开关设备制造技术

一种开关设备（30）包括多个并联连接的电流传导支路（32），每个电流传导支路（32）包括至少一个相应的气体管开关（34），其中该开关设备（30）还包括电气电路，该电气电路包括至少一个开关元件（36），该开关元件被配置成可操作以选择性地综合与该气体管开关（34）中的一个或多个串联的电压差或相应的电压差，以便控制电流传导支路（32）之间的电流分布。

Switchgear

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】开关设备本专利技术涉及一种优选供高压直流（HVDC）应用使用的开关设备。已知使用包括并联连接的多个开关的开关设备。根据本专利技术的一方面，提供有一种开关设备，所述开关设备包括多个并联连接的电流传导支路，每个电流传导支路包括至少一个相应的气体管开关，其中所述开关设备还包括电气电路，所述电气电路包括至少一个开关元件，所述至少一个开关元件被配置成可操作以选择性地综合（synthesise）与所述气体管开关中的一个或多个串联的电压差或相应的电压差，以便控制所述电流传导支路之间的电流的分布。将理解到，在本专利技术的开关设备中，每个电流传导支路可以包括单个气体管开关或多个气体管开关（例如，多个串联连接的气体管开关）。取决于开关应用，给定的气体管开关的电流额定值可能太低而无法满足开关应用的电流额定值要求。本专利技术的开关设备中的电流传导支路的并联连接为基于“气体管开关”的开关设备提供比单独气体管开关的电流额定值更高的组合电流额定值，并且由此能够实现在具有更高电流额定值要求的开关应用中使用气体管开关。为了提供可靠的开关设备，有必要控制并联连接的电流传导支路之间的电流的共享。在基于并联连接的功率半导体开关的常规开关设备中，功率半导体开关的正斜率电阻使得并联连接的功率半导体开关之间的电流共享在一定程度上自然发生，特别是如果温度系数为正的话。图1图示了在并联连接的功率半导体开关（它们分别称为器件1和器件2）之间的稳定电流共享，其中在它们的电压-电流特性之间存在稳定的交叉点。此外，对于某些类型的功率半导体开关，能采用门控制来控制并联连接的功率半导体开关的状态，以便重新平衡流过并联连接的功率半导体开关的电流。另一方面，在基于并联连接的气体管开关的开关设备中，不可能在并联连接的气体管开关之间获得电流的稳定共享。这是因为，如图示了在并联连接的气体管开关之间的不稳定电流共享的图2中所示的，稳定的操作点是当所有电流流过气体管开关之一而零电流流过另一个气体管开关时。这是因为气体管开关的负斜率电阻使得在气体管开关的电压-电流特性之间的不稳定的交叉点的任一侧上存在电流仅流过气体管开关中的一个或另一个的趋势。而且，由于气体管开关仅具有全开和全关状态的事实，将不可能通过开关控制来重新平衡流过并联连接的气体管开关的电流。在本专利技术的开关设备中包括电气电路能够实现在基于气体管开关的电流传导支路之间的电流的稳定共享。更特别地，所述或每个开关元件用来综合与气体管开关中的一个或多个串联的所述或相应电压差的操作控制所述或每个对应电流传导支路中的电流的流动，这又能够实现所有电流传导支路之间的电流的分布的控制。优选地，对电流传导支路之间的电流的分布的控制涉及电流传导支路之间的电流的分布的平衡。因此，本专利技术的开关设备的配置提供了一种控制电流传导支路之间的电流的分布的方式，从而有益地改进了基于“气体管开关”的开关设备的可靠性。电气电路及其（一个或多个）开关元件在配置上可以变化，以便能够实现与气体管开关中的一个或多个串联的所述或相应电压差的综合，以便控制电流传导支路之间的电流的分布。在本专利技术的实施例中，电气电路可以包括多个电子开关元件，每个电子开关元件连接在所述电流传导支路中的相应一个电流传导支路中，每个电子开关元件与所述或每个相应的气体管开关串联连接，每个电子开关元件被配置成用作限流二极管。在每个电流传导支路中包括限流二极管提供了综合与每个气体管开关串联的相应电压差的被动机制。将每个电子开关元件配置为限流二极管允许流过相应的电流传导支路和流过（一个或多个）相应的气体管开关的电流上升直到特定的电流电平，在该点它开始趋向平稳。这具有将流过相应电流传导支路的电流限制到最大电平的效果。每个电子开关元件可以在配置上变化，以便用作限流二极管（其在本领域中也称为“恒流二极管”或“电流调节二极管”）。每个电子开关元件可以被配置成具有非线性电压-电流特性。非线性电压-电流特性的使用提供了将每个电子开关元件配置成用作限流二极管的可靠方式。每个电子开关元件可以包括至少一个固态开关器件。使用固态开关器件来将电子开关元件配置为限流二极管提供了一种综合与每个气体管开关串联的相应电压差的紧凑机制。每个固态开关器件可以是结型场效应晶体管（JFET）。JFET的结构也提供了将每个电子开关元件配置成用作限流二极管的可靠方式。在本专利技术的另外实施例中，电气电路可以包括至少一个电压源和开关控制单元，所述开关控制单元被配置成控制所述或每个开关元件的切换，以选择性地将所述或每个电压源接入所述电流传导支路中的一个或多个中的或与所述电流传导支路中的一个或多个一起的电路，以便综合与所述气体管开关中的一个或多个串联的所述或相应电压差。在电气电路中包括所述或每个电压源和开关控制单元提供了综合与气体管开关中的一个或多个串联的所述或相应电压差的主动机制。对所述或每个开关元件的切换的主动控制可以结合在电流传导支路中流动的电流的监测和测量来执行。在采用使用至少一个电压源的本专利技术的另外实施例中，电气电路可以包括电流流动控制器，该电流流动控制器包括：多个端子，其连接到所述多个电流传导支路，使得每个电流传导支路连接到所述多个端子中的至少一个；以及电流流动控制单元，其互连所述多个端子，所述电流流动控制单元包括所述或每个开关元件和所述或每个电压源，其中所述开关控制单元被配置成控制所述或每个开关元件的切换，以选择性地将所述或每个电压源接入所述电流传导支路中的一个或多个中的或与所述电流传导支路中的一个或多个一起的电路，以便综合与所述气体管开关中的一个或多个串联的所述或相应电压差，以便同时控制所述电流传导支路之间的电流的分布并经由所述电流流动控制单元将能量从至少一个电流传导支路转移到至少一个其它电流传导支路中。在电流流过开关设备期间，与至少一个其它电流传导支路相比，至少一个电流传导支路可以携带更高的电流。与气体管开关中的一个或多个串联的所述或相应电压差的综合或者产生正电阻效应或者产生负电阻效应，在该正电阻效应中，所述或相应电压差相反，并且由此降低了对应电流传导支路中的电流，在该负电阻效应中，所述或相应电压差有助于对应电流传导支路中的电流的增大。多个端子经由电流流动控制单元的互连准许能量经由电流流动控制单元在电流传导支路之间传递。从而，在多个电流传导支路之间的电流的分布的控制期间，能量从正经历电流流动的降低的至少一个电流传导支路中移除，并且该能量经由电流流动控制单元被转移到正经历电流流动的增大的至少一个其它电流传导支路中。取决于开关设备的电流共享要求，电流流动控制单元可以用于将能量从单个电流传导支路转移到单个其它电流传导支路，从单个电流传导支路转移到多个其它电流传导支路，从多个电流传导支路转移到单个其它电流传导支路，或者从多个电流传导支路转移到多个其它电流传导支路。在本专利技术的此类实施例中，电流流动控制单元的所述或每个开关元件可以被配置成可操作以在至少一个电流传导支路和至少一个其它电流传导支路之间选择性地建立通过所述电流流动控制单元的电流路径，并且其中所述开关控制单元可以被配置成控制所述或每个开关元件的切换，以选择性地建立通过电流流动控制单元的电流路径，并且选择性地将所述或每个电压源接入电流传导支路中的一个或多个中的或与电流传导支路中的一个或多个一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关设备（30、130、230），所述开关设备（30、130、230）包括多个并联连接的电流传导支路（32），每个电流传导支路（32）包括至少一个相应的气体管开关（34），其中所述开关设备（30）还包括电气电路，所述电气电路包括至少一个开关元件（36），所述至少一个开关元件（36）被配置成可操作以选择性地综合与所述气体管开关（34）中的一个或多个串联的电压差或相应的电压差，以便控制所述电流传导支路（32）之间的电流（I）的分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.15 EP 16204364.01.一种开关设备（30、130、230），所述开关设备（30、130、230）包括多个并联连接的电流传导支路（32），每个电流传导支路（32）包括至少一个相应的气体管开关（34），其中所述开关设备（30）还包括电气电路，所述电气电路包括至少一个开关元件（36），所述至少一个开关元件（36）被配置成可操作以选择性地综合与所述气体管开关（34）中的一个或多个串联的电压差或相应的电压差，以便控制所述电流传导支路（32）之间的电流（I）的分布。2.根据权利要求1所述的开关设备（30、130、230），其中对所述电流传导支路（32）之间的电流（I）的所述分布的控制涉及所述电流传导支路（32）之间的电流（I）的所述分布的平衡。3.根据前述权利要求中的任一项所述的开关设备（30），其中所述电气电路包括多个电子开关元件，每个电子开关元件连接在所述电流传导支路（32）中的相应一个电流传导支路中，每个电子开关元件与所述或每个相应的气体管开关（34）串联连接，每个电子开关元件被配置成用作限流二极管。4.根据权利要求3所述的开关设备（30），其中每个电子开关元件被配置成具有非线性电压-电流特性。5.根据权利要求3或4所述的开关设备（30），其中每个电子开关元件包括至少一个固态开关器件。6.根据权利要求5所述的开关设备（30），其中每个固态开关器件是结型场效应晶体管（36）。7.根据前述权利要求中的任一项所述的开关设备（130、230），其中所述电气电路包括开关控制单元（100）和至少一个电压源，所述开关控制单元（100）被配置成控制所述或每个开关元件的切换，以选择性地将所述或每个电压源接入所述电流传导支路（32）中的一个或多个中的电路或与所述电流传导支路（32）中的一个或多个一起的电路，以便综合与所述气体管开关（34）中的一个或多个串联的所述或相应电压差。8.根据权利要求7所述的开关设备（130、230），其中所述电气电路包括电流流动控制器，所述电流流动控制器包括：多个端子，所述多个端子连接到所述多个电流传导支路（32），使得每个电流传导支路（32）连接到所述多个端子中的至少一个；以及电流流动控制单元，所述电流流动控制单元互连所述多个端子，所述电流流动控制单元包括所述或每个开关元件和所述或每个电压源，其中所述开关控制单元（100）被配置成控制所述或每个开关元件的所述切换，以选择性地将所述或每个电压源接入...

【专利技术属性】
技术研发人员：CC戴维森，
申请(专利权)人：通用电器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH