用于在直流电压网中切换的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于在直流电压网中切换的装置，具有：用于中断在直流电压网的至少一个第一线路中的电流的开关装置，其中开关装置利用第一和第二接头嵌入到直流电压网的第一线路中；和用于能量消耗所施加的端电压的衰减环节，该衰减环节具有经由衰减元件电连接的第一和第二节点，具有从第一节点经由第一受控或不受控的开关元件至第一接头的电连接，以及具有从第一节点经由第二受控或不受控的开关元件至第二接头的电连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在直流电压网中切换的装置
本专利技术涉及一种用于在直流电压网中切换的装置以及一种用于分离功率直流电网的方法。
技术介绍
在需要很高的电压和功率的电源中的功率电子系统越来越重要。特别是对于将来的空间延伸并分支的高压直流电网(英文：Multiterminal-HVDC)需要电路装置，该电路装置能够实现可靠且快速地控制可能的干扰情况以及在正常运行时的能量损失最小。该要求特别是在将来的具有高电压和跨国远程传输的DC电网的情况下出现。例如对于延伸的离岸风力发电站(Off-Shore-Windpark)和在远沙漠地区的大的太阳能发电站的使用在将来需要空间延伸并分支的HVDC电网。特别地，必须能够控制HVDC电网中的短路并且能够释放电网的有错误和短路的片段。由于基本的物理的问题而不提供用于极高的DC电压的方便的机械开关，其在负载的条件下能够接通高的故障电流。技术上可实现的断开时间和机械开关的开关过电压是极其干扰的。相应于现有技术，因此机械开关对于该应用仅能有利地实现为无负载(无电流)接通的断路器。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种用于在DC电网中切换的简单构造的装置。另一个要解决的技术问题在于，提供一种用于分离功率直流电网的改善的方法。按照本专利技术的用于在直流电压网中切换的装置具有用于中断在直流电压网的至少一个第一线路中的电流的开关装置。开关装置在此可以利用第一和第二接头嵌入到直流电压网的第一线路中。此外，该装置具有用于能量消耗所施加的端电压的衰减环节。衰减环节又具有第一和第二节点，其经由衰减元件电连接。此外，存在从第一节点经由受控或不受控的第一开关元件至第一接头的电连接以及从第一节点经由受控或不受控的第二开关元件至第二接头的电连接。合适地，衰减环节从第二节点向外可以与直流电压网的第二线路和/或地电位连接。在按照本专利技术的用于分离直流电网的方法中提供一种开关装置并且利用第一和第二接头将其嵌入到直流电压网的第一线路中。此外，提供一种衰减元件并且该衰减元件经由受控或不受控的第一开关元件与第一接头连接并且经由受控或不受控的第二开关元件与第二接头连接。按照本专利技术在第一步骤中通过开关装置产生电流脉冲，从而短时地在开关装置中引起电流反向。进一步在第二步骤中在电流反向期间断开开关装置，也就是中断在第一线路中的电流流动。最后在第三步骤中接通在衰减元件与开关装置的处于电流方向上的第一或第二接头之间的电连接，以便对耗电器侧的线路电感去激励。有利地由此实现了，对于两个可能的电流方向可以应用单独的衰减元件。对于断开第一线路，衰减元件经由开关元件与开关装置的正确的侧连接，从而在中断原本的电流之后能够对线路电感去激励。由此不需要以各用于一个电流方向的方式使用两个或更多的衰减元件。合适地，衰减元件包括一个或多个非线性电阻，特别是变阻器(Varistor)。在本专利技术的第一有利的构造中，第一和/或第二开关元件包括半导体开关，特别是晶闸管。使用半导体开关允许控制精确的时间点，在该时间点在分离第一线路的情况下实现了对于电感性驱动的电流的续流电路(Freilaufkreis)。还可以控制地再次中断续流电路。在第二有利的构造中，第一和/或第二开关元件包括不受控的取决于电流方向的开关元件，特别是半导体二极管。在此合适地分别使用二极管的串联电路。二极管在此合适地从第一节点的角度来看导通，也就是从第一线路的角度来看是禁止的。由此实现了，在通过开关装置分离第一线路的情况下不需要衰减元件的有源的接通。在正常状态下禁止的二极管中的一个通过位于顺着电流的线路电感被切换为导通，因为该线路电感进一步推动电流并且对于一定的时间产生相应的压降。由此在没有控制电路辅助的情况下通可靠地实现了对于电流的续流电路，这保证了提高的安全性和开关的更简单的构造和运行。在另一种有利的构造中，第一和第二开关元件包括机械开关。此外，衰减元件包括在第一和第二节点之间的另外的半导体开关。在此优选地，例如可以实现衰减元件与第一线路的视觉上可验证的分离。如在第一构造中那样，在此也可以控制精确的时间点，在该时间点在分离第一线路的情况下实现了对于电感推动的电流的续流电路。又可以控制地再次中断续流电路。按照本专利技术的另一种构造和扩展，第一和第二开关元件是机械的或功率电子的转换开关的部分。换言之，开关元件不是作为独立可控的开关，而是作为转换开关实现。按照本专利技术的另一种构造，在此转换开关包括多于两个开关位置。在此合适地，电输出端中的一个与接地或直流电网的第二线路连接。所有另外的电输出端合适地与多个开关装置的一侧或另一侧连接。在另一种有利的构造中，转换开关被构造为多个并联的二极管。由此又实现了，转换开关不需要控制装置，而是只要通过所连接的开关装置中的一个进行分离，就自动地开辟续流电路。合适地，开关装置包括两个反向串联连接的混合开关，其分别具有不受控的取决于电流方向的开关和可控的开关的并联电路。两个反向串联连接的混合开关在此如开头已经描述的那样可以利用第一和第二接头嵌入到直流电压网的第一线路中。不受控的取决于电流方向的开关优选地是半导体二极管，而可控的开关优选是真空开关管。此外，开关装置优选包括电流脉冲发生器，其被构造为用于响应于控制命令地产生电流脉冲，从而可以短时地反转在混合开关中的一个中的电流方向。电流脉冲发生器在此合适地包括：至少一个电容性能量存储器和电感，其可以通过可控的开关短时地彼此电连接；以及用于从直流电压网的电压向电容性能量存储器充电和用于限制过电压的电路路径，该电路路径至少包含该能量存储器和/或串联电阻和截止二极管。有利的是，用于限制过电压的附加的元件，特别是诸如变阻器的非线性电阻，与电流脉冲发生器并联连接或集成在该电流脉冲发生器中。在此，一个优点是如下事实：在所描述的装置中不需要具有故障关键的、非耐冲击电流的接触线路的半导体，诸如在IGBT晶体管中的键合线()。因为仅使用半导体二极管和晶闸管，所以可以使用具有耐冲击电流的压力接触部的部件。特别地，所有按照本专利技术的子系统的任意的串联连接可能性能够实现独立于预定的DC电网的电压而自由选择所使用的部件的额定电压。一个方面是与此相关的经济原因和该部件在市面上很常见。但是由该特征得到的技术上更重要的自由度是可实现的DC开关的开关速度的优化。附图说明本专利技术的其它合适实施方式和优点，是下面借助附图描述本专利技术的实施例的主题，其中相同的附图标记指示相同作用的部件。附图中：图1示出了按照现有技术的来自于空间延伸的分支的直流电压网的片段，图2，图3和图6示出了原理的DC开关装置，图4和图5示出了DC开关装置的运行状态，图7示出了分支的直流电压网的节点，图8示出了用于节点的替换的转换开关。具体实施方式图1示意性示出了按照现有技术的来自于空间延伸的分支的直流电压网的片段10。变压器11产生在线路21上的高的直流电压。线路21在所示的片段中具有DC开关12，在该DC开关的一侧是第一节点17并且在其另一侧是节点18。DC开关12被构造为，借助短的电流脉冲允许DC断路器短时无电流，由此可以断开线路21。在断开线路21之后线路电感15、16继续驱使电流流动并且必须确保能量的消耗。在按照图1的结构中为此设置两个分开的衰减环节13、14。第一衰减环节13在第一节点17处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在直流电压网中切换的装置，具有：用于中断在直流电压网的至少一个第一线路(21，211，212，213)中的电流的开关装置(12)，其中所述开关装置(12)能够利用第一和第二接头(17，18)嵌入到直流电压网的第一线路(21，211，212，213)中；和用于能量消耗所施加的端电压的衰减环节(101，111，120，210，220)，所述衰减环节具有‑第一和第二节点，其经由衰减元件(102，217)电连接，‑从第一节点经由受控或不受控的第一开关元件(104，112，121，221)至第一接头(17)的电连接，‑从第一节点经由受控或不受控的第二开关元件(105，113，122，221)至第二接头(18)的电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.13 DE 102012209903.41.一种用于在直流电压网中切换的装置，具有：用于中断在直流电压网的至少一个第一线路(21，211，212，213)中的电流的开关装置(12)，其中所述开关装置(12)能够利用第一和第二接头(17，18)嵌入到直流电压网的第一线路(21，211，212，213)中；和用于能量消耗所施加的端电压的衰减环节(101，111，120，210，220)，所述衰减环节具有-第一和第二节点，其经由衰减元件(102，217)电连接，-从第一节点经由受控或不受控的第一开关元件(104，112，121，221)至第一接头(17)的电连接，-从第一节点经由受控或不受控的第二开关元件(105，113，122，221)至第二接头(18)的电连接。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一和/或第二开关元件(104，112，121，221，105，113，122，219)具有不受控的、取决于电流方向的开关元件(121，122，221)。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一和/或第二开关元件(104，112，121，221，105，113，122，219)具有半导体开关(112，113)。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一和第二开关元件(104，112，121，221，105，113，122，219)包括机械开关(104，105，219)，并且其中，所述衰减环节(101，210)包括在第一和第二节点之间的另外的半导体开关(13，218)。5.根据权利要求1、2或4所述的装置，其中，所述衰减元件(102，217)包括一个或多个变阻器元件(102，217)。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一和第二开关元件(104，112，121，221，105，113，122)是机械的或功率电子的转换开关(219，221)的部分。7.根据权利要求1所述的装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：E加克斯奥拉，A舍恩，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE