EP2810291A1 - Vorrichtung zum schalten von gleichströmen - Google Patents

Vorrichtung zum schalten von gleichströmen

Info

Publication number
EP2810291A1
EP2810291A1 EP12711812.3A EP12711812A EP2810291A1 EP 2810291 A1 EP2810291 A1 EP 2810291A1 EP 12711812 A EP12711812 A EP 12711812A EP 2810291 A1 EP2810291 A1 EP 2810291A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power semiconductor
current
parallel
branch
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP12711812.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2810291B1 (de
Inventor
Dominik ERGIN
Hans-Joachim Knaak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to PL12711812T priority Critical patent/PL2810291T3/pl
Publication of EP2810291A1 publication Critical patent/EP2810291A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2810291B1 publication Critical patent/EP2810291B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H01H2009/544—Contacts shunted by static switch means the static switching means being an insulated gate bipolar transistor, e.g. IGBT, Darlington configuration of FET and bipolar transistor

Definitions

  • the invention relates to a device for switching direct currents
  • DC currents in one pole of a DC network encompass ⁇ send two terminals, between which extends an operating current path with a mechanical switch which can be bridged by a Abschaltzweig, wherein in the Abschaltzweig a power switching unit is arranged, which is a series circuit of two-pole submodules with at least one power semiconductor switch which can be switched on and off, and wherein commutation means are provided for commutating the current from the operating current path to the turn-off branch.
  • the invention further relates to a method for switching direct currents with such a device.
  • a device of the type mentioned at the outset is known from the publication by J. Häfner and B. Jacobson "Proactive Hybrid HVDC Breakers - A Key Innovation for Reliable HVDC Grids", symposium “The Electric Power System of the Future - Integrating Super-Grids and Micro-Grids International Symposium ", Bologna, Italy, 13.-15. September 2011, page 264 ff. And WO 2011/057675 AI known.
  • the described therein ⁇ DC voltage switch has an operating current path with a me chanical ⁇ switch and a Abschaltzweig which is connected to the operating current path parallel.
  • a series circuit of power semiconductor scarf ⁇ tern is arranged, each of which a freewheeling diode is connected in parallel in opposite directions.
  • the consisting of power semiconductor switch and freewheeling diode switching units are antise ⁇ riell arranged, the turn-off cruschlei- terschalter are arranged in series and for each power semiconductor switch ⁇ a corresponding power semiconductor switch is provided with opposite passage direction. In this way, the current in both streams can be interrupted in the turn-off branch.
  • an electronic auxiliary switch is arranged in series with the mechanical switch in addition to the mechanical switch.
  • the switch is shorted. The arc goes out.
  • the run on the power semiconductor switch current can be by appropriate control of the power semiconductor un ⁇ interrupted.
  • a DC voltage circuit breaker which can be integrated serially in a DC voltage line. It consists of a series connection of power semiconductor switches which can be switched on and off, to each of which an opposite freewheeling diode is connected in parallel. Wei ⁇ terhin is parallel to each power semiconductor switch a Abieiter, for example, a varistor, connected to the voltage limit.
  • the previously known DC voltage switch is designed purely electronic and thus switches considerably faster compared to commercially available mechanical switches. Within a few microseconds, a short-circuit current flowing via the DC voltage switch can be interrupted. The disadvantage, however, is that the operating current must also be conducted via the power semiconductor switches. This results in high transmission losses.
  • WO 2011/141055 discloses a DC voltage switch which can be serially connected in one pole of a high voltage direct current network.
  • the DC-DC switch comprises a mechanical switch in series with a power semiconductor switch to which an opposite Freilaufdio ⁇ de is connected in parallel again.
  • Parallel to the series circuit of power semiconductor switch and mechanical switch are a series circuit of coil and capacitor, ie an LC branch and a Abieiter, connected, which limits the voltage drop across the LC branch voltage.
  • the power semi-conductor switches ⁇ a Abieiter is connected in parallel. After opening the mechanical switch of hoschlei ⁇ terschalter is switched with the natural frequency of the LC branch and off. As a result, a vibration and finally a current zero crossing is generated in the mechanical switch, so that the resulting arc can be deleted.
  • the object of the invention is to provide a device and a method of the type mentioned, with which fault currents can be safely interrupted in a DC voltage network, at the same time low passage losses are generated.
  • the invention solves this problem with regard to the device in that the commutation means is arranged in the turn-off branch and for generating a current flowing over the bridged section of the operating current path and the turn-off branch
  • the invention also achieves this object with a method in which a current sensor detects the current flow in the operating current path to obtain current measured values, a control unit connected to the current sensor monitors the current measured values for the presence of an intervention criterion and, when the intervention criterion is present, controls the commutation means, that such a large circulating current is generated that the current flow is limited via the mechanical switch to a maximum current.
  • the commutation means are no longer arranged in the operating current path, in contrast to the above-mentioned closest prior art. Therefore, the commu ⁇ t istsstoff not act as passive commutator, which interrupt the operating current path.
  • the commu ⁇ t istsstoff which actively generates a reverse voltage in a mesh formed by the turn-off branch and the portion of the operating current path bridged thereby.
  • the the be ⁇ said mesh imposed reverse voltage drives one over the mechanical switch lead circuit current, which is opposite to the switching current.
  • the two opposite currents cancel each other out in the ideal case.
  • With equal currents in the operating path the current in the mechanical switch is almost zero. In other words, the current is conducted almost completely across the turn-off branch by the active commutation means. Subsequently, the mecha ⁇ African switch open almost normally. If the mechanical switch is opened in the operating current path, the power switching unit can limit ⁇ Abschaltzweig in the current and / or completely broken.
  • the configuration of the power switching unit is fundamentally arbitrary within the scope of the invention. This also applies to the commutation means. However, it is essential that the ex ⁇ switching branch forms a higher electrical resistance than the bridged from him part of the operating current path. In addition, the sub-modules of the power switching unit able to switch off the high short-circuit currents safely and beyond kontrol ⁇ profiled reduce this energy released.
  • the commutation means are designed in such a way that they generate such a high circulating current in the time window that the current flow is suppressed via the mechanical switch and that current can then be opened without current. For detecting the current flow in Be ⁇ drive current path, a current sensor is provided.
  • the commutation ⁇ medium include not only the current sensor is advantageously a control and / or regulation unit which is connected to the current measuring sensor ⁇ the operating current path.
  • the current readings produced by the current ⁇ measuring sensor are transmitted to the regulation unit, which evaluates the received current measurement values to determine whether a previously defined intervention criterion exists.
  • intervention criterion is for example an excessive increase in current (di / dt) or if the measured current values exceed a current threshold a pre ⁇ specified time window long.
  • any linkages with further measured values of protective devices or the like or further criteria are possible within the scope of the invention. If such an intervention criterion exists, the said circulating current is generated so that the rising short-circuit current commutates into the turn-off branch. If the mechanical switch is opened, the current can be limited by the sub-modules, or if necessary also Switch ⁇ on. In the context of the invention, it is also possible borrowed that the mechanical switch is opened only over a limited period of time, for example, if a Be ⁇ influence of the current flowing over the entire device current is desired.
  • each submodule may also include a single reverse conducting power semiconductor switch.
  • power semiconductor switches are for example IGBTs, GTOs or derglei ⁇ chen into consideration.
  • a power semiconductor switch has a plurality of power semiconductor switch chips arranged in a housing. To connect the load terminals of the power semiconductor switch chips serve as bonding wires. Deviating from this, however, pressure-contacted power semiconductor switches can also be used in the context of the invention, in which the power semiconductor switch chips are connected to each other on the load terminal side via a pressure contact.
  • the submodules of the power switching unit form two groups, each having identically oriented transmission directions of its power semiconductor switches, wherein the power semiconductor switches of one group are oriented opposite to the power semiconductor switches of the other group.
  • the current can flow not only in both current directions via the turn-off branch, but also currents can be switched off safely in both directions.
  • the power ⁇ semiconductor switch of the first group are driven to interrupt the current in said first direction. If the current flows in the opposite second direction, the power semiconductor switches of the second group are used.
  • the submodules can also be divided into groups with regard to their effect. Thus, a first group of submodules is provided for generating a reverse voltage in the operating current path and thus for commutation. The other group of submodules, on the other hand, serves to interrupt the current flow. Submodules can foiled ⁇ nen both functions. Such submodules are realized, for example, as full bridges.
  • the sub-modules of the power switching unit at least partially depending Weil an energy storage and parallel to the power ⁇ memory connected series circuit of two switched on and off power semiconductor switches, each with an oppositely arranged in parallel thereto freewheeling diode, wherein a submodule connection terminal with a potential point between tern incoming and turn-off power semiconductor saddle and the other terminal connected to one pole of the Ener ⁇ gieiquess.
  • a submodule topology is also called a half bridge.
  • At least one drain and / or one varistor are provided for each submodule of the power switching unit.
  • Submodules of the power switching unit which are designed as half-bridges, can interrupt the current in only one direction un. If the current flow in two directions are underbro ⁇ chen, the formation of two groups of sub-modules is also necessary here, wherein the sub-modules of the one group for the interruption of the current in a first direction and the sub-modules of the other group for the interruption of the current in serve a direction opposite to the first direction translated second direction.
  • the submodules of the power switching unit are at least partially ⁇ formed as a full bridge circuit and therefore have an energy storage and two parallel to the energy storage series circuits, each with two switched on and off power semiconductor switches with oppositely parallel freewheeling diode, with a first An ⁇ final terminal with the potential point between the two power semiconductor switches of the first series circuit and a second submodule connection terminal is connected to the potential point between the two power semiconductor switches of the second series circuit.
  • a full bridge circuit is capable of interrupting currents in both directions, that is to say switching off in other words.
  • each submodule of the Leis ⁇ tung switching unit advantageously a Abieiter and / or a varistor connected in parallel to either the single switched on and off power semiconductor switch or in parallel to the energy storage of the submodule on.
  • the submodules of cruschaltein unit are at least partially designed as a brake actuator modules.
  • brake actuator modules have an energy store, to which a first series circuit is connected in parallel.
  • the first series circuit also consists of a switched on and off power semiconductor switch with oppositely parallel freewheeling diode and an ode in the same direction to Freilaufdi oriented diode.
  • a second Rei ⁇ henscnies is provided, which is also connected in parallel to the energy storage.
  • the second series circuit consists of a switched on and off power semiconductor switch with opposite parallel freewheeling diode and another oriented in the same direction to the freewheeling diode. The diode of the second series circuit bridges an ohmic resistance.
  • the first Submodulan gleichklemme is connected to one pole of the energy store and the second Submodulan gleichklemme with the potential point between the turn-off power ⁇ semiconductor switch and the diode of the first series circuit.
  • brake actuator modules can ge in the network ⁇ stored and controlled in switching degraded energy converted into thermal energy and lead to the outside atmosphere from ⁇ .
  • the commutation form a series connection of two-pole submodules, each submodule has a Energyspei ⁇ cher and a power semiconductor switch in parallel with the energy storage.
  • the falling of the voltage of the two-pole Submodulan gleichklemmen submodule is adjustable. Either the voltage dropping across the energy store is applied to the submodule connection terminals or a zero voltage, ie no voltage. Due to the series connection, therefore, the voltage dropping across the entire series connection of the submodules of the commutation means can be stepped in gradually. be, wherein the height of the stages corresponding to the energy ⁇ memory of a submodule voltage drops.
  • the design of the power semiconductor circuit of the commutation can, as already described in connection with the submodules of the power switching unit, either a half-bridge or a full bridge circuit. If the power semiconductor circuit is a half-bridge circuit, only one series connection of two turn-off power semiconductor switches is provided, each with a parallel freewheeling diode, a first submodule terminal is connected to the potential point between the abschaltba ⁇ Ren power semiconductor switches and another Submodulan- circuit terminal with a pole of the energy storage.
  • the submodules of the commutation means designed as a half-bridge circuit must be oriented so that a Ge ⁇ gene voltage with the desired polarity in the operating current path can be generated. This is usually the case when the half-bridge circuits of the commutation are oriented opposite to the half-bridge circuits of the submodules of the power switching unit.
  • the power semiconductor circuit of the submodules of the commutation is formed together with the energy ⁇ memory as a full bridge circuit, wherein, as already described above, two series circuits are provided.
  • the two series circuits are connected in parallel to the energy store and each have two switched on and off power semiconductor switches, each with ge ⁇ gensinnig parallel freewheeling diode.
  • power semi ⁇ conductor switch with freewheeling diode and reverse leit ⁇ enabled power semiconductor switches can be used.
  • the potential point between the two power semiconductor switches is in each case connected to a submodule connection terminal, so that either the voltage dropping across the energy store, a zero voltage or the inverse energy storage voltage can be generated at the submodule connection terminals.
  • the full-bridge circuit can thus generate voltages which have different polarities. These are particularly advantageous when reverse voltages for currents in both directions to be generated.
  • the submodules of the commutation means can also be used for cutting off or limiting the current to be switched. This is beispielswei ⁇ se useful when both the sub-modules of the power ⁇ switching unit and the sub-modules of the commutator are designed as full bridges, the commutation ⁇ agents are then also equipped with Abieitern, varistors or other non-linear resistors.
  • the sub-modules of the power switching unit ⁇ not differ from the sub-modules of Kommuttechniksmit ⁇ tel. This identity also includes the connection of Abieiter or varistors.
  • a capacitor is provided as energy storage of the submodules of both the commutation and the power switching unit.
  • a charging branch which is connected either to the ground potential or to a counter pole.
  • the opposite pole is polarized opposite to the pole with which the device according to the invention is connected to at least one of its terminals.
  • the charging branch has a switch which is galvanically connected to one of its contacts with the potential point between the power switching ⁇ unit and the Kommut istssstoffn. If the switch is actuated, the charging branch is connected to the turn-off branch, so that a charging current can flow to the earth or to the opposite pole both via the commutation means and via the power switching unit.
  • the energy storage of submodules are loaded.
  • a voltage drops across the power semiconductor switches, which voltage can be used to supply power to the electronics of the submodules.
  • the loading arm with the potential point between power switching unit and communications ⁇ t istsstoff is connectable.
  • several charging branches can be provided.
  • Figure 1 shows an embodiment of a DC voltage switch ⁇
  • FIG. 1 shows schematically an embodiment of the inventions ⁇ inventive device 1, which can also be referred to as a DC voltage switch.
  • the DC voltage switch 1 shown there has an operating current path 2 and ei ⁇ nen turn-off branch 3, wherein in the operating current path 2, a mechanical switch 4 is arranged, which is bridged by the Abschaltzweig 3.
  • the operating current path 2 ER extends between a first terminal 21 and ei ⁇ ner second terminal 22.
  • Abschaltzweig 3 a power switching unit 5 and commutator 6 are mutually arranged in series.
  • a charge branch 7 is provided which has a mechanical switch 8 and an ohmic resistor 9 and which connects the switch-off branch 3 to a ground potential when the switch 8 is closed. Is the
  • the power switching unit 5 and the commutation means 6 each have a series connection of two-pole submodules 10.
  • the number of submodules 10 in the power ⁇ switching unit 5 is dependent on the voltage to be switched.
  • the number of submodules 10 in the commutation means 6 determines the counter voltage which can be generated in a mesh, which consists of the turn-off branch 3 and the section of the operating current path 2 bridged by the turn-off branch 3.
  • the opposing voltage drives a circulating current in the said mesh, which is opposite to the current to be switched in the operating current path. In the mechanical switch 4, these currents expire mutually beneficial.
  • FIG. 2 Examples of possible sub-modules 10 for the DC ⁇ switch according to Figure 1 are shown in Figures 2, 3, 4 and 5.
  • FIG. 2 a submodule 10 is a power semiconductor switch 11 which can be switched on and off, to which a freewheeling diode 12 is connected in parallel in opposite directions. Each power semiconductor switch 11, a Abieiter 13 is also connected in parallel.
  • Submodules 10 according to FIG 2, however, are not eligible for the commutation means 6 into consideration, since these can not produce counter-voltage in said mesh.
  • submodules 10, each having an energy store 14, for example in the form of a capacitor are suitable for this purpose.
