[發(fā)明專利]用于切換工作電流的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380071310.6
• 申請(qǐng)日: 2013-02-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104956458B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D.埃爾金;H-J.納克;A.菲利普
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號(hào): H01H33/59
• 分類號(hào): H01H33/59;H02J3/36;H02M7/757
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所11105
• 代理人: 熊雪梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于在聯(lián)網(wǎng)的直流電網(wǎng)中切換工作電流的方法。

背景技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)未來(lái)的直流電網(wǎng)，強(qiáng)制地需要使用直流電壓功率開(kāi)關(guān)。

在WO 2011/057675 A1中提出了一種轉(zhuǎn)換混合開(kāi)關(guān)方案的直流電壓功率開(kāi)關(guān)。因此，其中公開(kāi)的直流電壓功率開(kāi)關(guān)具有與電子輔助開(kāi)關(guān)串聯(lián)的機(jī)械開(kāi)關(guān)。該串聯(lián)電路被一個(gè)能夠可靠地?cái)嚅_(kāi)大功率的功率電子開(kāi)關(guān)單元橋接。為此，將多個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接，其使已知的直流電壓功率開(kāi)關(guān)很昂貴并且成本密集。

為了降低成本，已經(jīng)建議將直流電壓功率開(kāi)關(guān)布置為，雖然在兩個(gè)方向上傳導(dǎo)這些電流，但是僅能夠在一個(gè)方向上切換這些電流。這種單向開(kāi)關(guān)的成本明顯比類似的雙向開(kāi)關(guān)低。為了斷開(kāi)直流故障電流，單向開(kāi)關(guān)通常就足夠了。然而，工作電流在兩個(gè)電流方向上出現(xiàn)，從而需要雙向開(kāi)關(guān)。

從實(shí)踐中已知，使用機(jī)械開(kāi)關(guān)來(lái)切換直流電流，其中，與機(jī)械開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接的諧振回路在機(jī)械開(kāi)關(guān)中產(chǎn)生電流過(guò)零點(diǎn)，從而使在機(jī)械開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)之間出現(xiàn)的電弧熄滅。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種開(kāi)頭提及的類型的方法，使用該方法，能夠在兩個(gè)方向上可靠并且成本低廉地?cái)嚅_(kāi)工作電流。

本發(fā)明通過(guò)一種用于在聯(lián)網(wǎng)的直流電網(wǎng)中切換工作電流的方法來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題，所述直流電網(wǎng)分別與連接到交流電網(wǎng)的變流器在直流電壓側(cè)彼此連接，其中，每個(gè)變流器被構(gòu)造用于在與其連接的交流電網(wǎng)和直流電網(wǎng)之間傳輸電功率，并且其中，所述直流電網(wǎng)具有布置有機(jī)械開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)支路，其中，控制至少一個(gè)變流器，使得在所述開(kāi)關(guān)支路中產(chǎn)生電流過(guò)零點(diǎn)，并且依據(jù)所產(chǎn)生的電流過(guò)零點(diǎn)操作機(jī)械開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明的前提是，為了斷開(kāi)大的直流故障電流，在直流電網(wǎng)中布置單獨(dú)的直流電壓功率開(kāi)關(guān)。其可以被構(gòu)造為單向開(kāi)關(guān)，從而僅能夠斷開(kāi)一個(gè)方向上的故障電流。本發(fā)明基于如下思想：不一定必須借助并聯(lián)的諧振回路在機(jī)械開(kāi)關(guān)中產(chǎn)生人為產(chǎn)生的電流過(guò)零點(diǎn)。相反，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，借助總歸與直流電網(wǎng)連接的變流器產(chǎn)生電流過(guò)零點(diǎn)就足夠了。實(shí)際上，很難想象在連接有不同制造商的變流器的任意規(guī)模的聯(lián)網(wǎng)的直流電網(wǎng)中，能夠以例如+/-10A的足夠的精度或者更準(zhǔn)確地控制任意線路上的工作電流。雖然能夠足夠準(zhǔn)確地對(duì)每個(gè)單個(gè)的電流變流器進(jìn)行控制，但是由于直流電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，多個(gè)控制量和不同的干擾量同時(shí)作用于該環(huán)路中的電流，從而要考慮實(shí)際值的恒定波動(dòng)。因此，根據(jù)本發(fā)明建議代替在較長(zhǎng)的時(shí)間段上將開(kāi)關(guān)支路中的電流連續(xù)控制為零，而是產(chǎn)生人為的電流過(guò)零點(diǎn)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，以例如+/-50A的容差調(diào)節(jié)一個(gè)線路的電流就足夠了。以這種方式，可以針對(duì)電流預(yù)先給定迫使產(chǎn)生電流過(guò)零點(diǎn)的參考曲線。如果在布置有機(jī)械開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)支路中產(chǎn)生這種電流過(guò)零點(diǎn)，則可以對(duì)機(jī)械開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，使得其觸點(diǎn)盡可能在電流過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻斷開(kāi)，從而使電弧熄滅。因?yàn)樵谇袚Q工作或負(fù)載電流時(shí)，不必遵守時(shí)間，因此在本發(fā)明的范圍內(nèi)，這種切換過(guò)程可以緩慢地進(jìn)行。

