用于控制直流开关的方法、直流开关和直流电压系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于控制直流开关(1)的方法，尤其是故障电流开关或保护开关，其中，直流开关(1)具有第一可切断半导体开关(2a)和第二可切断半导体开关(2b)，其中，第一和第二可切断半导体开关(2a、2b)布置在第一端子(21)与第二端子(22)之间，使得能够将具有第一极性的电流(i)引导经过第一可切断半导体开关(2a)并且能够将具有相对于第一极性相反极性的电流(i)引导经过第二可切断半导体开关(2b)，其中，根据电流测量值切断可切断半导体开关(2a、2b)中的一个。本发明专利技术还涉及一种直流开关(1)，其具有第一和第二可切断半导体开关(2a、2b)和用于执行这种方法的本地控制设备(3)。此外，本发明专利技术涉及一种直流电压系统(50)，其具有含直流电压的至少一个能量源(5)以及具有直流电压端子的至少一个电负载(6)和至少一个这种直流开关(1)。

Methods for controlling DC switches, DC switches and DC voltage systems

The invention relates to a method for controlling a direct current switch (1), in particular a fault current switch or a protection switch, wherein the direct current switch (1) has a first interruptible semiconductor switch (2a) and a second interruptible semiconductor switch (2b), wherein the first and second interruptible semiconductor switches (2A, 2b) are arranged between the first terminal (21) and the second terminal (22), so as to be able to have a first pole The current (I) of the cut-off semiconductor switch (2a) is guided through the first cut-off semiconductor switch (2a) and can guide the current (I) with opposite polarity to the first polarity through the second cut-off semiconductor switch (2b), wherein one of the cut-off semiconductor switches (2a, 2b) is cut according to the current measurement value. The invention also relates to a DC switch (1) having a first and second interruptible semiconductor switches (2a, 2b) and a local control device (3) for performing the method. In addition, the present invention relates to a DC voltage system (50) having at least one energy source (5) including a DC voltage, at least one electrical load (6) with a DC voltage terminal and at least one such DC switch (1).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制直流开关的方法、直流开关和直流电压系统
本专利技术涉及一种用于控制直流开关的方法。本专利技术还涉及一种直流开关和一种直流电压系统。
技术介绍
为了能够通断直流电流，需要直流开关。相对于交流电流开关的通断，该直流电流开关的结构明显地更复杂，因为在直流运行中，如其例如在直流电压网络中所存在的那样，电流不过零，在该过零处能够以简单的方式实现电流的熄灭。因此，如今市场上的直流开关相对昂贵。此外，该直流开关通常不抗短路。此外，由于其工作方式，直流开关是大且重的进而仅在大的耗费下才能够集成到能量供应系统或驱动系统中。保护开关用于在超过允许的电流或电压值的情况下切断电流回路、导体或各个负载。这例如涉及过载电流和故障电流。故障电流开关是如下开关：当去向电流和回向电流相差一确定的绝对值时，该开关关断。
技术实现思路
本专利技术所基于的目的是：改进直流开关以及对其的控制。该目的通过一种用于控制直流开关来实现，其中，直流开关具有第一可切断半导体开关和第二可切断半导体开关，其中，第一和第二可切断半导体开关布置在第一端子和第二端子之间，使得能够引导具有第一极性的电流经过第一可切断半导体开关并且能够引导具有与第一极性相反极性的电流经过第二可切断半导体开关，其中，根据电流测量值切断可切断半导体开关中的一个。此外，该目的通过一种直流开关，其具有第一可切断半导体开关和第二可切断半导体开关以及用于执行这种方法的本地控制设备，其中，第一可切断半导体开关和第二可切断半导体开关布置在第一端子和第二端子之间，使得能够引导具有第一极性的电流经过第一可切断半导体开关并且能够引导具有与第一极性相反极性的电流经过第二可切断半导体开关，其中，能够借助于本地控制设备根据电流测量值通过切断可切断半导体开关中的一个来切断经过直流开关的电流。此外，该目的通过一种直流电压系统来实现，其具有：具有直流电压的至少一个能量源；具有直流电压端子的至少一个电负载和至少一个这种直流开关。在从属权利要求中说明本专利技术的其他有利的设计方案。本专利技术基于如下的知识，由电子开关、优选晶体管来取代机械的直流开关。因为该电子开关必须切断电流，所以使用可切断的半导体开关。如果电流和/或电压方向反转，例如在恢复时，可切断的半导体通常设有反向并联的二极管，该二极管于是沿反方向引导电流。在该情况下，于是仅当第二可切断半导体开关与第一开关反向串联使用时才将电流与其电通流方向(也称作为极性)无关地切断。在本文中，反向串联表示：第二可切断半导体开关与第一可切断半导体开关串联布置，然而能够沿另外的方向、即沿相反的极性引导电流。该半导体开关也能够借助反向二极管运行，以便对这两个极性实现直流开关的运行。可替选地，也能够在反向并联电路中使用反向截止的IBGT。在此，两个反向截止的IBGT布置成并联电路并且定向为，使得第一可切断半导体开关能够引导具有第一极性的电流并且第二可切断半导体开关能够引导具有反向极性的电流。除了反向截止的IGBT之外，也能够将其他任意的反向截止的可切断半导体开关布置成反向并联电路。可替选地，在反向串联的布置中，证实为有利的是：将反向并联的二极管集成到晶体管的芯片中。这种开关也称作为反向导通开关。此外可行的是：在MOSFET或JFET的情况下将通道(Kanal)沿两个电流方向运行(反向并联设置)。借助该电路布置，除了交流电流之外也能够接通直流电流。特别的优点在于，相对于机械开关在开关之内不会形成电弧，该电弧必须被熄灭、即消除。在此，根据本专利技术的直流开关附加地提供如下可行性，仅沿一个方向中断电流。为此，切断可切断半导体开关中的刚好一个。因此，例如当因其面临过载威胁时，将用于消耗能量的电负载与网络分离。同时，还能够实现能量、例如驱动器的能量的回馈，因为在此反转了电流方向，即改变电流的极性。因此，电负载还能够输出存储的能量，即使借助于直流开关中断能量吸收也如此。这由于存在两个可切断半导体开关而是可行的。另外可行的能量回馈提高了系统的环境兼容性并且有助于降低(能量)成本。此外，能够避免例如对于维护来说危险的状态，因为处于电负载中的能量存储器还可以利用该直流开关放电。因此，能量存储器在维护工作开始之前能够完全地或至少几乎完全地放电。在交流电压网络(单相或多相)中通常借助开关(＝接触器)接通和切断负载。如果需要维修开关(＝分荷开关)，那么该维修开关能够代替该开关使用。为了短路保护，通常在其之前使用短路开关机构(＝功率开关)。在使用根据本专利技术的直流开关时，能够以简单的方式在不进行改变的情况下将在交流电压网络中的设计转用于直流网络。在本专利技术的一个有利的设计方案中，在故障情况下切断可切断半导体开关中的一个。一旦识别故障情况，就关断直流开关。在此，能够仅针对一个电流方向，通过切断刚好一个开关来实现切断。可替选地，切断也能够通过如下方式针对两个电流方向进行：即两个可切断半导体开关都被切断。故障情况例如能够通过超过在运行中允许的值的电流来识别。另一可行性方案在于，替选地或补充地检查电流的升高速度并且在超过确定的值时推断出故障。电流的升高速度对应于电流的时间导数。在本专利技术的另一有利的设计方案中，根据电流值的时间导数来切断可切断半导体开关中的一个。在根据电流测量值的时间导数的情况下，能够由于过高的电流升高而识别出故障情况。这样的识别提供的优点是：在达到高的电流值之前就断开直流开关并且避免由用于负载和用于直流开关的高电流引起的负荷。借此能够部分甚至显著更小且成本更便宜地确定可切断半导体开关的大小。在本专利技术的另一有利的设计方案中，根据电流的电流测量值的极性来选择待切断的可切断半导体开关。在此，证实为有利的是：在极性方面分析故障电流、即故障情况下的电流。关于极性的信息仅需要1比特，使得该信息能够特别简单地进行传递。通过所检测的故障电流或电压的符号，开关的本地控制设备能够确定：是否在其负载侧或电网侧出现故障。这可以以简单的方式根据电流极性来实现。根据电流的极性、即根据电流的方向，随后仅关断处于故障方向的开关。这尤其在电网侧的故障的情况下允许由直流开关供应的负载的无中断的继续运行，其中该电网侧的故障能够通过另一负载中的或该能量供应装置中或能量供应装置之一中的故障而形成。电网侧的或负载侧的故障能够根据故障电流的机械、即根据故障情况下的电流的极性来识别。这能够以简单的方式根据电流测量值的符号来识别。在本专利技术的另一有利的设计方案中，在第一极性的情况下在第一极限值中进行切断，并且在与第一极性相反的第二极性的情况中在第二极限值中进行切断，其中，第一极限值的绝对值至少比第二极限值大25％。证实为有利的是：将用于电网侧的故障电流的直流开关的断开阈值设计得高于用于负载侧的故障电流的开关的断开阈值。至少25％的偏差使得尤其对高于30％的故障电流的监控，在负载中故障的情况下，优选断开直接处于上游的开关，即在所属的负载处的直流开关，这实现了自然的且期望的选择性(Selektivitaet)。在本专利技术的另一个有利的设计方案中，借助于UCE监控装置识别短路并且尤其独立于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制直流开关(1)、尤其是故障电流开关或保护开关的方法，其中，所述直流开关(1)具有第一可切断半导体开关(2a)和第二可切断半导体开关(2b)，其中，所述第一可切断半导体开关和所述第二可切断半导体开关(2a、2b)布置在第一端子(21)与第二端子(22)之间，使得能够引导具有第一极性的电流(i)经过所述第一可切断半导体开关(2a)并且能够引导具有与所述第一极性相反极性的电流(i)经过所述第二可切断半导体开关(2b)，其中，根据电流测量值切断可切断半导体开关(2a、2b)中的一个。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170323 EP 17162606.21.一种用于控制直流开关(1)、尤其是故障电流开关或保护开关的方法，其中，所述直流开关(1)具有第一可切断半导体开关(2a)和第二可切断半导体开关(2b)，其中，所述第一可切断半导体开关和所述第二可切断半导体开关(2a、2b)布置在第一端子(21)与第二端子(22)之间，使得能够引导具有第一极性的电流(i)经过所述第一可切断半导体开关(2a)并且能够引导具有与所述第一极性相反极性的电流(i)经过所述第二可切断半导体开关(2b)，其中，根据电流测量值切断可切断半导体开关(2a、2b)中的一个。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一可切断半导体开关(2a)和所述第二可切断半导体开关(2b)反向串联地布置。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一可切断半导体开关(2a)和所述第二可切断半导体开关(2b)布置在反向并联电路中，其中，所述第一可切断半导体开关尤其构成为反向截止的IGBT，所述第二可切断半导体开关尤其构成为反向截止的IGBT。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在故障情况下切断可切断半导体开关(2a、2b)中的一个。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，根据所述电流值的时间导数来切断所述可切断半导体开关(2a、2b)中的一个。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，切断可切断半导体开关(2a、2b)中的恰好一个。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，根据所述电流(i)的电流测量值的极性来选择待切断的可切断半导体开关(2a、2b)。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，在第一极性的情况下在第一极限值时进行切断，并且在与所述第一极性相反的第二极性的情况下在第二极限值时进行切断，其中，所述第一极限值在数值上至少比所述第二极限值大25％。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，借助于UCE监控装置识别短路，并且通过本地控制设备(3)尤其独立于上级的控制装置(8)地来切断短路电流，所述本地控制设备设置用于驱控所述第一可切断半导体开关和所述第二可切断半导体开关(2a、2b)。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，相应的可切断半导体开关(2a、2b)的负载通过作出i*t值或i2*t值来求出，其中，在超过负载极...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·卡卢察，胡贝特·席尔林，本诺·魏斯，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE