[发明专利]DC功率开关组件和方法

说明书

一种DC功率开关组件(22)，包括多个串联连接的功率开关单元(21)。每个功率开关单元(21，45)包括该单元的第一端子(23)和该单元的第二端子(24)，这些端子具有相同的极性。功率开关子单元(46，47)被电耦合在单元的第一端子与第二端子之间，以控制第一端子与第二端子之间的电流流动。子单元(46，47)包括至少一个半导体器件(Q1，Q2)、限流器(L1，L2)和与限流器并联的一对串联连接的二极管(D1，D11，D2，D21)。串联连接的二极管和限流器连接到半导体器件的一个端子；并且电容器(C1，C2)连接到半导体器件的另一端子。

技术领域

本发明涉及DC功率开关组件，特别是用于海上平台或者船舶。

背景技术

在海上平台或者船舶、钻井平台、飞机、HVDC系统、风力发电网或者类似的DC系统中，很多设备被认为是关键的，并且监管要求规定了在发生故障时的电力可用性。因此，通常的做法是：将船舶或者钻井平台上的设备分隔成多个部分，并且以冗余方式为每个部分提供单独的电力，使得如果一个部分发生故障，则该故障不会转移到其他部分，并且不会丧失所有的运行能力。这种分隔已经通过以下方式来实现，使用多个部分之间的常开的母线联络(bus ties)来运行，并且仅在有限的情况下闭合那些母线联络以使得一侧能够从另一侧接收电力。但是，这样的母线联络仅适用于低压DC系统。对于高压系统，必须使用机械断路器。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种DC功率开关组件，包括多个串联连接的功率开关单元；每个功率开关单元包括：该单元的第一端子，该单元的第二端子，以及被电耦合在第一端子与第二端子之间以控制第一端子与第二端子之间的电流的功率开关子单元；其中第一端子和第二端子具有相同的极性；其中子单元包括：至少一个半导体器件、限流器和与限流器并联的一对串联连接的二极管，至少一个半导体器件在正常操作中导通并且在第一端子和第二端子中的一个端子处出现故障的情况下不再导通，其中串联连接的二极管和限流器被连接到半导体器件的一个端子；其中如果半导体器件不再导通，则串联连接的二极管允许电流继续，直到限流器放完电；并且其中电容器被连接到半导体器件的另一端子，以在半导体器件不再导通时阻断电压。

优选地，功率开关单元包括两个对称的功率开关子单元，每个单元在一侧被连接到功率开关单元的第一端子和第二端子中的一个端子，并且在另一侧被连接到另一子单元。

电容器可以与半导体器件串联连接，但是优选地，电容器被并联连接在半导体器件两端。

优选地，子单元中的一个或者每个还包括与电容器串联的电阻器。

这有助于限制系统振荡。

优选地，子单元中的一个或者每个还包括与电容器串联的阻尼电路。

这有助于限制系统振荡。

优选地，半导体器件包括二极管或者晶体管中的一种。

优选地，半导体器件包括绝缘栅双极晶体管。

优选地，限流器包括电感。

根据本发明的第二方面，一种DC供电系统，包括：第一DC配电母线部分，第二DC配电母线部分，以及根据第一方面的DC功率开关组件，其中该组件的第一端子被电耦合到配电母线的第一DC母线部分，并且第二端子被电耦合到配电母线的第二DC母线部分。

优选地，功率开关组件的一侧的电压大于或者等于1KV。

优选地，功率开关组件的一侧的电压在1KV至15KV的范围内。

根据本发明的第三方面，一种操作根据第一方面或者第二方面的DC功率开关组件的方法包括：在操作期间监测系统电压和电流；如果短路被检测到，则断开功率开关单元，以阻断来自系统的短路侧的电流；监测短路已经被清除的指示，闭合功率开关单元，以允许电流通过功率开关单元；以及继续监测系统的短路的指示。

附图说明