根據(jù)與此相關(guān)的適宜構(gòu)造，對(duì)機(jī)械開(kāi)關(guān)的操作在到達(dá)電流過(guò)零點(diǎn)之前就已經(jīng)執(zhí)行。因此，在機(jī)械開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)分離時(shí)，首先出現(xiàn)電弧，直到其在電流過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻熄滅。然而，觸點(diǎn)在該時(shí)刻已經(jīng)達(dá)到彼此這樣的距離，使得提供所需的耐壓強(qiáng)度，并且能夠在機(jī)械開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)之間不產(chǎn)生新的電弧。

當(dāng)然，在到現(xiàn)在為止的介紹中，在變流器的控制和開(kāi)關(guān)過(guò)程的觸發(fā)之間需要精確的同步。

在此，為了獲得稍微更多的回旋余地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)適宜的擴(kuò)展，設(shè)置與開(kāi)關(guān)支路中的機(jī)械開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接的至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其在正常工作時(shí)持續(xù)保持在其導(dǎo)通狀態(tài)，并且轉(zhuǎn)變到其關(guān)斷狀態(tài)，以便斷開(kāi)工作電流。如已經(jīng)描述的那樣，在沒(méi)有這種功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的情況下，在機(jī)械開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和電流過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻之間需要非常好的同步。否則，在非常長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)在機(jī)械開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)元件之間存在電弧，或者電流過(guò)零點(diǎn)在機(jī)械開(kāi)關(guān)還沒(méi)有斷開(kāi)的時(shí)刻出現(xiàn)。由于該原因，至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)是有利的。作為功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，考慮具有反向并聯(lián)的續(xù)流二極管的可斷開(kāi)的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，例如IGBT、IGCT或GTO。然而，優(yōu)選使用晶閘管作為功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。晶閘管例如是可使用光觸發(fā)的晶閘管。為了使晶閘管保持在其導(dǎo)通狀態(tài)，在導(dǎo)通狀態(tài)，電流能夠流過(guò)晶閘管，持續(xù)對(duì)其進(jìn)行觸發(fā)。由于對(duì)晶閘管的持久觸發(fā)，在正常運(yùn)行中，負(fù)載電流流過(guò)所述晶閘管和與其串聯(lián)地布置的機(jī)械開(kāi)關(guān)。如果要斷開(kāi)工作或負(fù)載電流，則停止觸發(fā)命令。在電流過(guò)零點(diǎn)，晶閘管關(guān)斷，其中，必須確保晶閘管保持足夠大的關(guān)斷間隔，使得其能夠可靠地轉(zhuǎn)變到其關(guān)斷狀態(tài)。在關(guān)斷狀態(tài)，晶閘管不導(dǎo)電，從而與其串聯(lián)地布置的機(jī)械開(kāi)關(guān)能夠無(wú)電流地?cái)嚅_(kāi)。