直流电压开关制造技术

本发明专利技术涉及一种用于将直流电压支路耦合到直流电压总线的直流电压开关。在正向方向上，电流从直流电压总线的正导体经由直流电压开关流向直流电压支路的正导体。在反向方向上，电流从直流电压支路的正导体经由直流电压开关流向直流电压总线的正导体，并且从直流电压总线的负导体经由直流电压开关流向直流电压支路的负导体。直流电压开关具有：基于半导体的电子可控的开关装置，设置在开关装置之前的直流电压总线侧的电压传感器，用于确定直流电压总线侧的电压水平，设置在开关装置之后的直流电压支路侧的电压传感器，用于确定直流电压支路侧的电压水平，电流传感器，用于确定电流水平和电流方向，控制装置，其与开关装置、电压传感器和电流传感器连接，其中，控制装置被设计为，确定电流的方向和电流水平，在超过电流水平的第一阈值时，通过开关装置中断电流流动，在超过电流水平的第一阈值时存在反向方向的情况下：在中断电流流动之后，将直流电压总线侧的电压水平与直流电压支路侧的电压水平进行比较，并且在电压差小于一定的电压差值的情况下，将开关装置切换为导通。将开关装置切换为导通。将开关装置切换为导通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】直流电压开关


[0001]本专利技术涉及一种直流电压开关以及相关的方法，用于将直流电压设备或者具有正和负导体的直流电压支路耦合到直流电压总线。

技术介绍

[0002]直流电压是指最大1500伏的电压。直至该水平的直流电压也称为低压。更具体地，直流电压特别是是指大于具有120伏直流电压的水平的低电压的电压。直流电压特别是是指400
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800伏的电压。
[0003]直流电压电路或者直流电路是指用于从2到1000安培的电流、特别是标称电流或者最大电流；更具体地用于从2安培到400安培或者200安培的电流的电路。
[0004]直流电压总线是指由至少一个能量源提供直流电压的、具有正导体和负导体的至少两线制系统。(直流电压)设备，例如直流电压用电设备、负载、逆变器、组合的能量汇或者能量源、单纯的(另外的)能量源等，相应地通过直流电压支路，连接到直流电压总线。也可以多个直流电压设备连接到一个直流电压支路。
[0005]直流电压设备特别是是指具有1千瓦到500千瓦的功率的设备。
[0006]同时，越来越多地开发和构建也称为直流电压网络或者低压直流网络的直流电压电路，其通常具有带有直流电压支路的直流电压总线。
[0007]通常通过直流电压开关(DC开关)来保护也称为用电设备支路的直流电压支路。这些直流电压开关具有开关装置。
[0008]图1示出了直流电压电路、直流电压网络、低压直流网络或者DC网络的原理图，其具有直流电压总线DCB和多个直流电压支路DCA1、DCA2、DCA3，直流电压支路DCA1、DCA2、DCA3具有直流电压开关S1、S2、S3。
[0009]图1原则上示出了通过馈电开关S4与直流电压总线DCB连接的直流电压源EQ。具有至少一个第一直流电压设备G1的第一直流电压支路DCA1通过第一直流电压开关S1连接到直流电压总线DCB；以类似的方式，具有至少一个第二直流电压设备G2的第二直流电压支路DCA2通过第二直流电压开关S2连接到直流电压总线DCB，具有至少一个第三直流电压设备G3的第三直流电压支路DCA3通过第三直流电压开关S3连接到直流电压总线DCB。
[0010]可以设置另外的直流电压开关、直流电压支路、直流电压设备。直流电压开关可以是出线开关(Abgangsschalter)。直流电压设备通常具有可以存储并非微不足道的能量的量的电容。
[0011]如果在根据图1的直流电压电路中发生故障，例如在第一直流电压支路DCA1中在位于第一直流电压开关S1和第一(直流电压)设备G1之间的故障位置F1处发生短路，那么从能量源EQ，以及还从周围的直流电压支路、在本示例中为第二和第三直流电压支路DCA2、DCA3或者位于其中的(设备的)能量源或者电容，向那里的短路馈电。这导致在相关的开关装置中、在本示例中为在利用断开(Abschaltung)触发/可触发的第二或者第三直流电压开关S2、S3中产生大的电流。
[0012]第二和第三设备G2、G3或者其电容可能提供大的(故障)电流。如果例如第二设备G2具有小的标称电流，那么第二直流电压开关S2的尺寸相应地小，并且即使当故障发生在另一个支路中时，第二直流电压开关S2也可能中断电流流动。
[0013]原则上，周围的直流电压开关(S2、S3)应当尽可能少地阻止电流从相应的直流电压支路或者用电设备支路流向短路F1，以便可靠地触发直流电压开关、在本示例中为第一直流电压开关S1。
[0014]此外，在此重要的是，不触发周围的直流电压开关(S2、S3)，从而进行故障(通过S1)的所谓的选择性的断开。
[0015]如上面所示出的，这并不总是得到确保。特别当周围的直流电压开关具有开关装置，开关装置具有半导体开关元件时。半导体开关元件通常具有小于故障情况下的短路电流的饱和电流，因此起限流的作用。此外，半导体开关元件只能在短时间内、通常在个位数的微秒范围内承载这种饱和电流。因此，直流电压开关必须断开(自我保护)，即中断电流流动，而不考虑所需要的选择性，以保护半导体开关元件。
[0016]迄今为止，该问题以如下方式来解决，即，直流电压开关要么具有机电开关装置，要么尺寸过大地设计，这是昂贵的或者是不经济的。

技术实现思路

[0017]本专利技术要解决的技术问题在于，改善直流电压开关的开关特性，以实现选择性，特别是针对具有基于半导体的开关装置的直流电压开关，给出一种用于所提到的问题的解决方案。
[0018]上述技术问题通过具有权利要求1的特征的直流电压开关或者具有权利要求16的特征的方法来解决。
[0019]根据本专利技术，提出了一种直流电压开关，用于利用正导体和负导体，将针对至少一个直流电压设备设置的直流电压支路耦合到直流电压总线，其中，通过如下的电流流动来定义电流的正向方向，电流流动从直流电压总线DCB的正导体经由直流电压开关到直流电压支路的正导体，以及从直流电压支路的负导体经由直流电压开关到直流电压总线的负导体。
[0020]因此，电流的反向方向被定义为，从直流电压支路的正导体经由直流电压开关到直流电压总线的正导体，以及从直流电压总线的负导体经由直流电压开关到直流电压支路的负导体。
[0021]直流电压开关具有：
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基于半导体的电子可控的开关装置，
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设置在开关装置之前的直流电压总线侧的电压传感器，用于确定直流电压总线侧的电压水平，
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设置在开关装置之后的直流电压支路侧的电压传感器，用于确定直流电压支路侧的电压水平，
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电流传感器，用于确定电流水平和电流方向，
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控制装置，其与开关装置、电压传感器和电流传感器连接。
[0027]控制装置被设计为，
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确定电流的方向和电流水平，特别是周期性地确定方向和电流水平，
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在超过电流水平的第一阈值(电流阈值)时，通过开关装置中断电流流动，
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在超过电流水平的第一阈值时存在反向方向的情况下：
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在中断电流流动之后，将直流电压总线侧的电压水平与直流电压支路侧的电压水平进行比较，在电压差小于一定电压差值的情况下，将开关装置切换为导通。
[0032]这具有以下优点，即，在直流电压开关在电流流动过大时意外断开时，当导致断开的电流(电流水平)不是流向直流电压设备，而是从直流电压设备流向直流电压总线时，进行重新接通。也就是说，在直流电压开关的直流电压支路中不存在故障，而是在直流电压总线或者另一个直流电压支路一侧存在故障。此外，当直流电压总线上的电压水平再次对应于近似对应于直流电压支路中的电压水平的值时。在这种情况下可以假设，有故障的支路已经断开，并且直流电压总线上的电压已经正常化，因此继续向一定是无意地断开的没有故障的直流电压支路正常供电。
[0033]在从属权利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种直流电压开关(Sx)，用于利用正导体和负导体，将针对至少一个直流电压设备(Gx)设置的直流电压支路(DCA、DCA1、DCA2、DCA3)耦合到直流电压总线(DCB)；其中，在正向方向上，电流从直流电压总线(DCB)的正导体(DCP)经由直流电压开关(Sx)流向直流电压支路(DCA)的正导体，并且从直流电压支路(DCA)的负导体经由直流电压开关(Sx)流向直流电压总线(DCB)的负导体(DCN)，以及在反向方向上，电流从直流电压支路(DCA)的正导体经由直流电压开关(Sx)流向直流电压总线(DCB)的正导体(DCP)，并且从直流电压总线(DCB)的负导体(DCN)经由直流电压开关(Sx)流向直流电压支路(DCA)的负导体；直流电压开关(Sx)具有：基于半导体的电子可控的开关装置(SCH)，设置在开关装置(SCH)之前的直流电压总线侧的电压传感器(U1)，用于确定直流电压总线侧(DCB)的电压水平，设置在开关装置(SCH)之后的直流电压支路侧的电压传感器(U2)，用于确定直流电压支路侧(DCA)的电压水平，电流传感器(I)，用于确定电流水平和电流方向，控制装置(SE)，其与开关装置(SCH)、电压传感器(U1、U2)和电流传感器(I)连接，其中，所述控制装置(SE)被设计为，
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确定电流的方向和电流水平，
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在超过电流水平的第一阈值时，通过开关装置(SCH)中断电流流动，
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在超过电流水平的第一阈值时存在反向方向的情况下：
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在中断电流流动之后，将直流电压总线侧(DCB)的电压水平与直流电压支路侧(DCA)的电压水平进行比较，并且在电压差小于一定的电压差值的情况下，将开关装置(SCH)切换为导通。2.根据权利要求1所述的直流电压开关(Sx)，其特征在于，开关装置(SCH)具有至少一个、特别是两个引导正或者负导体侧的电流流动的半导体开关元件(Q1、Q2)。3.根据权利要求2所述的直流电压开关(Sx)，其特征在于，半导体开关元件(Q1、Q2)是具有绝缘栅电极的双极型晶体管、金属
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氧化物半导体场效应晶体管或者氮化镓晶体管。4.根据权利要求2或3所述的直流电压开关(Sx)，其特征在于，半导体开关元件(Q1、Q2)与二极管(D1、D2)并联连接，特别是二极管的导通方向与半导体开关元件(Q1、Q2)的导通方向相反。5.根据权利要求4所述的直流电压开关(Sx)，其特征在于，二极管(D1、D2)具有低的导通电压，二极管特别地是网络二极管或者肖特基二极管。6.根据前述权利要求中任一项所述的直流电压开关(Sx)，
其特征在于，直流电压开关(Sx)开关布置在壳体(GEH)中。7.根据权利要求6所述的直流电压开关(Sx)，其特征在于，所述壳体(GEH)具有正导体输入接头(PE)、负导体输入接头...

【专利技术属性】
技术研发人员：T贝克特，J韦多尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：