至输出端子的第二端子。一些形式包括控制器，该控制器被构造为基于谐振电容器的电压来操作第一辅助开关设备、第二辅助开关设备、第三辅助开关设备和第四辅助开关设备，以便在输出端子处输出谐振电流，该谐振电流被配置为强制主开关设备换向。在一些形式中，谐振电路包括被耦合至输入端子和DC总线的预充电电路，并且其中控制器被构造为响应于确定谐振电容器的电压小于电压参考值来操作预充电电路。在一些形式中，谐振电路包括被耦合至DC总线的放电电路，并且其中控制器被构造为响应于确定谐振电容器的电压大于电压参考值来操作放电电路。在一些形式中，控制器被构造为调整与谐振电容器的电压相对应的电压参考值。在一些形式中，控制器和谐振电路被容纳在耦合至第一端子和第二端子的子装配件模块中。在一些形式中，控制器被构造为操作第一辅助开关设备、第二辅助开关设备、第三辅助开关设备和第四辅助开关设备，以便响应于电能质量事件输出谐振电流。在一些形式中，谐振电流被配置为在电能质量事件开始的5ms内强制主开关设备换向。
另一示例实施例是一种电力网络或其子装配件模块，包括谐振电路，该谐振电路包括：直流(DC)总线；第一支路，跨DC总线耦合，包括在输入端子处串联耦合的第一辅助开关设备和第二辅助开关设备；第二支路，跨DC总线耦合，包括谐振电容器；第三支路，跨DC总线耦合，包括在中点连接处串联耦合的第三辅助开关设备和第四辅助开关设备；以及谐振电感器，被耦合在中点连接和输出端子之间；以及控制器，被构造为操作谐振电路以有效地在输入端子处接收电力并且在输出端子处输出谐振电流。在一些形式中，控制器被构造为基于谐振电容器的电压来操作第一辅助开关设备、第二辅助开关设备、第三辅助开关设备和第四辅助开关设备，以便在输出端子处输出谐振电流，该谐振电流被配置为迫使由主开关设备传导的电流的幅度为零，并且引起主开关设备两端的反向电压偏置。在一些形式中，谐振电路包括被耦合至输入端子和DC总线的预充电电路，并且其中控制器被构造为响应于确定谐振电容器的电压小于电压参考值来操作预充电电路。在一些形式中，谐振电路包括被耦合至DC总线的放电电路，并且其中控制器被构造为响应于确定谐振电容器的电压大于电压参考值来操作放电电路。在一些形式中，控制器被构造为调整与谐振电容器的电压相对应的电压参考值。在一些形式中，谐振电路被构造为被耦合至主开关设备的第一端子和主开关设备的第二端子。在一些形式中，控制器被构造为操作第一辅助开关设备、第二辅助开关设备、第三辅助开关设备和第四辅助开关设备，以便响应于电能质量事件输出谐振电流。在一些形式中，谐振电流被配置为在电能质量事件开始的5ms内强制主开关设备换向。
尽管本公开已经在附图和前述描述中详细图示和描述，但是本公开应该被认为在特性上是说明性的而不是限制性的，要理解的是，仅示出和描述了某些示例实施例，并且落入本公开的精神范围内的所有改变和修改都期望受到保护。应该理解的是，尽管使用在上面的描述中使用的诸如“更可取的”、“更可取地”、“优选的”或“更优选的”等词语来指示如此描述的特征可能是更期望的，但是可以不是必须的，并且缺少这种特征的实施例可以被设想为落入本公开的范围内，该范围由以下权利要求限定。在阅读权利要求时，其意图是，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”等词语时，不旨在将权利要求限制为只有一个项目，除非在权利要求中有相反的特别规定。术语“的”可能意味着与另一项目的关联或连接以及根据它使用的上下文属于另一项目或与另一项目的连接。术语“耦合至”、“与…耦合”等包括间接连接和耦合，并且进一步包括但不要求直接耦合或连接，除非明确相反指示。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该项目可以包括一部分和/或整个项目，除非有相反的特别规定。

Claims (24)

1.一种装置，包括：
隔离开关，包括：
主开关设备，包括晶闸管，所述晶闸管与第一隔离开关端子和第二隔离开关端子可操作地耦合，所述晶闸管被配置并且能够操作以响应于从电子控制系统接收的主开关设备控制信号来可选择地闭合和断开所述第一隔离开关端子与所述第二隔离开关端子之间的主电路；以及
