CN104205281B - 用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备 - Google Patents

Abstract

为了可靠和低成本地断开直流电网中的故障电流，其中在正常运行时同时产生小的损耗，提出了一种用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备(1)，所述设备具有：两个接线柱(2，3)，用于与所述极串联连接；在所述接线柱(2，3)之间延伸的主电流支路(4)，在所述主电流支路中布置了两个机械开关(6，7)；在所述接线柱(2，3)之间延伸的与主电流支路(4)并联连接的旁路电流支路(5)，在所述旁路电流支路中也布置了两个机械开关(8，9)和/或两个功率半导体(20，21)；中间支路(11)，其将主电流路径(4)的布置在机械开关(6，7)之间的中间支路电势点(10)、与旁路电流支路(5)的布置在机械开关(8，9)之间的中间支路电势点(12)互相连接，并且其具有功率开关单元(13)，所述功率开关单元具有由双极子模块(14)组成的串联电路，所述子模块分别带有至少一个功率半导体开关(22)和用于使在切换时释放的能量减少的部件(24)；和用于将直流电流换向到中间支路(11)中的换向部件(34)，从而总的直流电流经过中间支路(11)传导，其中换向部件(34)具有至少一个可控功率半导体(22，36)。

Description

用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备

技术领域

本发明涉及一种用于在直流电网支路的一个极中切换直流电流的设备。

背景技术

世界范围增加的能量需求和同时期望的二氧化碳排放降低使得所谓的可再生能源日益具有吸引力。可再生能量源例如是海边建造的风力发电设备或在光照充足的沙漠地区的光伏发电设备。为了能够经济地利用这样产生的能量，可再生能量源与大陆供电网的连接越来越重要。基于该背景，越来越多地讨论联网的直流电网的构造和运行。然而为此的前提条件是，在这样的联网的直流电网中可能出现的短路电流能够被快速和可靠地断开。然而为此需要迄今为止在市场上还不可得的直流电压开关。从现有技术中公知对于这样的直流电压开关的不同概念。

在WO2011/057675A1中描述了一种直流电压开关，其具有带有机械开关的运行电流路径和与运行电流路径并联连接的断开支路。在断开支路中布置了功率半导体开关的串联电路，所述功率半导体开关分别与一个续流二极管反向并联。由功率半导体开关和续流二极管组成的开关单元反向串联地布置，其中可断开功率半导体开关串联布置，并且对于每个功率半导体开关设置一个具有相反导通方向的相应的功率半导体开关。以这种方式可以中断在断开支路中的两个方向上的电流。在运行电流路径中除了机械开关之外还布置了与机械开关串联的电子辅助开关。在正常运行中电流经过运行电流路径并且由此经过电子辅助开关以及经过闭合的机械开关流动，因为断开支路的功率半导体开关对于直流电流是提高的电阻。为了中断例如短路电流，将电子辅助开关转换到其分离位置。由此在运行电流路径中的电阻增加，从而在断开支路中的直流电流换向。快速的机械断路开关由此可以被无电流地断开。经过断开支路传导的短路电流可以通过功率半导体开关被中断。为了吸收存储在直流电网中的、在切换时要减少的能量，设置了放电器，其与断开支路的功率半导体开关分别并联。

在DE69408811T2中描述了一种直流电压开关，其中两个机械开关串联连接。由两个机械开关形成的串联电路通过放电器以及电容器来保护以防高的过电压。可接通可断开功率半导体开关仅与一个机械开关并联。在机械开关断开时产生电弧。在电弧上降落的电压触发功率半导体开关，由此并联的断开的机械开关被短路。电弧熄灭。经过功率半导体开关传导的电流现在可以通过对功率半导体的相应的控制被中断。

在US5999388中描述了一种直流电压功率开关，其可串联地集成在直流电压线路中。其由可接通可断开功率半导体开关的串联电路组成，所述可接通可断开功率半导体开关分别并联连接一个反向续流二极管。此外与每个功率半导体开关并联连接一个用于限压的放电器，例如可变电阻。公知的直流电压开关是纯电子地实现的，由此与市场上通常的机械开关相比明显更快地切换。在几微秒内可以断开经过直流电压开关流动的短路电流。然而缺陷是，工作电流也必须经过功率半导体开关传导。由此产生高的传输损耗。

WO2011/141055公开了一种直流电压开关，其可以串联连接到高压直流电网的一个极中。所述直流电压开关由与功率半导体开关串联的机械开关组成，所述功率半导体开关又并联连接一个反向续流二极管。由线圈和电容器组成的串联电路、也就是LC支路以及放电器，与由功率半导体开关和机械开关组成的串联电路并联连接，所述放电器限制在LC支路上降落的电压。功率半导体开关也并联连接放电器。在机械开关断开之后，功率半导体开关以LC支路的固有频率接通和断开。由此在机械开关中产生振荡并且最后产生电流过零点，从而可以使产生的电弧熄灭。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种开头提到的设备，利用所述设备可以可靠并成本低地断开在直流电网中的故障电流，其中在正常运行中同时产生小的损耗。

本发明通过一种用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备来解决上述技术问题，所述设备具有：两个接线柱，用于与所述极串联连接；在接线柱之间延伸的主电流支路，在所述主电流支路中布置了两个机械开关；在接线柱之间延伸的与主电流支路并联连接的旁路电流支路，在所述旁路电流支路中也布置了两个机械开关和/或两个功率半导体；中间支路，其将主电流路径的在机械开关之间布置的中间支路电势点、与旁路电流支路的在机械开关之间或功率半导体之间布置的中间支路电势点互相连接，并且其具有功率开关单元，所述功率开关单元具有由双极子模块组成的串联电路，所述子模块分别带有至少一个功率半导体开关和用于使在切换时释放的能量减少的部件；用于将直流电流换向到中间支路中的换向部件，从而总的直流电流经过中间支路传导，其中换向部件具有至少一个可控功率半导体。

按照本发明提供所谓的H电路，其具有两个互相平行延伸的支路，即主电流支路以及旁路电流支路。两个平行的支路分别在两个接线柱之间延伸，其中每个所述支路具有两个机械开关。在主电流支路的机械开关之间的电势点与在旁路电流支路的两个机械开关之间或者功率半导体开关之间的电势点经过中间支路相连。在中间支路中布置了功率开关单元，其在其方面包括由双极子模块组成的串联电路。每个子模块具有至少一个可接通可断开功率半导体开关，也就是IGBT、IGCT、TGO等，功率半导体开关根据需要分别具有反向并联续流二极管。然而取而代之也可以采用具有反向导通能力的功率半导体开关。子模块的数量取决于各自的要求。在每种情况下，功率开关单元的子模块必须能够吸收施加的电压，并且还能够安全和足够快速地断开高的短路电流。存储在直流电网中并且在断开时释放的能量通过用于使切换能量减少的合适部件来减少。在此例如是非线性电阻，例如放电器、变阻器等。如果在其上降落的电压超过阈值电压，则该组件如欧姆电阻般表现，其中其将在切换时释放的能量转换为热能并且输出到外接环境中。合适的是，将用于使切换能量减少的部件集成到子模块中。与此不同地，非线性电阻分别与一个或更多个子模块并联连接。此外在本发明的范围内，子模块还可以具有储能器。在本发明的范围内，待切换的直流电流在正常运行时可以经过主电流支路单独传导。替换地，直流电流在正常运行时既经过主电流支路也经过旁路电流支路传导。在每种情况下H电路允许直流电流换向到中间支路中，使得其独立于直流电流的方向，总是仅在一个方向上经过中间支路传导。功率开关单元的功率半导体由此原则上必须构造为仅用于切换在一个方向上的电流。然而在可能的电网波动时可能必须考虑中间支路中的反向电流。

此外，按照本发明还设置了换向部件，其具有至少一个可控功率半导体。在本发明的范围内，换向部件使得能够进行待切换的直流电流至少从主电流支路的一个片段到中间支路中的主动换向。为此借助控制信号控制换向部件的功率半导体，使得在主电流支路的和可能在旁路电流支路的所述片段中的电阻提高或产生经过所述片段传导的回路电流，其与待切换的直流电流叠加为大约零。换向部件在直流电流换向到中间支路中时支持机械开关。

有利地，设置充电支路，其一方面与地电势或与直流电网的极相反极性的相反极相连，并且另一方面与中间支路相连或可以相连，其中充电支路具有欧姆电阻。充电支路既用于启动运行，又用于正常运行中设备的运行。如果充电支路例如连接到旁路电流支路的中间支路电势点，则主电流支路经过中间支路和充电支路与地电势或者与直流电网的相反极相连。由此在功率开关单元上施加例如功率开关单元的功率半导体开关的电子器件的运行可以采用的电压。如果子模块在中间支路中具有储能器，则其可以经过充电支路被充电，其中充电电流的高度由充电支路的欧姆电阻的设计确定。在本发明的范围内，充电支路或者不间断地与中间支路相连，或者其具有机械开关，利用所述机械开关可以建立并且还可以中断在充电支路和中间支路之间的连接。由于欧姆电阻才可以在无故障电网运行中不间断地提供在充电支路和中间支路之间的连接。在本发明的范围内，也不需要在断开短路电流之前将充电支路从中间支路分离。在本发明的范围内，电流流动在任何时候都受充电支路的欧姆电阻限制。

如果提供了功率开关单元，则短路电流例如可以通过按照本发明的设备断开。在正常运行中，直流电流经过具有其两个机械开关的主电流支路几乎无损耗地流动。这在按照本发明的设备的对称构造的情况下对于旁路电流支路也成立。在故障情况下主电流支路的布置在电流流动方向上在中间支路电势点之后的开关、和旁路电流支路的必要时布置在中间支路电势点之前的机械开关断开。当不采取进一步措施时，由于开关的触点的分离而产生电弧。在理想情况下换向部件完全抑制电弧的产生。通过断开开关，电流从主电流支路换向到中间支路中和旁路电流支路的下部。然后功率开关单元的功率半导体开关可以断开短路电流。在此释放的能量通过用于使在切换时释放的能量减少的部件减少。最后按照本发明的设备的其余的机械开关也断开。短路电流被断开，中间支路与导线电分离。

充电支路的电阻被构造为高阻，使得其至少可以暂时在出现的满直流电压上运行，并且同时被构造为低阻，使得可以流过对储能器预充电并且使充电持久保持所需的充电电流。为了对功率开关单元的储能器充电，几千伏的电压降足够了。充电支路的电阻由此可以被构造为非常高阻。欧姆电阻的最大损耗功率和组件大小由此是相对小的。

合适地，充电支路与旁路电流支路的中间支路电势点相连或可以相连。按照本发明的该有利构造，充电电流从主电流支路经过整个中间支路流动。当主电流支路的在电流流动方向上的第一个机械开关处于其闭合位置时，所有布置在中间支路中的储能器由此可以被充电。

合适地，充电支路具有与欧姆电阻串联的机械开关，其被构造为用于将充电支路与中间支路相连。如已经解释的，机械开关由于欧姆电阻而可以是相对慢的机械开关。开关例如是简单的断路器，其几乎无电流地断开。通过开关将充电支路的电阻热卸载，所述电阻也可以称为预充电电阻。

有利地，功率开关单元的子模块至少部分地分别具有一个可接通可断开功率半导体开关和与之反向并联连接的续流二极管。替换地，每个子模块还可以具有单个能够反向导通的功率半导体开关。作为功率半导体开关，例如考虑IGBT、IGCT、GTO等。通常功率半导体开关具有多个布置在壳体中的功率半导体开关芯片。例如接合线(Bonddraht)用于连接功率半导体开关芯片的负载接头。然而与此不同地，在本发明的范围内也可以采用压力接触的功率半导体开关，其中功率半导体开关芯片在负载接头侧经过压力接触互相连接。然而这样的功率半导体开关是专业人员公知的，从而对于其构造在此无需详细讨论。

子模块的可接通可断开功率半导体开关优选被构造为用于断开在一个方向上的电流。

然而，按照与此不同的扩展，功率开关单元的子模块由其功率半导体开关的分别具有相同地取向的导通方向的两个组形成，其中，一个组的功率半导体开关与另一个组的功率半导体开关相反地取向。按照该有利扩展，电流不仅可以经过断开支路在两个电流方向上流动，而且在两个方向上的电流可以安全地断开。如果例如由于电网波动，电流在第一方向上流动，则控制第一组的功率半导体开关，以便断开在所述第一方向上的电流。如果电流在相反的第二方向上流动，则使用第二组的功率半导体开关。

