[发明专利]半导体切换电路

说明书

一种供HVDC功率转换器中使用的半导体切换电路(10)包括：主要电流支路(12)，包含主要半导体切换元件(16)，并且电流在主要半导体切换元件(16)接通时流经该主要半导体切换元件(16)；辅助电流支路(14)，与主要电流支路(12)并联或者反并联连接，辅助电流支路(14)包含辅助电路(18)，辅助电路(18)包含多个有源辅助半导体切换元件(22)，其被连接以形成有源切换桥，辅助电流支路(14)还包含能量存储装置(24)和/或阻抗装置(20)，有源切换桥具有在操作上与其连接的控制单元(26)，控制单元(26)配置成切换有源切换桥以便将辅助电路(18)连接到具有主要电流支路(12)的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由辅助电流支路(14)的备选电流通路，由此流经主要电流支路(12)的电流转向成流经备选电流通路，以调节流经主要半导体切换元件(16)的电流和跨主要半导体切换元件(16)出现的电压中的一个或多个，其中控制单元(26)配置成切换有源切换桥以布置备选电流通路有选择地经过能量存储装置(24)和/或阻抗装置(20)。

本发明涉及供在HVDC功率转换器中使用的半导体切换电路。

在输电网中，交流(AC)功率通常转换成直流(DC)功率用于经由高架线和/或海底电缆的传输。这个转换消除对于补偿由传输线路或电缆所强加的AC电容负载效应的需要，并且降低每公里线路和/或电缆的成本，并且因而在功率需要通过长距离传送时变为成本有效的。

HVDC功率转换器用来将AC功率转换成DC功率。半导体切换元件、例如晶闸管是HVDC功率转换器的关键组件，并且充当可控整流器，其用来将AC功率转换成DC功率并且反之亦然。

按照本发明的方面，提供一种供在HVDC功率转换器中使用的半导体切换电路，包括：

主要电流支路，包含主要半导体切换元件，并且电流在主要半导体切换元件接通时流经该主要半导体切换元件；

辅助电流支路，与主要电流支路并联或者反并联连接，辅助电流支路包含辅助电路，辅助电路包含多个有源辅助半导体切换元件，其被连接以形成有源切换桥，辅助电流支路还包含能量存储装置和/或阻抗装置，有源切换桥具有在操作上与其连接的控制单元，控制单元配置成切换有源切换桥以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由辅助电流支路的备选电流通路，由此流经主要电流支路的电流转向成流经备选电流通路，以调节流经主要半导体切换元件的电流和跨主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个，其中控制单元配置成切换有源切换桥以布置备选电流通路有选择地经过能量存储装置和/或阻抗装置。

包含配置成创建经由辅助电流支路并且由此经由能量存储装置和/或阻抗装置的备选电流通路的控制单元允许按照本发明的半导体切换电路提供用于通过有选择地将辅助电路的能量存储装置和/或阻抗装置连接到主要半导体切换元件以修改流经主要半导体切换元件的电流和跨主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个来改进主要半导体切换元件的切换性能的一系列功能。

另外，控制单元用来将辅助电路切换出具有主要电流通路的电路的能力准许在不存在用于调节流经主要半导体切换元件的电流和跨主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个的需要时去除备选电流通路。这意味着，只有当需要辅助电路执行其功能时，才要求辅助电路保持连接到主要半导体切换元件。否则，如果辅助电路在它没有被要求这样做时保持连接到主要半导体切换元件，则在其期间辅助电路连接到主要半导体切换元件的时间中的所得到的增加将会要求辅助电路的每个组件的电气额定中的对应增加，因而导致具有更高损耗并且具有增加的尺寸和重量的辅助电路。

此外，提供有源切换桥以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此准许创建经由辅助电流支路的备选电流通路准许控制单元布置经过其备选电流通路经过辅助电流支路的路线，使得电流能够流经辅助电流支路中的各种路线。这是因为有源切换桥的结构准许其配置提供流经其中的电流的多于一个的路线。这又准许辅助电路组件的布置在保持其功能性的同时提供更紧凑和更廉价的辅助电路。