  • the capacitor or energy storage 14 is connected in a submodule according to Figure 3, a series circuit 15 of two power semiconductor switches 11 each with parallel opposite freewheeling diode 12 paral ⁇ lel.
  • a first submodule connection terminal 16 is connected to the potential point between the power semiconductor switches 11 of the series circuit 15.
  • the other submodule connection terminal 17, however, is applied to one pole of the unipolar capacitor 14. Depending on the control of the switched on and off power semiconductor switch 11 is therefore between the terminals 16 and 17, either the capacitor 14 dropping on the capacitor voltage U c or a zero ⁇ voltage generated.
  • each submodule 10 is bridged by a fast mechanical or electronic switch 18th Furthermore, a diode 19 or a thyristor between the connection terminals 16 and 17 serves to carry high short-circuit currents.
  • a capacitor 13 in parallel to the capacitor 14, as shown in FIG. 1 in a figurative manner.
  • Such a Abieiter 12 is for the submodules 10th the commutation 6 not mandatory. These then serve only to generate a current flowing through the mechanical switch 4 circulating current and thus to generate a current zero crossing in the mechanical switch 4.
  • the submodules of commutation can also be used to switch or limit a current. In this case, these also have a Abieiter or other the submodule connected in parallel non-linear resistance.
  • Half bridges according to FIG. 3 can interrupt the current flow in only one direction.
  • a current flow from the second submodule connection terminal 17 shown in FIG. 3 to the first submode connection terminal 16 would lead via the uncontrolled freewheeling diode 12 arranged between these terminals.
  • a Steue tion of the stream is therefore not possible.
  • FIG. 4 a submodule 10 is illustrated, which represents a full bridge circuit.
  • the capacitor 14, two series circuits 15 and 20 are connected in parallel.
  • Each row scarf ⁇ tung 15, 20 has two on and turn-off power semiconductor ⁇ state switch 11 with oppositely directed free-wheeling diode 12.
  • Submodule connection terminals 16, 17 are each connected to a potential point between the power semiconductor switches 11. If the full bridges of the commutation means have a drain, these can also be considered part of the power switching unit.
  • the switch 8 of the charge branch 7 can be opened and controlled with a specialized insomniaßi ⁇ gene control of the power semiconductor switch 11 of the power switching unit 5, connected to the second terminal 22 DC power supply section ⁇ switched, the voltage is ramped up.
  • the submodules 10 of the commutation means 6 form half-bridge circuits according to FIG.
  • the charging branch would, for example, be connected to the potential point between the commutation means 6 and the terminal 22.
  • appropriate switches could be used. Notwithstanding this, a second charge branch is provided at this point.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a submodule 10 for the power switching unit 5, which is also referred to here as a brake actuator module.
  • the submodule 10 has as ⁇ the two series circuits 15, 20.
  • the first series scarf ⁇ tion 15 consists of a switched on and off power semiconductors, IGBT, with oppositely parallel freewheeling diode 12.
  • IGBT switched on and off power semiconductors
  • a diode 23 is connected in series with the IGBT.
  • the diode 23 is opposite to the said IGBT and therefore oriented in the same direction to the free-wheeling diode.
  • a second series circuit 20 is provided, which is the energy store 14 also connected in parallel.
  • the second series ⁇ circuit has an IGBT 11 with opposite parallel freewheeling diode 12 and a series thereto a diode 24. IGBT 11 and diode 24 are oriented in opposite directions to each other, wherein the diode 24, an ohmic resistor 25 is connected in parallel.
  • the first submodule connection terminal 16 is connected to the potential point between the diode 23 and the IGBT 11.
  • the second submodule connection terminal 17 is connected to a pole of the energy accumulator 14.
  • the DC voltage switch 1 is now ready for operation.
  • the switch 8 can be opened or remain closed. This depends on the height of the ohmic resistor 9 and the resulting losses.
  • the mechanical switch 9 may be a slow mechanical switch.
  • the power switching unit 5 consists of a series connection of submodules 10 according to FIG. 4, ie full-bridge circuits. This applies correspondingly to the submodules 10 of the commutation means 6.
  • the mechanical switch 4 in the operating current path 2 is closed.
  • the power semiconductor switch 11 of the submodules 10 of the power switching unit 5 and the commutation ⁇ medium 6 are in their passage position. In this switching state of the submodules 10, a current flow via the turn-off branch 3 is basically possible.
  • a during operation current path 2 current measuring sensor 26 detects the current flowing through the operating current path 2 operating current to give power measurements. Said current measuring sensor 26 is connected to a control unit 27 of the DC voltage switch 1, with which a control or regulation of the power semiconductor switches 11 of the submodule le 10 is possible. The control unit 27 monitors the current measured values transmitted by the current measuring value sensor 26 in the presence of an error criterion.
  • Such error ⁇ criterion is, for example, an extraordinary rapid rise of the current is then present or when the current exceeds a predetermined current threshold value over a specified differently also surrounded period of time. If such a Feh ⁇ lerkriterium before, 6 induce the commutator in the mesh from Abschaltzweig 3 and bridged operating current path portion of a reverse voltage.
  • Festge ⁇ set the counter voltage is turned ⁇ assumed that a commutation by the topology of the medium ⁇ predetermined period of time a counter-directed short-circuit current circulating current in said loop sets. The short-circuit current and the opposite circular current add up to almost zero.
  • the mechanical switch 4 can open almost without power, without that when disconnecting its contacts an undesirable arc is pulled. This arc could lead to destruction of the DC switch 1.
  • the current through the arranged parallel to the switch Abschaltzweig flows 3. Only when the switch is open the submodules 10 of the power switching unit 5 and the commutator means are transferred into their disconnected ⁇ position, so that the current flow through the Vorrich ⁇ tung 1 is completely interrupted.
  • the switching energy released in this process is dissipated by the Abieiter 13, which behave like an ohmic resistance after exceeding a threshold voltage and heat up due to the current flowing through them and thus thermally release the energy stored in the network to the outside environment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Um eine Vorrichtung (1) zum Schalten von Gleichströmen in einem Pol eines Gleichspannungsnetzes umfassend zwei Anschlussklemmen (21, 22), zwischen denen sich ein Betriebsstrompfad (2) mit einem mechanischen Schalter (4) erstreckt, der durch einen Abschaltzweig (3) überbrückbar ist, wobei in dem Abschaltzweig (3) eine Leistungsschalteinheit (5) angeordnet ist, die eine Reihenschaltung von zweipoligen Submodulen (10) mit wenigstens einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter (11) aufweist, und wobei Kommutierungsmittel (6) zum Kommutieren des Stroms von dem Betriebsstrompfad (2) auf den Abschaltzweig (3) vorgesehen sind, zu schaffen, mit der Fehlerströme in einem Gleichspannungsnetz sicher beherrscht werden können, wobei gleichzeitig geringe Durchlassverluste erzeugt werden, wird vorgeschlagen, dass die Kommutierungsmittel (6) im Abschaltzweig (3) angeordnet und zum Erzeugen eines über den überbrückten Abschnitt des Betriebsstrompfades (2) und den Abschaltzweig (3) fließenden Kreisstromes eingerichtet sind, er dem zu schaltenden Strom entgegengesetzt ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Schalten von Gleichströmen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten von
Gleichströmen in einem Pol eines Gleichspannungsnetzes umfas¬ send zwei Anschlussklemmen, zwischen denen sich ein Betriebsstrompfad mit einem mechanischen Schalter erstreckt, der durch einen Abschaltzweig überbrückbar ist, wobei in dem Ab- schaltzweig eine Leistungsschalteinheit angeordnet ist, die eine Reihenschaltung von zweipoligen Submodulen mit wenigstens einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter aufweist, und wobei Kommutierungsmittel zum Kommutieren des Stroms von dem Betriebsstrompfad auf den Abschaltzweig vorge- sehen sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schalten von Gleichströmen mit einer solchen Vorrichtung. Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der Veröffentlichung von J. Häfner und B. Jacobson „Proactive Hybrid HVDC Breakers - A Key Innovation for Reliable HVDC Grids", Symposium „The Electric Power System of the Future - Integra- ting Super-Grids and Micro-Grids International Symposium", Bologna, Italy, 13.-15. September 2011, Seite 264 ff. und aus der WO 2011/057675 AI bekannt. Der dort beschriebene Gleich¬ spannungsschalter weist einen Betriebsstrompfad mit einem me¬ chanischen Schalter sowie einen Abschaltzweig auf, der dem Betriebsstrompfad parallel geschaltet ist. In dem Abschalt- zweig ist eine Reihenschaltung von Leistungshalbleiterschal¬ tern angeordnet, denen jeweils eine Freilaufdiode gegensinnig parallel geschaltet ist. Die aus Leistungshalbleiterschalter und Freilaufdiode bestehenden Schalteinheiten sind antise¬ riell angeordnet, wobei die abschaltbaren Leistungshalblei- terschalter in Reihe angeordnet sind und für jeden Leistungs¬ halbleiterschalter ein entsprechender Leistungshalbleiterschalter mit entgegen gesetzter Durchlassrichtung vorgesehen ist. Auf diese Art und Weise kann der Strom in beiden Rieh- tungen im Abschaltzweig unterbrochen werden. Im Betriebsstrompfad ist neben dem mechanischen Schalter auch ein elektronischer Hilfsschalter in Reihe zum mechanischen Schalter angeordnet. Im Normalbetrieb fließt der Strom über den Be¬ triebsstrompfad und somit über den elektronischen Hilfsschal¬ ter sowie über den geschlossenen mechanischen Schalter, da die Leistungshalbleiterschalter des Abschaltzweiges einen erhöhten Widerstand für den Gleichstrom darstellen. Zum Unterbrechen beispielsweise eines Kurzschlussstromes wird der elektronische Hilfsschalter in seine Trennstellung überführt. Hierdurch steigt der Widerstand im Betriebsstrompfad an, so dass der Gleichstrom in den Abschaltzweig kommutiert. Der schnelle mechanische Trennschalter kann daher stromlos geöff¬ net werden. Der über den Abschaltzweig geführte Kurzschluss¬ strom kann durch die Leistungshalbleiterschalter unterbrochen werden. Zur Aufnahme der im Gleichspannungsnetz gespeicherten und beim Schalten abzubauenden Energie sind Abieiter vorgesehen, die den Leistungshalbleiterschaltern des Abschaltzweiges jeweils parallel geschaltet sind.
Der weltweit steigende Energiebedarf und die gleichzeitig ge¬ wünschte Verringerung des C02-Ausstoßes machen so genannte erneuerbare Energien immer attraktiver. Quellen erneuerbarer Energien sind beispielsweise seeseitig aufgestellte Wind¬ kraftanlagen oder aber Photovoltaikkraftanlagen in sonnenreichen Wüstenbereichen. Um die so erzeugte Energie ökonomisch nutzen zu können, kommt der Anbindung der erneuerbaren Energiequellen an ein Landversorgungsnetz eine immer größere Bedeutung zu. Vor diesem Hintergrund wird die Errichtung und der Betrieb eines vermaschten Gleichspannungsnetzes immer stärker diskutiert. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass Kurzschlussströme, die in einem solchen vermaschten Gleichspannungsnetz auftreten können, schnell und zuverlässig abgeschaltet werden können. Hierzu sind jedoch Gleichspannungs¬ schalter erforderlich, die bisher am Markt nicht verfügbar sind. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Konzep¬ te für einen solchen Gleichspannungsschalter bekannt. In der DE 694 08 811 T2 ist ein Gleichspannungsschalter beschrieben, bei dem zwei mechanische Schalter in Reihe ge¬ schaltet sind. Die aus den beiden mechanischen Schaltern bestehende Reihenschaltung ist durch einen Abieiter sowie einen Kondensator vor hohen Überspannungen geschützt. Lediglich einem der mechanischen Schalter ist ein ein- und abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter parallel geschaltet. Beim Öffnen der mechanischen Schalter entsteht ein Lichtbogen. Die an dem Lichtbogen abfallende Spannung zündet den Leistungshalblei- terschalter, wodurch der parallele geöffnete mechanische
Schalter kurzgeschlossen wird. Der Lichtbogen erlischt. Der über den Leistungshalbleiterschalter geführte Strom kann nun durch entsprechende Ansteuerung des Leistungshalbleiters un¬ terbrochen werden.
In der US 5,999,388 ist ein Gleichspannungsleistungsschalter beschrieben, der seriell in eine Gleichspannungsleitung integrierbar ist. Er besteht aus einer Reihenschaltung von ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern, denen jeweils eine gegensinnige Freilaufdiode parallel geschaltet ist. Wei¬ terhin ist parallel zu jedem Leistungshalbleiterschalter ein Abieiter, beispielsweise ein Varistor, zur Spannungsbegrenzung geschaltet. Der vorbekannte Gleichspannungsschalter ist rein elektronisch ausgeführt und schaltet somit im Vergleich zu marktüblichen mechanischen Schaltern erheblich schneller. Innerhalb weniger Mikrosekunden kann ein über den Gleichspannungsschalter fließender Kurzschlussstrom unterbrochen werden. Nachteilig ist jedoch, dass auch der Betriebsstrom über die Leistungshalbleiterschalter geführt werden muss. Hier- durch entstehen hohe Übertragungsverluste.
Die WO 2011/141055 offenbart einen Gleichspannungsschalter, der seriell in einen Pol eines Hochspannungsgleichstromnetzes geschaltet werden kann. Der Gleichspannungsschalter besteht aus einem mechanischen Schalter in Reihe zu einem Leistungshalbleiterschalter, dem wieder eine gegensinnige Freilaufdio¬ de parallel geschaltet ist. Parallel zur Reihenschaltung aus Leistungshalbleiterschalter und mechanischem Schalter sind eine Reihenschaltung aus Spule und Kondensator, also ein LC- Zweig sowie ein Abieiter, geschaltet, der die über dem LC- Zweig abfallende Spannung begrenzt. Auch dem Leistungshalb¬ leiterschalter ist ein Abieiter parallel geschaltet. Nach dem Öffnen des mechanischen Schalters wird der Leistungshalblei¬ terschalter mit der Eigenfrequenz des LC-Zweigs ein- und ausgeschaltet. Hierdurch wird eine Schwingung und schließlich ein Stromnulldurchgang im mechanischen Schalter erzeugt, so dass der entstehende Lichtbogen gelöscht werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen Fehlerströme in einem Gleichspannungsnetz sicher unterbrochen werden können, wobei gleichzeitig geringe Durchlassverluste erzeugt werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung dadurch, dass die Kommutierungsmittel im Abschaltzweig ange¬ ordnet und zum Erzeugen eines über den überbrückten Abschnitt des Betriebsstrompfads und den Abschaltzweig fließenden
Kreisstromes eingerichtet sind, der dem zu schaltenden
Gleichstrom entgegengesetzt ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe ferner mit einem Verfahren, bei dem ein Stromsensor, den Stromfluss im Betriebsstrompfad unter Gewinnung von Strommesswerten erfasst, eine mit dem Stromsensor verbundene Steuerungseinheit die Strommesswerte auf das Vorliegen eines Eingriffskriteriums hin überwacht und bei Vorliegen des Eingriffkriteriums die Kommutierungsmittel so ansteuert, dass ein so großer Kreisstrom erzeugt wird, dass der Stromfluss über den mechanischen Schalter auf einen Maximalstrom begrenzt wird.
Erfindungsgemäß sind die Kommutierungsmittel im Gegensatz zum eingangs genannten nächstkommenden Stand der Technik nicht mehr im Betriebsstrompfad angeordnet. Daher wirken die Kommu¬ tierungsmittel nicht als passive Kommutierungsmittel, die den Betriebsstrompfad unterbrechen. Erfindungsgemäß wird statt- dessen aktiv eine Gegenspannung in einer Masche erzeugt, die von dem Abschaltzweig und dem von diesem überbrückten Abschnitt des Betriebsstrompfades ausgebildet wird. Die der be¬ sagten Masche aufgeprägte Gegenspannung treibt einen über den mechanischen Schalter führenden Kreisstrom, der dem zu schaltenden Strom entgegengesetzt ist. Die beiden entgegengesetzten Ströme löschen sich im Idealfall gegenseitig aus. Bei gleich großen Strömen im Betriebspfad ist der Strom im mechanischen Schalter nahezu null. Der Strom wird mit anderen Worten durch die aktiven Kommutierungsmittel nahezu vollständig über den Abschaltzweig geleitet. Anschließend kann der mecha¬ nische Schalter nahezu stromlos öffnen. Ist der mechanische Schalter im Betriebsstrompfad geöffnet, kann die Leistungs¬ schalteinheit im Abschaltzweig den Strom begrenzen und/oder vollständig unterbrechen.
Die Ausgestaltung der Leistungsschalteinheit ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig. Dies gilt auch für die Kommutierungsmittel. Wesentlich ist jedoch, dass der Ab¬ schaltzweig einen höheren elektrischen Widerstand ausbildet, als der von ihm überbrückte Abschnitt des Betriebsstrompfads. Darüber hinaus sind die Submodule der Leistungsschalteinheit in der Lage, die hohen Kurzschlussströme sicher abzuschalten und darüber hinaus die dabei frei werdende Energie kontrol¬ liert abzubauen. Die Kommutierungsmittel sind hingegen so ausgestaltet, dass sie einen so hohen Kreisstrom in dem be¬ sagten Zeitfenster erzeugen, dass der Stromfluss über den mechanischen Schalter unterdrückt und dieser dann stromlos geöffnet werden kann. Zum Erfassen des Stromflusses im Be¬ triebsstrompfad ist ein Stromsensor vorgesehen. Selbstverständlich kann auch die Spannung im Betriebsstrompfad gegenüber dem Erdpotenzial und/oder die über den Schalter abfallende Spannung überwacht werden. Dies gilt zweckmäßigerweise entsprechend auch für den Abschaltzweig . Die Kommutierungs¬ mittel umfassen neben dem Stromsensor vorteilhafterweise eine Steuerungs- und/oder Regelungseinheit, die mit dem Strommess¬ sensor des Betriebsstrompfads verbunden ist. Die vom Strom¬ messsensor erzeugten Strommesswerte werden an die Regelungs- einheit übertragen, welche die empfangenen Strommesswerte auswertet, um festzustellen, ob ein zuvor festgelegtes Eingriffskriterium vorliegt. Ein solches Eingriffskriterium ist beispielsweise ein zu großer Stromanstieg (di/dt) oder wenn die gemessenen Stromwerte einen Stromschwellenwert ein vorge¬ gebenes Zeitfenster lang überschreiten. Grundsätzlich sind jedoch beliebige Verknüpfungen mit weiteren Messwerten von Schutzgeräten oder dergleichen oder weitere Kriterien im Rahmen der Erfindung möglich. Liegt ein solches Eingriffskrite- rium vor, wird der besagte Kreisstrom erzeugt, so dass der ansteigende Kurzschlussstrom in den Abschaltzweig kommutiert. Ist der mechanische Schalter geöffnet, kann der Strom durch die Submodule begrenzt oder falls erforderlich auch abge¬ schaltet werden. Im Rahmen der Erfindung ist es ferner mög- lieh, dass der mechanische Schalter nur über einen begrenzten Zeitraum hinweg geöffnet wird, wenn beispielsweise eine Be¬ einflussung des über die gesamte Vorrichtung fließenden Stromes erwünscht ist. Vorteilhafterweise weisen die Submodule der Leistungsschalt¬ einheit zumindest teilweise jeweils einen ein- und abschalt¬ baren Leistungshalbleiterschalter und eine gegensinnig parallel hierzu geschaltete Freilaufdiode auf. Alternativ hierzu kann jedes Submodul auch einen einzigen rückwärts leitfähigen Leistungshalbleiterschalter aufweisen. Als Leistungshalbleiterschalter kommen beispielsweise IGBTs, GTOs oder derglei¬ chen in Betracht. In der Regel weist ein Leistungshalbleiterschalter mehrere in einem Gehäuse angeordnete Leistungshalb- leiterschalterchips auf. Zur Verbindung der Lastanschlüsse der Leistungshalbleiterschalterchips dienen beispielsweise Bonddrähte. Abweichend hiervon können jedoch auch druckkon- taktierte Leistungshalbleiterschalter im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden, bei denen die Leistungshalbleiterschalter- chips lastanschlussseitig über eine Druckkontaktierung mit- einander verbunden sind. Solche Leistungshalbleiterschalter sind dem Fachmann jedoch bekannt, so dass auf deren Ausges¬ taltung hier nicht genauer eingegangen zu werden braucht. Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung bilden die Submodu- le der Leistungsschalteinheit zwei Gruppen mit jeweils gleich orientierten Durchlassrichtungen ihrer Leistungshalbleiterschalter aus, wobei die Leistungshalbleiterschalter der einen Gruppe entgegengesetzt zu den Leistungshalbleiterschaltern der anderen Gruppe orientiert sind. Gemäß dieser vorteilhaf¬ ten Weiterentwicklung kann der Strom nicht nur in beiden Stromrichtungen über den Abschaltzweig fließen, sondern auch Ströme in beiden Richtungen sicher abgeschaltet werden.
Fließt der Strom in die erste Richtung, werden die Leistungs¬ halbleiterschalter der ersten Gruppe angesteuert, um den Strom in der besagten ersten Richtung zu unterbrechen. Fließt der Strom in die entgegengesetzte zweite Richtung, kommen die Leistungshalbleiterschalter der zweiten Gruppe zum Einsatz. Die Submodule sind beispielsweise auch hinsichtlich ihrer Wirkung in Gruppen einteilbar. So ist eine erste Gruppe von Submodulen zur Erzeugung einer Gegenspannung im Betriebsstrompfad und somit zur Kommutierung vorgesehen. Die andere Gruppe von Submodulen dient hingegen zum Unterbrechen des Stromflusses. Submodule können auch beide Funktionen verei¬ nen. Solche Submodule sind z.B. als Vollbrücken realisiert.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen di Submodule der Leistungsschalteinheit zumindest teilweise je weils einen Energiespeicher und eine parallel zum Energie¬ speicher geschaltete Reihenschaltung aus zwei ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern mit jeweils einer gegensinnig parallel hierzu angeordneten Freilaufdiode auf, wobei eine Submodulanschlussklemme mit einem Potenzialpunkt zwischen den ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterscha tern und die andere Anschlussklemme mit einem Pol des Ener¬ giespeichers verbunden sind. Eine solche Submodultopologie wird auch als Halbbrücke bezeichnet.
Selbstverständlich kann statt eines einzigen Leistungshalbleiterschalters auch eine synchron angesteuerte Reihenschal¬ tung von Leistungshalbleiterschaltern eingesetzt werden. Die synchron angesteuerten Leistungshalbleiterschalter der Rei- henschaltung verhalten sich dann genau wie ein einzelner Leistungshalbleiterschalter. Dies gilt im Übrigen auch für die weiter unten genauer beschriebenen Submodule, also auch für die Vollbrückenschaltung oder die Bremsstellerschaltung.
Zum Abbau einer beim Schalten freiwerdenden Energie, die im Gleichspannungsnetz gespeichert ist, sind für jedes Submodul der Leistungsschalteinheit wenigstens ein Abieiter und/oder ein Varistor vorgesehen.
Submodule der Leistungsschalteinheit, die als Halbbrücken ausgestaltet sind, können den Strom in nur einer Richtung un terbrechen. Soll der Stromfluss in zwei Richtungen unterbro¬ chen werden, ist auch hier die Ausbildung von zwei Gruppen von Submodulen erforderlich, wobei die Submodule der einen Gruppe für die Unterbrechung des Stromes in einer ersten Richtung und die Submodule der anderen Gruppe für die Unterbrechung des Stromes in einer zur ersten Richtung entgegenge setzten zweiten Richtung dienen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Submodule der Leistungsschalteinheit jedoch zumindest teil¬ weise als Vollbrückenschaltung ausgebildet und weisen daher einen Energiespeicher und zwei parallel zum Energiespeicher geschalteten Reihenschaltungen mit jeweils zwei ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern mit jeweils gegensinnig parallele Freilaufdiode auf, wobei eine erste An¬ schlussklemme mit dem Potenzialpunkt zwischen den beiden Leistungshalbleiterschaltern der ersten Reihenschaltung und eine zweite Submodulanschlussklemme mit dem Potenzialpunkt zwischen den beiden Leistungshalbleiterschaltern der zweiten Reihenschaltung verbunden ist. Eine solche Vollbrückenschal¬ tung ist in der Lage, Ströme in beiden Richtungen zu unterbrechen, also mit anderen Worten abzuschalten.
Wie bereits ausgeführt wurde, weist jedes Submodul der Leis¬ tungsschalteinheit zweckmäßigerweise einen Abieiter und/oder einen Varistor in Parallelschaltung entweder zum einzigen ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter oder aber in Parallelschaltung zum Energiespeicher des Submoduls auf.
Abweichend hiervon sind die Submodule der Leistungsschaltein heit zumindest teilweise als Bremsstellermodule ausgebildet. Solche Bremsstellermodule weisen einen Energiespeicher auf, dem eine erste Reihenschaltung parallel geschaltet ist. Die erste Reihenschaltung besteht auch aus einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode und einer gleichsinnig zur Freilaufdi ode orientierten Diode. Darüber hinaus ist eine zweite Rei¬ henschaltung vorgesehen, die dem Energiespeicher ebenfalls parallel geschaltet ist. Die zweite Reihenschaltung besteht aus einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode und einer weiteren gleichsinnig zur Freilaufdiode orientierten Diode. Die Diode der zweiten Reihenschaltung überbrückt einen ohmschen Widerstand. Die erste Submodulanschlussklemme ist mit einem Pol des Energiespeichers und die zweite Submodulanschlussklemme mit dem Potenzialpunkt zwischen dem abschaltbaren Leistungs¬ halbleiterschalter und der Diode der ersten Reihenschaltung verbunden. Solche Bremsstellermodule können die im Netz ge¬ speicherte und beim Schalten abzubauende Energie geregelt in thermische Energie umwandeln und an die Außenatmosphäre ab¬ führen .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bilden die Kommutierungsmittel eine Reihenschaltung von zweipoligen Submodulen aus, wobei jedes Submodul über einen Energiespei¬ cher und eine Leistungshalbleiterschalter in Parallelschaltung zum Energiespeicher verfügt. Mit Hilfe der Leistungs¬ halbleiterschaltung ist die an den Submodulanschlussklemmen abfallende Spannung des zweipoligen Submoduls einstellbar. Entweder wird die an dem Energiespeicher abfallende Spannung an die Submodulanschlussklemmen gelegt oder eine Nullspannung, also keine Spannung. Aufgrund der Reihenschaltung kann daher die an der gesamten Reihenschaltung der Submodule der Kommutierungsmittel abfallende Spannung stufenweise einge- stellt werden, wobei die Höhe der Stufen der an dem Energie¬ speicher eines Submoduls abfallenden Spannung entspricht.
Die Ausgestaltung der Leistungshalbleiterschaltung der Kommutierungsmittel kann, wie bereits im Zusammenhang mit den Sub- modulen der Leistungsschalteinheit beschrieben, entweder eine Halbbrücken- oder aber eine Vollbrückenschaltung sein. Ist die Leistungshalbleiterschaltung eine Halbbrückenschaltung, ist lediglich eine Reihenschaltung von zwei abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern mit jeweils gegensinnig paralleler Freilaufdiode vorgesehen, wobei eine erste Submodulan- schlussklemme mit dem Potenzialpunkt zwischen den abschaltba¬ ren Leistungshalbleiterschaltern und eine weitere Submodulan- schlussklemme mit einem Pol des Energiespeichers verbunden ist. Die als Halbbrückenschaltung ausgebildeten Submodule der Kommutierungsmittel müssen so orientiert sein, dass eine Ge¬ genspannung mit der gewünschten Polarität in dem Betriebsstrompfad erzeugbar ist. Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn die Halbbrückenschaltungen der Kommutierungsmittel entgegengesetzt orientiert sind zu den Halbbrückenschaltungen der Submodule der Leistungsschalteinheit.
Abweichend davon ist die Leistungshalbleiterschaltung der Submodule der Kommutierungsmittel gemeinsam mit dem Energie¬ speicher als Vollbrückenschaltung ausgebildet, wobei, wie bereits weiter oben beschrieben wurde, zwei Reihenschaltungen vorgesehen sind. Die beiden Reihenschaltungen sind parallel zum Energiespeicher geschaltet und weisen jeweils zwei ein- und abschaltbare Leistungshalbleiterschalter mit jeweils ge¬ gensinnig paralleler Freilaufdiode auf. Statt Leistungshalb¬ leiterschalter mit Freilaufdiode können auch rückwärts leit¬ fähige Leistungshalbleiterschalter eingesetzt werden. Der Potenzialpunkt zwischen den beiden Leistungshalbleiterschaltern ist jeweils mit einer Submodulanschlussklemme verbunden, so dass an den Submodulanschlussklemmen entweder die an dem Energiespeicher abfallende Spannung, eine Nullspannung oder aber die inverse Energiespeicherspannung erzeugbar ist. Die Vollbrückenschaltung kann somit Spannungen erzeugen, die un- terschiedliche Polaritäten aufweisen. Diese sind insbesondere vorteilhaft, wenn Gegenspannungen für Ströme in beiden Richtungen erzeugt werden sollen. Die Submodule der Kommutie¬ rungsmittel können auch zum Abschalten oder Begrenzen des zu schaltenden Stromes eingesetzt werden. Dies ist beispielswei¬ se dann zweckmäßig, wenn sowohl die Submodule der Leistungs¬ schalteinheit als auch die Submodule der Kommutierungsmittel als Vollbrücken ausgestaltet sind, wobei die Kommutierungs¬ mittel dann ebenfalls mit Abieitern, Varistoren oder sonstigen nichtlinearen Widerständen ausgerüstet sind. Zweckmäßigerweise unterscheiden sich die Submodule der Leistungs¬ schalteinheit nicht von den Submodulen der Kommutierungsmit¬ tel. Diese Identität umfasst auch die Anbindung der Abieiter oder Varistoren.
Als Energiespeicher der Submodule sowohl der Kommutierungsmittel als auch der Leistungsschalteinheit ist beispielsweise ein Kondensator vorgesehen.
Zweckmäßigerweise ist ein Ladezweig vorgesehen, der entweder mit dem Erdpotenzial oder aber mit einem Gegenpol verbunden ist. Der Gegenpol ist entgegengesetzt zu dem Pol polarisiert, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung an wenigstens einer ihrer Anschlussklemmen angeschlossen ist. Der Ladezweig verfügt über einen Schalter, der galvanisch mit einem seiner Kontakte mit dem Potenzialpunkt zwischen der Leistungsschalt¬ einheit und den Kommutierungssmitteln verbunden ist. Wird der Schalter betätigt, ist der Ladezweig so an den Abschaltzweig angeschlossen, so dass ein Ladestrom sowohl über die Kommutierungsmittel als auch über die Leistungsschalteinheit zur Erde beziehungsweise zum Gegenpol hin fließen kann. Hierbei werden die Energiespeicher der Submodule geladen. Ferner fällt an den Leistungshalbleiterschaltern eine Spannung ab, die zur Energieversorgung der Elektronik der Submodule eingesetzt werden kann. Zweckmäßigerweise ist der Ladezweig mit dem Potenzialpunkt zwischen Leistungsschalteinheit und Kommu¬ tierungsmittel verbindbar. Darüber hinaus können auch mehrere Ladezweige vorgesehen sein. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszei¬ chen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungs¬ schalters und
Figuren 2
bis 5 mögliche Ausgestaltungen der Submodule für den
Gleichspannungsschalter gemäß Figur 1 zeigen.
Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung 1, die auch als Gleichspannungs- Schalter bezeichnet werden kann. Der dort gezeigte Gleichspannungsschalter 1 weist einen Betriebsstrompfad 2 sowie ei¬ nen Abschaltzweig 3 auf, wobei in dem Betriebsstrompfad 2 ein mechanischer Schalter 4 angeordnet ist, der durch den Abschaltzweig 3 überbrückt ist. Der Betriebsstrompfad 2 er- streckt sich zwischen einer ersten Anschlussklemme 21 und ei¬ ner zweiten Anschlussklemme 22. Im Abschaltzweig 3 sind eine Leistungsschalteinheit 5 sowie Kommutierungsmittel 6 in Reihe zueinander angeordnet. Ferner ist ein Ladezweig 7 vorgesehen, der einen mechanischen Schalter 8 sowie einen ohmschen Wider- stand 9 aufweist und der bei geschlossenem Schalter 8 den Abschaltzweig 3 mit einem Erdpotenzial verbindet. Ist der
Schalter 8 geschlossen, ist der Ladezweig 7 mit dem Potenzialpunkt zwischen der Leistungsschalteinheit 5 und den Kommu¬ tierungsmitteln 6 verbunden.
Die Leistungsschalteinheit 5 sowie die Kommutierungsmittel 6 weisen jeweils eine Reihenschaltung aus zweipoligen Submodu- len 10 auf. Die Anzahl der Submodule 10 in der Leistungs¬ schalteinheit 5 ist von der zu schaltenden Spannung abhängig. Die Anzahl der Submodule 10 in den Kommutierungsmitteln 6 bestimmt die in einer Masche erzeugbare Gegenspannung, die aus dem Abschaltzweig 3 und dem vom Abschaltzweig 3 überbrückten Abschnitt des Betriebsstrompfades 2 besteht. Die Gegenspan- nung treibt einen Kreisstrom in der besagten Masche, der im Betriebsstrompfad dem zu schaltenden Strom entgegengesetzt ist. Im mechanischen Schalter 4 löschen sich diese Ströme zweckmäßigerweise gegenseitig aus.
Beispiele möglicher Submodule 10 für den Gleichspannungs¬ schalter gemäß Figur 1 sind in den Figuren 2, 3, 4 und 5 dargestellt. Im einfachsten Falle gemäß Figur 2 handelt es sich bei einem Submodul 10 um einen ein- und abschaltbaren Leis- tungshalbleiterschalter 11, dem eine Freilaufdiode 12 gegensinnig parallel geschaltet ist. Jedem Leistungshalbleiterschalter 11 ist ferner ein Abieiter 13 parallel geschaltet. Submodule 10 gemäß Figur 2 kommen jedoch für die Kommutie¬ rungsmittel 6 nicht in Betracht, da diese keine Gegenspannung in der besagten Masche erzeugen können. Hierzu eignen sich jedoch Submodule 10 mit jeweils einem Energiespeicher 14 beispielsweise in Gestalt eines Kondensators. Dem Kondensator oder Energiespeicher 14 ist bei einem Submodul gemäß Figur 3 eine Reihenschaltung 15 aus zwei Leistungshalbleiterschaltern 11 jeweils mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode 12 paral¬ lel geschaltet. Eine erste Submodulanschlussklemme 16 ist mit dem Potenzialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern 11 der Reihenschaltung 15 verbunden. Die andere Submodulanschlussklemme 17 liegt hingegen an einem Pol des unipolaren Kondensators 14 an. Je nach Ansteuerung der ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 11 ist daher zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 entweder die an dem Kondensator 14 abfallende Kondensatorspannung Uc oder aber eine Null¬ spannung erzeugbar. Um bei Ausfall eines einzelnen Submoduls nicht den Ausfall des gesamten Gleichspannungsschalters 1 be¬ klagen zu müssen, ist jedes Submodul 10 durch einen schnellen mechanischen oder elektronischen Schalter 18 überbrückbar. Ferner dient eine Diode 19 oder ein Thyristor zwischen den Anschlussklemmen 16 und 17 zum Führen hoher Kurzschlussströ- me . Soll das Submodul 10 Teil der Leistungsschalteinheit 5 sein, ist es zweckmäßig, dem Kondensator 14 einen Abieiter 13 parallel zu schalten, wie dies in Figur 1 figürlich dargestellt ist. Ein solcher Abieiter 12 ist für die Submodule 10 der Kommutierungsmittel 6 nicht zwingend erforderlich. Diese dienen dann nur zur Erzeugung eines über den mechanischen Schalter 4 fließenden Kreisstromes und somit zur Erzeugung eines Stromnulldurchgangs im mechanischen Schalter 4. Ein Ab bau von elektromagnetischer Energie, die im Netz gespeichert ist, durch die Kommutierungsmittel ist nicht erforderlich. Allerdings können die Submodule der Kommutierungsmittel auch zum Schalten oder Begrenzen eines Stromes eingesetzt werden. In diesem Falle weisen diese ebenfalls einen Abieiter oder einen sonstigen dem Submodul parallel geschalteten nicht linearen Widerstand auf.
Halbbrücken gemäß Figur 3 können den Stromfluss in nur einer Richtung unterbrechen. Ein Stromfluss von der in Figur 3 gezeigten zweiten Submodulanschlussklemme 17 zur ersten Submo- dulanschlussklemme 16 würde über die zwischen diesen Klemmen angeordnete ungesteuerte Freilaufdiode 12 führen. Eine Steue rung des Stromes ist daher nicht möglich.
Eine Beeinflussung beider Stromrichtungen kann jedoch mit ei ner Vollbrückenschaltung gemäß Figur 4 erzielt werden. In Fi gur 4 ist ein Submodul 10 verdeutlicht, das eine Vollbrücken Schaltung darstellt. Dem Kondensator 14 sind zwei Reihenschaltungen 15 und 20 parallel geschaltet. Jede Reihenschal¬ tung 15, 20 weist zwei ein- und abschaltbare Leistungshalb¬ leiterschalter 11 mit gegensinniger Freilaufdiode 12 auf. Submodulanschlussklemmen 16, 17 sind jeweils mit einem Poten zialpunkt zwischen den Leistungshalbleiterschaltern 11 verbunden. Weisen die Vollbrücken der Kommutierungsmittel einen Abieiter auf, können diese auch Teil der Leistungsschalteinheit betrachtet werden.
Zum Zuschalten eines Gleichspannungsnetzes wird die An¬ schlussklemme 3 des Gleichspannungsschalters 1 zunächst mit dem zuzuschaltenden Gleichspannungsnetzabschnitt verbunden. Der Schalter 4 im Betriebsstrompfad 4 ist geöffnet. Anschlie ßend wird der Gleichspannungsschalter 1 über den Ladezweig 7 betriebsbereit gemacht, indem der Schalter 8 geschlossen und der Abschaltzweig 3 somit über den ohmschen Widerstand 9 mit einem Erdpotenzial verbunden wird. Im Falle von Submodulen 10 gemäß Figur 3 oder 4 können nun nach Anlegen einer Gleichspannung an die Anschlussklemme 22, die dazu mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden wird, die Kondensatoren 14 der Submodule 10 aufgeladen werden. Auch die Steuerelektronik der Leistungshalbleiterschalter 11, die aus der an den abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern 11 abfallenden Spannung gespeist wird, ist jetzt betriebsbereit.
Ist die Leistungsschalteinheit 5 betriebsbereit, kann der Schalter 8 des Ladezweigs 7 geöffnet und mit einer zweckmäßi¬ gen Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter 11 der Leistungsschalteinheit 5, der mit der zweiten Anschlussklemme 22 verbundene Gleichspannungsnetzabschnitt kontrolliert zuge¬ schaltet werden, wobei die Spannung rampenförmig hochgefahren wird. Dies ist jedoch nur ohne Weiteres möglich, wenn die Submodule 10 der Kommutierungsmittel 6 Halbbrückenschaltungen gemäß Figur 3 ausbilden. Im Falle von Vollbrückenschaltungen gemäß Figur 4 müssen diese entweder überbrückt oder aber die Submodule 10 zuvor betriebsbereit gemacht werden, um an¬ schließend die Leistungshalbleiterschalter 11 in ihre Durchgangsstellung zu überführen. Hierzu wäre der Ladezweig beispielsweise mit dem Potenzialpunkt zwischen den Kommutie- rungsmitteln 6 und der Klemme 22 zu verbinden. Hierzu könnten zweckmäßige Schalter eingesetzt werden. Abweichend hiervon ist ein zweiter Ladungszweig an dieser Stelle vorgesehen.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Submo- duls 10 für die Leistungsschalteinheit 5, das hier auch als Bremsstellermodul bezeichnet ist. Das Submodul 10 weist wie¬ der zwei Reihenschaltungen 15, 20 auf. Die erste Reihenschal¬ tung 15 besteht aus einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiter, IGBT, mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode 12. In Reihe zum IGBT ist eine Diode 23 geschaltet. Die Diode 23 ist gegensinnig zum besagten IGBT und daher gleichsinnig zu dessen Freilaufdiode orientiert. Es ist ferner eine zweite Reihenschaltung 20 vorgesehen, die dem Energiespeicher 14 ebenfalls parallel geschaltet ist. Auch die zweite Reihen¬ schaltung weist einen IGBT 11 mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode 12 sowie eine in Reihe hierzu eine Diode 24 auf. IGBT 11 und Diode 24 sind gegensinnig zueinander orien- tiert, wobei der Diode 24 ein ohmscher Widerstand 25 parallel geschaltet ist. Die erste Submodulanschlussklemme 16 ist mit dem Potenzialpunkt zwischen Diode 23 und dem IGBT 11 verbunden. Die zweite Submodulanschlussklemme 17 ist an einen Pol des Energiespeichers 14 angeschlossen.
Der Gleichspannungsschalter 1 ist nun betriebsbereit. Während des Betriebs des Gleichspannungsschalters kann der Schalter 8 geöffnet werden oder aber auch geschlossen bleiben. Dies ist von der Höhe des ohmschen Widerstands 9 und den dadurch auf- tretenden Verlusten abhängig. In jedem Falle kann es sich bei dem mechanischen Schalter 9 um einen langsamen mechanischen Schalter handeln.
Bei der Beschreibung eines Abschaltvorgangs wird nunmehr da- von ausgegangen, dass die Leistungsschalteinheit 5 aus einer Reihenschaltung von Submodulen 10 gemäß Figur 4, also Voll- brückenschaltungen, besteht. Dies gilt entsprechend für die Submodule 10 der Kommutierungsmittel 6. In der Betriebsstel¬ lung ist der mechanische Schalter 4 im Betriebsstrompfad 2 geschlossen. Auch die Leistungshalbleiterschalter 11 der Submodule 10 der Leistungsschalteinheit 5 und der Kommutierungs¬ mittel 6 befinden sich in ihrer Durchgangsstellung. In diesem Schaltzustand der Submodule 10 ist zwar grundsätzlich ein Stromfluss über den Abschaltzweig 3 möglich. Aufgrund des im Vergleich zum Betriebspfad 2 höheren elektrischen Widerstandes des Abschaltzweigs 3 fließt der Betriebsstrom jedoch na¬ hezu ausschließlich und verlustfrei über den Betriebsstrompfad 2. Ein im Betriebsstrompfad 2 angeordneter Strommesssensor 26 erfasst den über den Betriebsstrompfad 2 fließenden Betriebsstrom unter Gewinnung von Strommesswerten. Der besagte Strommesssensor 26 ist mit einer Regelungseinheit 27 des Gleichspannungsschalters 1 verbunden, mit dem eine Steuerung oder Regelung der Leistungshalbleiterschalter 11 der Submodu- le 10 möglich ist. Die Regelungseinheit 27 überwacht die von dem Strommesswertsensor 26 übertragenen Strommesswerte auf das Vorliegen eines Fehlerkriteriums hin. Ein solches Fehler¬ kriterium ist beispielsweise ein ungewöhnlicher schneller Anstieg des Stromes oder liegt dann vor, wenn der Strom einen vorgegebenen Stromschwellenwert über eine ebenfalls vorgege¬ bene Zeitdauer hinweg überschreitet. Liegt ein solches Feh¬ lerkriterium vor, induzieren die Kommutierungsmittel 6 in der Masche aus Abschaltzweig 3 und überbrücktem Betriebsstrom- pfadabschnitt eine Gegenspannung. Je nach Art des festge¬ stellten Fehlerkriteriums wird die Gegenspannung so einge¬ stellt, dass über eine durch die Topologie der Kommutierungs¬ mittel vorgegebene Zeitdauer hinweg sich ein entgegen dem Kurzschlussstrom gerichteter Kreisstrom in der besagten Masche einstellt. Der Kurzschlussstrom und der entgegengesetzte Kreisstrom addieren sich zu nahezu null. In diesem Fall kann der mechanische Schalter 4 nahezu stromlos öffnen, ohne dass bei der Trennung seiner Kontakte ein unerwünschter Lichtbogen gezogen wird. Dieser Lichtbogen könnte zu einer Zerstörung des Gleichspannungsschalters 1 führen. Insbesondere nach dem Öffnen des mechanischen Schalters 4 fließt der Strom über den parallel zum Schalter angeordneten Abschaltzweig 3. Erst bei geöffnetem Schalter werden die Submodule 10 des Leistungsschalteinheit 5 und der Kommutierungsmittel in ihre Trenn¬ stellung überführt, so dass der Stromfluss über die Vorrich¬ tung 1 vollständig unterbrochen wird. Die hierbei freiwerdende Schaltenergie wird durch die Abieiter 13 abgebaut, die nach dem Überschreiten einer Grenzspannung sich wie ein ohmscher Widerstand verhalten und sich aufgrund des über sie fließenden Stromes erwärmen und somit die im Netz gespeicherte Energie thermisch an die Außenumgebung abgeben. Abschließend sei darauf hingewiesen, dass noch weitere Strommesssensoren 26 oder Spannungssensoren vorgesehen sein können, mit denen die Regelung der Vorrichtung unterstützt wird. Darüber hinaus können auch die Kommutierungsmittel Abieiter aufwei¬ sen, die den Submodulen parallel geschaltet sind. Auch sei noch einmal darauf hingewiesen, dass bei geöffnetem Schalter 4 nur Teile der Submodule in ihre Sperrstellung überführt werden können. Im Falle gesperrter Submodule fließt der Strom ab einer gewissen Grenzspannung über den jeweils parallel geschalteten Ableiter. Im Falle von Vollbrücken ist der Ableiter beispielsweise dem Energiespeicher und somit dem Kondensator parallel geschaltet. Übersteigt die am Kondensa¬ tor abfallende Spannung die Grenzspannung des Ableiters, verhält sich dieser wie ein ohmscher Widerstand, so dass eine Begrenzung des Stromes herbeigeführt ist. Je mehr Submodule in ihre Sperrstellung überführt werden, desto höher der Widerstand und desto höher die Begrenzung.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Schalten von Gleichströmen in einem Pol eines Gleichspannungsnetzes umfassend
- zwei Anschlussklemmen (21,22), zwischen denen sich ein Betriebsstrompfad (2) mit einem mechanischen Schalter (4) erstreckt,
- der durch einen Abschaltzweig (3) überbrückbar ist,
- wobei in dem Abschaltzweig (3) eine Leistungsschalteinheit (5) angeordnet ist, die eine Reihenschaltung von zweipoligen
Submodulen (10) mit wenigstens einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter (11) aufweist, und
- wobei Kommutierungsmittel (6) zum Kommutieren des Stroms von dem Betriebsstrompfad (2) auf den Abschaltzweig (3) vor- gesehen sind,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Kommutierungsmittel (6) im Abschaltzweig (3) angeordnet und zum Erzeugen eines über den überbrückten Abschnitt des Betriebsstrompfades (2) und den Abschaltzweig (3) fließenden Kreisstromes eingerichtet sind, der dem zu schaltenden
Gleichstrom entgegengesetzt ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Submodule (10) der Leistungsschalteinheit zumindest teil¬ weise jeweils einen ein- und abschaltbaren Leistungshalblei¬ terschalter (11) und eine gegensinnig parallel hierzu ge¬ schaltete Freilaufdiode (12) aufweisen.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Submodule (10) der Leistungsschalteinheit (5) zwei Grup¬ pen mit jeweils gleich orientierten Durchlassrichtungen ihrer Leistungshalbleiterschalter (11) ausbilden, wobei die Leis- tungshalbleiterschalter (11) der einen Gruppe entgegengesetzt zu den Leistungshalbleiterschaltern (11) der anderen Gruppe orientiert sind.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Submodule (10) der Leistungsschalteinheit (5) zumindest teilweise jeweils einen Energiespeicher (14) und eine paral- lel zum Energiespeicher (14) geschaltete Reihenschaltung (15) aus zwei ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) mit gegensinnig parallel hierzu angeordneten Freilaufdi¬ oden (12) aufweisen, wobei eine Submodulanschlussklemme (16) mit einem Potenzialpunkt zwischen den ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) und die andere Anschluss¬ klemme (17) mit einem Pol des Energiespeichers (14) verbunden sind .
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Submodule (10) der Leistungsschalteinheit (5) zumindest teilweise einen Energiespeicher (14) und zwei parallel zum Energiespeicher (14) geschaltete Reihenschaltungen (15,20) mit jeweils zwei ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiter- Schaltern (11) mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode (12) aufweisen, wobei eine erste Anschlussklemme (16) mit dem Po¬ tenzialpunkt zwischen den beiden Leistungshalbleiterschaltern (11) der ersten Reihenschaltung (15) und eine zweite Submodulanschlussklemme (17) mit dem Potenzialpunkt zwischen den beiden Leistungshalbleiterschaltern (11) der zweiten Reihenschaltung (20) verbunden ist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Leistungsschalteinheit (5) Varistoren und/oder Abieiter (13) in Parallelschaltung zu wenigstens einem Submodul (10) umfasst .
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Varistoren und/oder Abieiter (13) zumindest teilweise einem Energiespeicher (14) parallel geschaltet sind.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Submodule (10) der Leistungsschalteinheit (5) zumindest teilweise als Bremsstellermodul ausgebildet sind und einen Energiespeicher (14) aufweisen, dem eine erste Reihenschaltung (15) aus einem abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter (11) mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode und einer gleichsinnig zur Freilaufdiode orientierten Diode und eine zweite Reihenschaltung aus einem abschaltbaren Leistungshalb- leiterschalter mit gegensinnig paralleler Freilaufdiode und einer weiteren gleichsinnig zur Freilaufdiode orientierten Diode parallel geschaltet ist, wobei die Diode der zweiten Reihenschaltung einen ohmschen Widerstand überbrückt, die erste Submodulanschlussklemme mit einem Pol des Energiespei- chers und die zweite Submodulanschlussklemme mit dem Potenzi¬ alpunkt zwischen dem abschaltbaren Leistungshalbleiterschal¬ ter und der Diode der ersten Reihenschaltung verbunden ist.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Kommutierungsmittel (6) eine Reihenschaltung von zweipo¬ ligen Submodulen (10) ausbilden, wobei jedes Submodul (10) über einen Energiespeicher (14) und eine Leistungshalbleiterschaltung in Parallelschaltung zum Energiespeicher (14) ver- fügt.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Leistungshalbleiterschaltung eine Reihenschaltung (15) von zwei abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) mit jeweils gegensinnig paralleler Freilaufdiode (12) ausbildet, wobei eine erste Submodulanschlussklemme (16) mit dem Poten¬ zialpunkt zwischen den abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) und eine weitere Submodulanschlussklemme (17) mit einem Pol des Energiespeichers (14) verbunden ist.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leistungshalbleiterschaltung zwei Reihenschaltungen
(15,20) von jeweils zwei ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) mit jeweils gegensinnig paralleler Freilaufdiode (12) ausbildet, wobei der Potenzialpunkt zwi- sehen den ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) der ersten Reihenschaltung (15) mit der ersten Submodul- anschlussklemme (16) und der Potenzialpunkt zwischen den ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschaltern (11) der zweiten Reihenschaltung (20) mit der zweiten Submodulanschluss- klemme (17) verbunden ist.
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
einen mit einem Erdpotenzial oder einem entgegengesetzt zum Pol polarisierten Gegenpol verbundenen Ladezweig (7) .
13. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
in dem Ladezweig (7) ein ohmscher Widerstand (9) angeordnet ist.
14. Verfahren zum Schalten von Gleichströmen in einem Pol eines Gleichspannungsnetzes umfassend zwei Anschlussklemmen (21,22), zwischen denen sich ein Betriebsstrompfad (2) mit einem mechanischen Schalter (4) erstreckt, der durch einen Abschaltzweig (3) überbrückbar ist, wobei der Abschaltzweig (3) eine Reihenschaltung von zweipoligen Submodulen (10) mit wenigstens einem ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter (11) aufweist und wobei im Abschaltzweig (3) ange- ordnete Kommutierungsmittel (6) zum Erzeugen eines über den überbrückten Abschnitt des Betriebsstrompfades (2) und den Abschaltzweig (3) fließenden Kreisstrom eingerichtet sind, bei dem
- ein Stromsensor, den Stromfluss im Betriebsstrompfad unter Gewinnung von Strommesswerten erfasst,
- eine mit dem Stromsensor verbundene Steuerungseinheit die Strommesswerte auf das Vorliegen eines Eingriffskriteriums hin überwacht und - bei Vorliegen des Eingriff riteriums die Kommutierungsmit¬ tel (6) so ansteuert, dass ein so großer Kreisstrom erzeugt wird, dass der Stromfluss über den mechanischen Schalter (4) auf einen Maximalstrom begrenzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Stromfluss auf einen Maximalstrom von etwa null begrenzt und der mechanische Schalter (4) anschließend geöffnet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der mechanische Schalter (4) geöffnet und der über den Ab¬ schaltzweig (3) fließende Strom über eine vorgegebene Zeit¬ dauer hinweg auf einen zuvor festgelegten Maximalfehlerstrom begrenzt wird.
EP12711812.3A 2012-03-09 2012-03-09 Vorrichtung zum schalten von gleichströmen Active EP2810291B1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL12711812T PL2810291T3 (pl) 2012-03-09 2012-03-09 Urządzenie do przełączania prądów stałych

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2012/054145 WO2013131582A1 (de) 2012-03-09 2012-03-09 Vorrichtung zum schalten von gleichströmen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2810291A1 true EP2810291A1 (de) 2014-12-10
EP2810291B1 EP2810291B1 (de) 2018-12-05

Family

ID=45928843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12711812.3A Active EP2810291B1 (de) 2012-03-09 2012-03-09 Vorrichtung zum schalten von gleichströmen

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2810291B1 (de)
ES (1) ES2714426T3 (de)
PL (1) PL2810291T3 (de)
WO (1) WO2013131582A1 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6223803B2 (ja) * 2013-12-09 2017-11-01 株式会社東芝 直流遮断装置
WO2015110142A1 (de) * 2014-01-21 2015-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zum schalten eines gleichstroms
JP6391993B2 (ja) * 2014-05-29 2018-09-19 株式会社東芝 直流遮断装置
JP6392154B2 (ja) * 2015-03-27 2018-09-19 株式会社東芝 直流電流遮断装置およびその制御方法
DE102016202661A1 (de) * 2016-02-22 2017-08-24 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Schalten eines Gleichstroms in einem Pol eines Gleichspannungsnetzes
WO2018229970A1 (ja) 2017-06-16 2018-12-20 東芝エネルギーシステムズ株式会社 直流遮断器、直流遮断器用の機械遮断装置、および直流遮断器用の半導体遮断装置
CN109546674A (zh) * 2018-12-07 2019-03-29 南京南瑞继保电气有限公司 一种桥式直流耗能装置及控制方法
CN110829877B (zh) * 2019-11-29 2024-11-01 湖南福德电气有限公司 双向电子开关及其控制方法、计算机可读存储介质

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE514827C2 (sv) 1993-12-09 2001-04-30 Abb Ab Likströmsbrytaranordning för hög effekt
SE510597C2 (sv) 1997-03-24 1999-06-07 Asea Brown Boveri Anläggning för överföring av elektrisk effekt
DE102007004527B4 (de) * 2007-01-24 2009-03-12 Siemens Ag Elektrisches Gleichstromnetz für Wasserfahrzeuge sowie für Offshoreanlagen
US8687389B2 (en) * 2008-09-05 2014-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus having a converter
EP2502248B1 (de) 2009-11-16 2017-01-25 ABB Schweiz AG Vorrichtung und verfahren zur stromunterbrechung einer transport- oder verteilungsleitung und strombegrenzungsvorrichtung
WO2011141055A1 (en) 2010-05-11 2011-11-17 Abb Technology Ag A high voltage dc breaker apparatus
DE102010022043A1 (de) * 2010-05-26 2011-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeicher im Bereich der Elektroenergieübertragung und -verteilung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2013131582A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2810291B1 (de) 2018-12-05
WO2013131582A1 (de) 2013-09-12
ES2714426T3 (es) 2019-05-28
PL2810291T3 (pl) 2019-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2810290B1 (de) Vorrichtung zum schalten eines gleichstroms in einem pol eines gleichspannungsnetzes
EP2810291B1 (de) Vorrichtung zum schalten von gleichströmen
DE102009057288B4 (de) Umrichter für hohe Spannungen
EP2810289B1 (de) Verfahren zum zuschalten eines gleichspannungsnetzabschnitts mittels eines gleichspannungsschalters
EP2338214B1 (de) Vorrichtung mit einem umrichter
EP3206286A1 (de) Gate voltage overdrive for short term peak current control of igbt switches
EP2457258B1 (de) Bypass- und schutzschaltung für ein solarmodul und verfahren zum steuern eines solarmoduls
DE102015109466A1 (de) Stromrichter-Submodul mit Kurzschlusseinrichtung und Stromrichter mit diesem
EP3211784B1 (de) Doppel-submodul für einen modularen mehrpunktstromrichter und modularer mehrpunktstromrichter mit diesem
EP3280052A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines spannungsgesteuerten wiederabschaltbaren leistungshalbleiterschalters
WO2016188589A1 (de) Spannungsgeführtes stromrichtermodul
WO2008110129A1 (de) Verfahren zur schadenbegrenzung eines leistungshalbleiter aufweisenden stromrichters bei einem kurzschluss im gleichspannungszwischenkreis
EP2678931A2 (de) Modularer mehrfachumrichter mit rückwärts leitfähigen leistungshalbleiterschaltern
EP2764595A1 (de) Verfahren zum schützen eines zwischenkreiskondensators in einer stromrichterschaltung
EP3072143A1 (de) Vorrichtung zum schalten eines gleichstroms
EP3367567A1 (de) Schaltvorrichtung zum auftrennen eines strompfads
EP2926455B1 (de) Vorrichtung zum schalten von gleichströmen in abzweigen eines gleichspannungsnetzknotens
EP3403271B1 (de) Vorrichtung zum schalten eines gleichstroms in einem pol eines gleichspannungsnetzes
EP3783783A1 (de) Anordnung zum regeln eines leistungsflusses in einem wechselspannungsnetz und verfahren zum schutz der anordnung
EP3895313A1 (de) Schaltvorrichtung zum auftrennen eines strompfads
EP2845214A1 (de) Vorrichtung zum schalten in einem gleichspannungsnetz
EP3639360B1 (de) Umrichteranordnung mit phasenmodulableiter sowie verfahren zu deren kurzschlussschutz
DE102013109714A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Schaltung sowie elektrische Schaltung
EP2907209A1 (de) Schalteranordnung eines gleichspannungsnetzes

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20140828

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20170724

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20180629

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: REF

Ref document number: 1074097

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20181215

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502012013936

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: NV

Representative=s name: SIEMENS SCHWEIZ AG, CH

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: FP

REG Reference to a national code

Ref country code: LT

Ref legal event code: MG4D

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190305

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190305

Ref country code: LT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FG2A

Ref document number: 2714426

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: T3

Effective date: 20190528

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: AL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190306

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190405

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190405

Ref country code: RO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: SM

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502012013936

Country of ref document: DE

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

Ref country code: SI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

26N No opposition filed

Effective date: 20190906

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20190309

REG Reference to a national code

Ref country code: BE

Ref legal event code: MM

Effective date: 20190331

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20190309

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20190331

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: TR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MM01

Ref document number: 1074097

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20190309

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20190309

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 502012013936

Country of ref document: DE

Owner name: SIEMENS ENERGY GLOBAL GMBH & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT; INVALID AB INITIO

Effective date: 20120309

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20181205

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: 732E

Free format text: REGISTERED BETWEEN 20220908 AND 20220914

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: PD

Owner name: SIEMENS ENERGY GLOBAL GMBH & CO. KG; DE

Free format text: DETAILS ASSIGNMENT: CHANGE OF OWNER(S), ASSIGNMENT; FORMER OWNER NAME: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

Effective date: 20221220

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20231222

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: PC2A

Owner name: SIEMENS ENERGY GLOBAL GMBH & CO. KG

Effective date: 20240403

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 20240326

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20240328

Year of fee payment: 13

Ref country code: GB

Payment date: 20240319

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PL

Payment date: 20240213

Year of fee payment: 13

Ref country code: IT

Payment date: 20240321

Year of fee payment: 13

Ref country code: FR

Payment date: 20240326

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Payment date: 20240401

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Payment date: 20240412

Year of fee payment: 13