双向换向促进器制造技术

提供了用于在第一节点与第二节点之间中断电流流动的断路器。断路器包括第一开关支路，第一开关支路包括串联连接的互感器的第一绕组和机械开关。断路器进一步包括第二开关支路，第二开关支路包括互感器的第二绕组和开关装置，该开关装置包括连接到第二绕组的至少一个开关器件。第一开关支路和第二开关支路在第一节点与第二节点之间并联连接，并且第二开关支路被配置为双向操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双向换向促进器
本公开涉及用于直流电力系统的断路器领域。特别地，本公开涉及用于直流电力系统的双向断路器。
技术介绍
为了在交流(AC)和直流(DC)之间进行转换，电压源变流器(VSC)已经被开发作为更传统的线路换向变流器的替代备选。通常使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)和反并联二极管所构建的VSC可能无法处理DC故障(诸如，高阻抗与地之间的故障，或者变流器本身的故障)。反并联二极管可能作为整流桥导通以馈送故障，或者例如，与诸如故障IGBT一起充当短路。IGBT处的二极管可能被旁路，并且不能自行消除故障电路。为了解决该问题，需要插入具有低损耗的快速并且可靠的DC断路器。现代DC断路器通常依赖于机械开关的组合，机械开关与并联耦合的半导体开关进行互补。在正常操作期间，在半导体开关打开时，电流经过闭合的机械开关。如果故障被检测到，则开关被重配置，使得电流通过半导体开关被换向(重定向)，同时机械开关被允许打开。一旦机械开关已经被打开(并且通过机械开关的电流已经被驱动到零)，则半导体开关可以再次被打开，并且任何剩余的能量可以例如被压敏电阻吸收。这种基于半导体的DC断路器的进一步发展在例如US9,148,011中公开的换向促进器，其中在包含机械开关的支路和包含半导体开关的支路之间的电感耦合被用于增强电流的换向。随着VSC在更广范围的低压(LV)、中压(MU)和高压(HV)系统中出现，更灵活和更高效的DC断路器可能被需要。
技术实现思路
因此，本公开的目的是至少部分地满足上述要求。该目的和其它目的借助于断路器来实现，该电路断路器用于在第一节点与第二节点之间中断电流流动，如所附独立权利要求中所限定的。其它实施例由从属权利要求限定。根据本公开的一个方面，断路器可以包括第一开关支路，第一开关支路包括串联连接的互感器的第一绕组和机械开关。断路器可以进一步包括第二开关支路，第二开关支路包括互感器的第二绕组和开关装置，该开关装置包括连接到第二绕组的至少一个开关器件。第一开关支路和第二开关支路可以在第一节点与第二节点之间并联连接，并且第二开关支路可以被配置为双向操作(即，在第一节点与第二节点之间的任何一个方向上)。在本方面中，电路可以在任何方向上从第一开关装置到第二开关装置进行换向，因为第二开关装置被配置为双向操作。这可以允许故障电路被在任何方向上中断，即，从断路器的两侧中断，并且断路器可以用在故障电流(以及还有负载电流)可能在不同方向上出现的系统中。这种系统的示例包括能量存储系统，该能量存储系统使用例如电池和电压源变流器(VSC)，其中，取决于系统当前是处于充电还是放电阶段，负载电流通常在不同方向上被承载，并且其中故障电流可以通过例如VSC中的故障半导体而以不同方向行进。通过允许负载电流和故障电流都具有多个方向，本方面的断路器可以用在运输系统中，其中蓄电池和电压源变流器例如被定位在固定设施中或者车载上或者两者，例如，如在电动车辆(EV)(诸如电车、火车、巴士、混合动力车辆等)中。断路器可以在其中被使用的其它系统包括电力传输系统和电网，其中电流可以根据系统(诸如，多端子DC电网)内故障的位置而改变其方向。在本公开的一个实施例中，开关布置可以是双向器件(或者双极器件)，即，允许电流在第一节点与第二节点之间的任一方向上流动的器件。在本公开的一个实施例中，至少一个开关器件可以包括，或者可以是，以下中的至少一种：绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、场效应晶体管(FET)、门极关断(GTO)晶闸管或者基于电容器的装置。也可以设想，至少一个半导体开关器件可以是适合于处理足够高的电流和/或功率的任何其它功率晶体管或功率晶闸管。在本公开的一个实施例中，开关装置可以包括二极管桥。在本公开的一个实施例中，开关装置可以包括第一半导体开关器件和第二半导体开关器件。第一半导体开关器件和第二半导体开关器件可以是单向的(或者单极器件)，并且可以被配置为在第一节点与第二节点之间以电相反方向操作，即，第一和第二半导体开关器件可以允许阻断电流通过它们，或者允许电流在第一节点和第二节点之间以单个方向通过它们。在本公开的一个实施例中，第一半导体开关器件、第二半导体开关器件以及第二绕组作为环路从第二节点连接到第二节点，第一节点通过第二绕组被连接到第二开关支路。在该实施例或者其它实施例中，第二绕组可以至少是双线绕组。在一个实施例中，第二开关支路可以包括第一子支路和第二子支路，第一子支路包括串联连接到第一半导体开关器件的第二绕组，第二子支路包括串联连接的第二半导体开关器件和互感器的第三绕组(相互串联连接以形成第二子支路)。第一子支路和第二子支路可以并联连接。在本专利技术的一个实施例中，开关装置可以进一步包括与第一半导体开关器件串联连接的第一二极管、与第二半导体开关器件串联连接的第二二极管。第一二极管和第一半导体开关器件与第二二极管和第二半导体开关器件可以反并联连接(即，一方面的第一二极管和第一半导体开关器件以及另一个方面的第二二极管和第二半导体开关器件，在第一节点与第二节点之间以电相反方向连接)。在本公开的一个实施例中，第一半导体开关器件与第二半导体开关器件反并联连接。在本公开的一个实施例中，断路器可以进一步包括过电压保护电路。在本公开的一个实施例中，断路器可以进一步包括第三开关支路，第三开关支路包括过电压保护电路。第三开关支路可以在第一节点与第二节点之间与第一开关支路和第二开关支路并联连接。也可以设想，第三开关支路可以与开关装置并联连接，例如，与开关器件并联连接。在本公开的一个实施例中，第一开关支路的自感可以大于第二开关支路自感。在本公开的一个实施例中，第一绕组的导体横截面可以大于第二绕组的导体横截面。在本公开的一个实施例中，高电压直流电力系统可以被提供，该高电压直流电力系统包括至少一个根据本公开的任一实施例的断路器。在本公开的一个实施例中，能量存储系统可以被提供，该能量存储系统包括至少一个根据本公开的任一实施例的断路器。本公开涉及本文提到的特征的所有可能组合，包括上面列出的特征以及将在下面参考不同实施例描述的其它特征。本文描述的任何实施例可以与本文描述的其它实施例组合，并且本公开还涉及所有这样的组合。附图说明通过以下对实施例的说明性和非限制性详细描述，将更好地理解本专利技术的断路器的上述以及其它目的、特征、优点和应用。参考附图，其中：图1是根据本公开的一个或多个实施例的断路器的示意图；图2是根据本公开的一个或多个实施例的断路器的示意图；图3是根据本公开的一个或多个实施例的断路器的示意图；图4a至图4d是根据本公开的一个或多个实施例的开关装置和开关器件的示意图；图5a是高电压直流系统的示意图；图5b是高电压直流系统的节点的示意图，其中节点包括一个或多个根据本公开的一个或多个实施例的断路器；图6是能量存储系统的示意图，能量存储系统包括一个或多个根据本公开的一个或多个实施例的断路器；以及图7是电池供电的电动车辆中的电气牵引/驱动系统的示意图，牵引/驱动系统包括一个或多个根据本公开的一个或多个实施例的断路器。在附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记将用于相同的元件。除非明确地相反指出，否则附图仅示出了阐述示例实施例所必需的元件，而为了清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在第一节点与第二节点之间中断电流流动的断路器，包括：第一开关支路，所述第一开关支路包括串联连接的互感器的第一绕组和机械开关；以及第二开关支路，所述第二开关支路包括所述互感器的第二绕组和开关装置，所述开关装置包括连接到所述第二绕组的至少一个开关器件，其中所述第一开关支路和所述第二开关支路在所述第一节点与所述第二节点之间并联连接，并且其中所述第二开关支路被配置为双向操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在第一节点与第二节点之间中断电流流动的断路器，包括：第一开关支路，所述第一开关支路包括串联连接的互感器的第一绕组和机械开关；以及第二开关支路，所述第二开关支路包括所述互感器的第二绕组和开关装置，所述开关装置包括连接到所述第二绕组的至少一个开关器件，其中所述第一开关支路和所述第二开关支路在所述第一节点与所述第二节点之间并联连接，并且其中所述第二开关支路被配置为双向操作。2.根据权利要求1所述的断路器，其中所述至少一个开关器件是双向器件。3.根据权利要求1或2所述的断路器，其中所述至少一个开关器件包括以下中的至少一种：绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、场效应晶体管(FET)、门极关断(GTO)晶闸管、功率晶体管、功率晶闸管或者基于电容器的装置。4.根据权利要求1或2所述的断路器，其中所述开关装置包括二极管桥。5.根据权利要求1所述的断路器，其中所述开关装置包括第一半导体开关器件和第二半导体开关器件，其中所述第一半导体开关器件和所述第二半导体开关器件是单向的，并且被配置为在所述第一节点与所述第二节点之间以电相反的方向操作。6.根据权利要求5所述的断路器，其中所述第一半导体开关器件、所述第二半导体开关器件以及所述第二绕组作为环路从所述第二节点连接到所述第二节点，所述第一节点通过所述第二绕组连接到所述第二开关支路。7.根据权利要求6所述的断路器，其中所述第二绕组至少是双...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·格特玛，J·马格努森，R·塞尔斯，T·滕纳，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH