用于直流电网的开关设备和用于开关设备的运行方法技术

本发明专利技术涉及一种用于直流电网的开关设备，其具有可控的第一半导体开关和用于第一半导体开关的控制器，第一半导体开关具有控制触点和两个负载触点，控制器被设计用于借助控制触点处的电控制信号控制第一半导体开关，其中，控制器被设计用于执行以下步骤：利用控制脉冲驱动第一半导体开关，该控制脉冲在功能正常的半导体开关中在小于1ms的时间段内引起半导体开关的电导率降低；将电流施加到包括第一半导体开关的检查电路上；确定代表第一半导体开关上的电压或电压变化的第一值作为控制脉冲和施加的结果；根据第一值确定并且输出代表第一半导体开关功能正常的信号。半导体开关功能正常的信号。半导体开关功能正常的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于直流电网的开关设备和用于开关设备的运行方法
[0001]用于直流电网的开关设备应用在这样的电网中，以便将各个耗电器、但也将子电网(电网支路或负载范围)与直流电网的其余部分分离。这种分离可以是通过上级控制器的开关命令有意关断，或者在保护功能的意义上由开关设备本身引起，例如在故障情况下。
[0002]在此已经证明有利的是，在这种开关设备中使用可控的半导体开关，例如IGBT。在此，开关设备的半导体开关中的至少一个典型地布置在负载电流路径中并且在接通状态下承担全部的负载电流。因此，在正常运行中，半导体开关持续地接通。因此，在这种正常运行中，只能识别出使开关变为高阻抗的缺陷。导致开关不再能够建立截止电压的所有缺陷只有在下一次关断时，即在开关失效时才会被识别出来。在这种情况下，不再提供对设备的保护。
[0003]在双向开关设备中，两个半导体开关通常反串联地布置在负载电流路径中。经常使用这样的半导体开关，该半导体开关作为构件或本征地包括并联的续流二极管，例如IGBT。在这些情况下，如果电流方向是这样的，即续流二极管阻止在其中一个半导体开关上建立电压，即两个半导体开关中的另一个(没有缺陷的)建立截止电压，那么即使在下一次关断时也不能识别到，所述其中一个半导体开关在导通方面有缺陷。
[0004]本专利技术的要解决的技术问题是，提供一种避免提到的缺点的开关设备，特别是允许与电流方向无关的功能检查。另外的要解决的技术问题在于，提供一种用于这种开关设备的改进的运行方法。
[0005]上述技术问题通过具有权利要求1的特征的开关设备来解决。另外的解决方案在于具有权利要求9的特征的运行方法。
[0006]根据本专利技术的用于直流电网的开关设备具有可控的第一半导体开关，例如IGBT，该可控的第一半导体开关具有控制触点和两个负载触点。此外，开关设备包括用于第一半导体开关的控制器，该控制器被设计用于，借助控制触点处的电控制信号、即例如利用栅极上的电压或控制电流来控制第一半导体开关。
[0007]控制器被设计为，利用控制脉冲来驱动第一半导体开关，该控制脉冲对于功能正常的半导体开关在小于1ms的时间段内引起半导体开关的电导率的降低。
[0008]此外，开关设备被设计为，将电流施加到检查电路上，其中，检查电路包括第一半导体开关。采集和确定代表第一半导体开关上的电压或电压变化的第一值作为控制脉冲和施加的结果。根据第一值又导出和输出代表第一半导体开关功能正常的信号。
[0009]因此，通过关断第一半导体开关并且将电流施加到包括第一半导体开关的检查电路上，有利地实现了用于开关的功能检查，该功能检查不依赖于第一半导体开关实际上本身也建立截止电压。
[0010]特别有利的是，开关设备包括可控的第二半导体开关。在这种情况下，控制器可以被设计为利用控制脉冲驱动两个半导体开关，以便在短时间内关断负载电流。在此有利的是，开关设备包括放电网络，该放电网络与半导体开关并联地布置，并且对于短的关断时间段承担负载电流并且在此建立不太大的电压。
[0011]如果半导体开关分别包括并联的续流二极管并且反串联连接，则控制脉冲仅在两
个半导体开关中的一个半导体开关中引起电压建立。涉及到两个半导体开关中的哪一个取决于负载电流的电流方向。下面假定为第二半导体开关。然后在第一半导体开关中通过续流二极管限制电压建立。控制器可以被设计为，附加地确定代表第二半导体开关上的电压或电压变化的第二值作为控制脉冲的结果。根据两个确定的值来确定和输出代表两个半导体开关功能正常的信号。
[0012]根据本专利技术的开关设备和运行方法的其他有利的设计方案由从属权利要求得出。在此，独立权利要求的实施方式可以与其中一个从属权利要求的特征或者优选也与多个从属权利要求中的特征组合。因此，还可以附加地设置以下特征：
[0013]控制器可以被设计为，使用小于10μs、特别是小于5μs的时间段。从这些短的开关时间中得到对正在进行的运行的有利的非常小的影响。由此，通过存储在直流电网中的能量在例如放电网络的与半导体开关并联存在的电容上产生的电压建立保持为较小。特别是对于容性负载，由此在重新接通的情况下下较低地保持平衡电流。
[0014]控制器可以被设计为，利用控制脉冲引起一个或多个半导体开关的电导率降低，但不引起关断。虽然相应的驱动电路、例如栅极电路必须适合于此，但这有利地实现了更平缓的功能检查，相对于完全关断对电网运行具有更小的反作用。
[0015]替换地，控制器可以被设计为，利用控制脉冲完全关断一个或多个半导体开关，即(只要它们是功能正常的)将它们置于非导通状态中。由此得到相对于电导率降低的更明确的信号，并且控制触点的驱动不需要附加开销，因为本来就必须能够实现关断。
[0016]只要开关设备包括两个半导体开关，开关设备也可以具有用于每个半导体开关的检查电路。因为检查电路对于在关断时在很大程度上保持无电压的那个半导体开关的功能检查是必需的，所以这实现了与电流方向无关地对两个半导体开关进行功能检查。
[0017]检查电路可以包括电阻式分压器，第一或第二半导体开关与该电阻式分压器的电阻并联连接。由此能够实现将半导体开关的截止能力简单且直接地转换成代表值(电压)。
[0018]电阻式分压器的电阻可以有利地具有小于10kOhm、特别是小于5kOhm的电阻值。通过电阻的值和所施加的检查电压得到流经待检查的半导体开关的负载触点的电流。电流又调节如下速度，即如果存在截止能力，则以该速度在关断的半导体开关上建立电压。由此得出测量的速度。所述值有利地可以实现在时间窗中足够快速地测量，该时间窗规定了通过控制脉冲的关断并且根据设计方案仅为10μs或更小。
[0019]在根据本专利技术的用于直流电网的开关设备的运行方法中，该开关设备具有可控的第一半导体开关，该第一半导体开关具有控制触点和两个负载触点，第一半导体开关借助控制触点处的电控制信号来控制，并且此外，第一半导体开关利用控制脉冲来驱动，该控制脉冲在功能正常的半导体开关中在小于1ms的时间段内引起半导体开关的电导率的下降。将电流施加到检查电路上，其中，检查电路包括第一半导体开关。确定代表第一半导体开关上的电压或电压变化的第一值作为控制脉冲和电流的施加的结果，并且根据第一值确定和输出代表第一半导体开关功能正常的信号。
[0020]本专利技术的主要优点在于，实现了可靠地评估开关设备的功能性，尤其是在具有反串联连接的半导体开关的情况下。通过检查，可以早期地识别出故障，这些故障例如由老化、组件的自发失效或例如过高的温度或电压引起的过载导致。这防止了由于保护功能或开关功能的失效导致的后续故障或生产故障而造成的损坏，提高了连接到电网的电气设备
的可用性，并且还能够提高维护间隔之间的时间间隔。
[0021]在此，可以有利地在正在进行的运行中执行检查。因此，不需要为了检查开关设备而关断连接在其上的耗电器或每个耗电器。在此有利地，两个电流方向在一个检查间隔内出现并不重要。特别有利的是，即使在完全不存在负载电流的情况下也可以进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于直流电网(10)的开关设备(14)，具有：可控的第一半导体开关(151，155)以及用于所述第一半导体开关(151，155)的控制器(152)，所述第一半导体开关具有控制触点和两个负载触点，所述控制器被设计为，借助在所述控制触点处的电控制信号来控制所述第一半导体开关(151，155)，其中，所述控制器(152)被设计用于执行以下步骤：
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利用控制脉冲驱动所述第一半导体开关(151，155)，所述控制脉冲在功能正常的半导体开关(151，155)中在小于1ms的时间段内引起所述半导体开关(151，155)的电导率的下降，
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将电流施加到检查电路(41，42)上，所述检查电路包括所述第一半导体开关(151，155)，
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确定代表所述第一半导体开关(151，155)上的电压或电压变化的第一值作为所述控制脉冲和所述施加的结果，
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根据所述第一值确定并且输出代表所述第一半导体开关(151，155)功能正常的信号。2.根据权利要求1所述的开关设备(14)，其中，所述控制器(152)被设计为使用小于10μs的时间段。3.根据权利要求1或2所述的开关设备(14)，其中，所述控制器(152)被设计为，利用所述控制脉冲关断所述半导体开关(151，155)。4.根据前述权利要求中任一项所述的开关设备(14)，所述开关设备具有可控的第二半导体开关(151，155)，其中，所述控制器(152)被设计为，利用所述控制脉冲来驱动两个半导体开关(151，155)。5.根据权利要求4所述的开关设备(14)，其中，所述半导体开关(151，155)分别包括并联的续流二极管(153，156)并且反串联连接，其中，所述控制脉冲在所述第二半导体开关(151，155)中引起电压建立，而在所述第一半导体开关(151，155)中通过所述续流二极管(153，156)限制所述电压建立，其中，所述控制器(152)被设计用于附加地执行以下步骤：
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确定代表所述第二半导体开关(151，155)上的电压或电压变化的第二值作为所述控制脉冲的结果，
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根据所述值确定并且输出代表两个半导体开关(151，155)功能正常的信号。6.根据权利要求4或5所述的开关设备(14)，所述开关设...

【专利技术属性】
技术研发人员：K汉特，S汉塞尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：