谐振电路，与所述主开关设备并联地与所述第一隔离开关端子和所述第二隔离开关端子可操作地耦合，所述谐振电路包括第一开关设备、第二开关设备和电容器，所述第一开关设备和所述第二开关设备被配置并且能够操作以响应于从所述电子控制系统接收的谐振电路控制信号来可选择地闭合和断开辅助电路，所述辅助电路包括所述第一隔离开关端子与所述第二隔离开关端子之间的所述电容器，其中在闭合状态下，所述辅助电路通过所述电容器使来自所述主电路的电流换向，并且施加所述电容器的电压以有效地将所述晶闸管向开路状态偏置。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述谐振电路包括：
总线，包括第一路和第二路，
第一支路，跨所述总线的所述第一路和所述第二路耦合，包括在第一中点连接处串联耦合的所述第一开关设备和第三开关设备，
第二支路，跨所述总线的所述第一路和所述第二路耦合，包括在第二中点连接处耦合的所述电容器和附加电容器，以及
第三支路，跨所述总线的所述第一路和所述第二路耦合，包括在第三中点连接处串联耦合的所述第二开关设备和第四开关设备。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述谐振电路的所述第二支路包括：
第一分支，与所述附加电容器并联地与所述总线的所述第一路和所述第二中点连接耦合，并且包括辅助开关设备，以及
第一分支，与所述附加电容器并联地与所述总线的所述第一路和所述第二中点连接耦合，并且包括电压钳。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述辅助开关设备被配置并且响应于所述谐振电路控制信号而能够与所述第一开关设备和所述第二开关设备组合操作以可选择地闭合和断开所述辅助电路。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述电压钳和所述附加电容器被配置为能够操作以耗散通过所述辅助电路的电流。
6.根据权利要求2所述的装置，其中所述谐振电路包括：
电感器，被耦合在所述第三中点连接与所述第一隔离开关端子和所述第二隔离开关端子中的一个隔离开关端子之间。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述谐振电路包括预充电电路，所述预充电电路被配置为在所述电容器的所述电压有效地将所述晶闸管向开路状态偏置之前对所述充电器进行充电。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述主开关设备包括第二晶闸管，所述第二晶闸管与所述第一隔离开关端子和所述第二隔离开关端子可操作地耦合并且与所述晶闸管反并联。
9.根据权利要求1所述的装置，包括所述电子控制系统，所述电子控制系统与所述主开关设备和所述谐振电路可操作地耦合。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一隔离开关端子与微电网和公用电网中的一个电网可操作地耦合，并且所述第二隔离开关端子与所述微电网和所述公用电网中的另一个电网可操作地耦合。
11.一种操作隔离开关的方法，所述隔离开关包括主开关设备、谐振电路以及电子控制系统，所述主开关设备与第一端子和第二端子可操作地耦合，所述谐振电路与所述主开关设备并联地与所述第一端子和所述第二端子可操作地耦合，所述电子控制系统与所述主开关设备和所述谐振电路可操作地耦合，所述方法包括：
操作所述隔离开关，使得所述主开关设备通过所述主开关设备的晶闸管在所述第一端子与所述第二端子之间传输电力，并且所述谐振电路不在所述第一端子与所述第二端子之间传输电力；
利用所述电子控制系统操作所述谐振电路的第一开关设备和第二开关设备，以闭合所述谐振电路的辅助电路，所述辅助电路包括所述第一开关设备、所述第二开关设备和电容器，有效地通过所述电容器使来自所述主开关设备的电流换向，并且施加所述电容器的电压以将所述晶闸管偏置到开路状态；以及
利用所述电子控制系统操作所述晶闸管为所述开路状态，使得所述主开关设备不在所述第一端子与所述第二端子之间传输电力。
12.根据权利要求11所述的方法，其中利用所述电子控制系统操作所述谐振电路的所述第一开关设备和所述第二开关设备以闭合所述谐振电路的所述辅助电路的动作还包括：利用所述电子控制系统操作所述谐振电路的辅助开关设备以闭合所述谐振电路的所述辅助电路。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述谐振电路包括：
总线，包括第一路和第二路，
第一支路，跨所述总线的所述第一路和所述第二路耦合，包括在第一中点连接处串联耦合的所述第一开关设备和第三开关设备，
第二支路，跨所述总线的所述第一路和所述第二路耦合，包括在第二中点连接处耦合的所述电容器和附加电容器，以及
第三支路，跨所述总线的所述第一路和所述第二路耦合，包括在第三中点连接处串联耦合的所述第二电路开关设备和第四开关设备。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述谐振电路的所述第二支路包括：
第一分支，与所述附加电容器并联地与所述总线的所述第一路和所述第二中点连接耦合，并且包括辅助开关设备，以及
第一分支，与所述附加电容器并联地与所述总线的所述第一路和所述第二中点连接耦合，并且包括电压钳。
15.根据权利要求13所述的方法，包括：在所述晶闸管处于所述开路状态的情况下，利用所述电子控制系统操作所述辅助开关，以利用所述电压钳和所述附加电容器来耗散电流。
16.根据权利要求11所述的方法，其中以下一项或多项：
(a)所述主开关设备包括第二晶闸管，所述第二晶闸管与所述第一隔离开关端子和所述第二隔离开关端子可操作地耦合并且与所述晶闸管反并联；
(b)所述第一端子与微电网和公用电网中的一个电网可操作地耦合，并且所述第二端子与所述微电网和所述公用电网中的另一个电网可操作地耦合；
(c)所述电容器利用预充电电路被预充电到所述电容器的所述电压，以有效地将所述晶闸管向开路状态偏置；以及
(d)电感器被耦合在所述谐振电路与所述第一隔离开关端子和所述第二隔离开关端子中的至少一个隔离开关端子之间。
17.一种系统，包括：
隔离开关，包括：
第一端子和第二端子，所述第一端子与微电网和公用电网中的一个电网可操作地耦合，所述第二端子与所述微电网和所述公用电网中的另一个电网可操作地耦合；
主开关，包括与第一端子和第二端子可操作地耦合的晶闸管，所述晶闸管被配置并且能够操作以可选择地接通和关断所述第一端子与所述第二端子之间的主电路；
谐振电路，与所述主开关并联地与所述第一端子和所述第二端子可操作地耦合，所述谐振电路包括第一开关、第二开关和电容器，所述第一开关和所述第二开关被配置并且能够操作以可选择地接通和关断所述第一端子与所述第二端子之间的辅助电路，所述辅助电路包括所述电容器，其中在闭合状态下，所述辅助电路通过所述电容器使来自所述主电路的电流换向，并且施加所述电容器的电压以有效地将所述晶闸管向关断状态偏置；以及
电子控制系统，可操作地耦合所述主开关和所述谐振电路。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述谐振电路包括：
总线，包括第一路和第二路，
第一支路，跨所述总线的所述第一路和所述第二路耦合，包括在第一中点连接处串联耦合的所述第一开关和第三开关，
第二支路，跨所述总线的所述第一路和所述第二路耦合，包括在第二中点连接处耦合的所述电容器和附加电容器，以及
第三支路，跨所述总线的所述第一路和所述第二路耦合，包括在第三中点连接处串联耦合的所述第二开关和第四开关。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述谐振电路的所述第二支路包括：
第一分支，与所述附加电容器并联地与所述总线的所述第一路和所述第二中点连接耦合，并且包括辅助开关，以及
第一分支，与所述附加电容器并联地与所述总线的所述第一路和所述第二中点连接耦合，并且包括电压钳。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述辅助开关被配置并且响应于所述谐振电路控制信号而能够与所述第一开关和所述第二开关组合操作以可选择地接通和关断所述辅助电路。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述电压钳和所述附加电容器被配置为能够操作以耗散通过所述辅助电路的电流。
22.根据权利要求18所述的系统，其中所述谐振电路包括：
电感器，被耦合在所述第三中点连接与所述第一端子和所述第二端子中的一个端子之间。
23.根据权利要求17所述的系统，其中所述谐振电路包括预充电电路，所述预充电电路被配置为在所述电容器的所述电压有效地将所述晶闸管向开路状态偏置之前对所述充电器进行充电。
24.根据权利要求17所述的系统，其中所述主开关包括第二晶闸管，所述第二晶闸管与所述第一端子和所述第二端子可操作地耦合并且与所述晶闸管反并联。
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