在本发明的优选构造中，功率开关单元的子模块至少部分地分别具有储能器和与储能器并联连接的由两个可接通可断开功率半导体开关组成的串联电路，所述功率半导体开关分别具有与之反向并联地布置的续流二极管，其中一个子模块接线柱与在可接通可断开功率半导体开关之间的电势点相连，并且另一个接线柱与储能器的一个极相连。这样的子模块拓扑也称为半桥。

当然在一个子模块中替代单个功率半导体开关，也可以采用同步控制的功率半导体开关的串联电路。串联电路的同步控制的功率半导体开关于是与单个功率半导体开关一样工作。此外这一点对于下面详细描述的子模块，也就是对于全桥电路或制动调节器电路也成立。

为了使存储在直流电网中的在切换时释放的能量减少，对功率开关单元的每个子模块设置例如以放电器和/或变阻器形式的至少一个非线性电阻。非线性电阻例如与整个子模块并联连接。

作为半桥构造的功率开关单元的子模块，仅可以在一个方向上断开电流。如果要断开在两个方向上的电流流动，则在此还需要形成两个组的子模块，其中一个组的子模块用于在第一方向上的电流的断开，并且另一个组的子模块用于在与第一方向相反的第二方向上的电流的断开。

然而，按照本发明的优选构造，功率开关单元的子模块至少部分地被构造为全桥电路，并且由此具有储能器和两个与储能器并联连接的串联电路，所述串联电路分别具有两个分别带有反向并联的续流二极管的可接通可断开功率半导体开关，其中第一接线柱与在第一串联电路的两个功率半导体开关之间的电势点相连，并且第二子模块接线柱与在第二串联电路的两个功率半导体开关之间的电势点相连。这样的全桥电路能够中断、换言之也就是断开在两个方向上的电流。

如已经解释的那样，功率开关单元的每个子模块合适地具有与单个可接通可断开功率半导体开关并联连接或者与子模块的储能器并联连接的放电器和/或变阻器。

有利地，功率开关单元的子模块具有由带有反向续流二极管的可接通可断开功率半导体开关和与续流二极管导通方向相同的二极管组成的串联电路，其中串联电路与储能器并联连接，并且第一子模块接线柱与在可接通可断开功率半导体开关和二极管之间的电势点相连，并且另一个子模块接线柱与储能器的一个极相连，并且可接通可断开功率半导体开关布置在子模块接线柱之间。这样的子模块可以称为仅具有一个可控功率半导体的半桥。全桥电路的相应构造在本发明的范围内同样可以是有利的。这样的全桥电路则具有两个可控的功率半导体开关。

与此不同地，功率开关单元的子模块至少部分地被构造为制动调节器模块。这样的制动调节器模块具有储能器，其与第一串联电路并联连接。第一串联电路由带有反向并联的续流二极管的可接通可断开功率半导体开关和与续流二极管相同地取向的二极管组成。此外设置了第二串联电路，其同样与储能器并联连接。第二串联电路由带有反向并联的续流二极管的可接通可断开功率半导体开关和另一个与续流二极管相同地取向的二极管组成。第二串联电路的二极管将欧姆电阻旁路。第一子模块接线柱与储能器的一个极相连，并且第二子模块接线柱与在第一串联电路的可断开功率半导体开关和二极管之间的电势点相连。这样的制动调节器模块可以将存储在电网中的、在切换时要减少的能量特别好地转换为热能并且引导到外部环境中。

按照优选构造，中间支路中的换向部件与功率开关单元串联地布置，并且被构造为用于产生经过主电流支路的至少一个机械开关流动的回路电流，其与待切换的直流电流相反。可以在中间支路的左边和右边的两个网孔中产生这样的回路电流，其中每个网孔由中间支路、主电流路径的一个片段和旁路电流路径的一个片段构成。在一个网孔中其与主电流支路中的待切换的直流电流相反。理想地两个电流相加为零，从而然后在主电流支路的所述片段中的机械开关可以无电流地断开。然而在另一个网孔中，回路电流和主电流支路中的待断开的直流电流在相同的方向上流动并且由此放大。在按照本发明的设备的对称构造中，相应的情况对于旁路电流支路也成立，从而在旁路电流支路中机械开关也无电流地断开。由此两个无电流地断开的开关在旁路电流支路和主电流支路中布置在直流电流的方向上在各自的中间支路电势点之后。在主电流支路的至少一个机械开关断开，并且待切换的直流电流经过旁路电流支路的流动被同样断开的机械开关或者二极管阻止时，外部电流、也就是在按照本发明的直流电压开关外部流动的电流才能受影响。在此换向部件被构造为其在所需的时间窗中在所述网孔中产生高的反向电压，从而抑制主电流支路中的电流流动，并且布置在直流电流的流动方向上在主电流支路的中间支路电势点之后的机械开关可以无电流地断开。

合适地，换向部件具有布置在主电流支路中的电流传感器。电流传感器与按照本发明的设备的控制或调节单元相连。电流传感器采集经过主电流支路流动的电流并且针对调节单元提供电流测量值。调节单元根据违反标准(Eingriffkriterium)的出现来检查接收到的电流测量值。这样的违反标准例如是太大的电流增加、di/dt，或者当测量的电流值在预定的时间窗内超过电流阈值时于是违反标准出现。然而原则上在本发明的范围内，与保护设备的其他测量值等的任意结合或其他标准都是可以的。如果出现这样的违反标准，则电流被换向到中间支路中并且机械开关断开。一旦机械开关能够吸收电压，则现在经过中间支路流动的电流被限制或被断开。如果电流在中间支路中仅被限制但是没有被断开，则仅功率开关单元的几个子模块被断开。如果非线性电阻如放电器与断开的子模块并联连接，则非线性电阻发挥其在其中的作用，也就是使中间支路的电阻增加。经过中间支路流动的电流由此被限制。如果该限制例如在快速消除故障之后变得多余，则可以使主电流支路的机械开关再次闭合，从而电流又几乎无损耗地经过主电流支路和必要时经过旁路电流支路流动。

在与此相关合适的扩展中，充电支路与在功率开关单元和换向部件之间的电势点相连。充电支路在换向部件和功率开关单元之间的这样的连接，使得可以为了对换向部件的储能器充电，将旁路电流支路的部件也用于充电电流。当换向部件具有作为所谓的半桥构造的子模块时，于是这一点特别有利。

按照本发明的优选构造，换向部件由双极子模块的串联电路组成，其中每个子模块具有储能器和与储能器并联连接的功率半导体开关。借助功率半导体电路可以调节双极子模块的在子模块接线柱上降落的电压。在子模块接线柱上施加在储能器上降落的电压或者零电压、也就是没有电压。由此由于该串联电路，在换向部件的子模块的整个串联电路上降落的电压可以逐级地调节，其中级的高度对应于在子模块的储能器上降落的电压。在所述网孔中通过换向部件产生的电压越高，由该电压驱动的回路电流越高。

如已经结合功率开关单元的子模块所描述的，换向部件的功率半导体电路的构造可以是半桥电路或者全桥电路。如果功率半导体电路是半桥电路，则仅设置分别具有反向并联续流二极管的两个可断开功率半导体开关的一个串联电路，其中第一子模块接线柱与在可接通可断开功率半导体开关之间的电势点相连，并且另一个子模块接线柱与储能器的一个极相连。作为半桥电路构造的换向部件的子模块必须这样取向，使得可以在运行电流路径中产生具有期望的极性的反向电压。于是换向部件的半桥电路通常与功率开关单元的子模块的半桥电路相反地取向。

与此不同地，换向部件的子模块的功率半导体电路与储能器一起作为全桥电路构造，其中，如前面已经描述的，设置了两个串联电路。两个串联电路与储能器并联连接，并且分别具有两个分别带有反向并联续流二极管的可接通可断开功率半导体开关。替代具有续流二极管的功率半导体开关，还可以采用能够反向导通的功率半导体开关。在两个功率半导体开关之间的电势点分别与一个子模块接线柱相连，从而在子模块接线柱上可以产生在储能器上降落的电压、零电压或反向的储能器电压。全桥电路由此可以产生具有不同极性的电压。这在应当针对在两个方向上的电流产生反向的电压时是特别有利的。

例如设置电容器，作为换向部件以及功率开关单元的子模块的储能器。

按照与此不同的本发明的构造，换向部件被构造为换向半导体开关，其布置在主电流支路中。换向半导体开关如其他功率半导体开关一样是可接通可断开的并且根据需要具有反向并联续流二极管。替代功率半导体电路和续流二极管的并联电路，也可以采用能够反向导通的功率半导体开关。为了使在切换时释放的能量减少，功率半导体开关可以并联连接放电器、变阻器或其他非线性电阻。储能器例如电容器等也可以被用于减少能量。在此换向半导体开关布置在中间支路的电势点、也就是主电流支路的中间支路电势点和主电流支路的一个机械开关之间。由此设置具有反向并联续流二极管的两个换向半导体开关和在需要时作为用于使在切换时释放的能量减少的部件的放电器。然而非线性电路并非总是强制需要的，在本发明的范围内可以根据需要取消。为了使经过主电流支路流动的电流换向到中间支路中，将布置在直流电流流动的方向上在中间支路电势点之后的换向开关转换到其断开位置，在所述断开位置，经过换向开关的电流流动被断开。如果在主电流支路上的电阻太大，则直流电流换向到中间支路中，并且可以在那里在机械开关断开之后有针对性地被断开。与对换向半导体开关的控制同时，也将布置在电流流动方向上在换向半导体开关之后的机械开关断开。选择换向半导体开关的导通方向，使得从中间支路电势点向各自的相关联的机械开关流动的电流可以由换向半导体开关断开。为了能够断开两个电流方向，按照该实施例两个换向半导体开关互相相反地取向。

如果旁路电流支路不具有换向半导体开关，则在正常运行中机械开关断开，因为否则电流流动由于主电流支路中提高的电阻而经过旁路电流支路流动。旁路电流支路由此必须具有快速闭合的机械开关，以保证中间支路中的换向。

按照本发明的优选构造，由此旁路电流支路同样具有两个换向半导体开关，其与主电流支路的换向开关一样布置和取向。在正常运行时电流由此可以既经过主电流支路也经过旁路电流支路流动。为了中间支路中电流的换向，由此一次将主电流支路中布置在主电流支路的中间支路电势点之后的换向开关，以及布置在电流方向上在旁路电流支路的中间支路电势点之前的换向开关转换到其各自的分离位置。

替代两个机械开关，旁路电流支路也可以具有功率半导体，其中中间支路电势点布置在所述功率半导体之间。所述功率半导体具有相反地取向的导通方向并且例如被构造为二极管或晶闸管。其在正常运行中阻止电流流动经过旁路电流支路。

合适地，主电流支路的机械开关被构造为快速开关并且被构造为在1ms至10ms内断开。然而旁路电流支路的机械开关例如是相对慢的机械开关，其在10ms至60ms的时间范围内断开。这样的快速开关具有在切换时必须移动的小的切换质量(Schaltmasse)。此外需要进行快速响应驱动，例如电动力学驱动。目前市场上常见的功率半导体开关通常在10ms至50ms的数量级内断开。这样的市场上常见的开关例如布置在旁路电流支路中。其在故障出现之前被断开，其中待切换的直流电流的方向是已知的。当然还已知在几毫秒内断开的机械开关。

按照本发明的另一个变形方案，合适的是，按照本发明的设备同样模块化地被采用并且由此作为双极或二极组件应用于串联电路中。

最后要指出，可接通可断开功率半导体开关在此虽然总是分别结合一个反向并联续流二极管或作为能够反向导通的功率半导体公开，然而这一点首先多亏了可断开功率半导体诸如IGBT、IGCT、GTO等通常总是与反向并联续流二极管一起在市场上出售。这样的反向续流二极管用于功率半导体开关的保护，功率半导体开关相对于与其导通方向相反的电压极其敏感。然而所述续流二极管不是在所有此处示出的情况中都强制需要。这些情况对于专业人员是清楚明显的，从而对此不详细指出。然而其中与功率半导体开关反向并联地布置的续流二极管由于功能限制而可以取消的本发明的实现应当包含在保护范围内。

附图说明

本发明的其他合适的构造和优点是以下参考附图对本发明的实施例的描述的内容，其中相同的附图标记表示相同作用的部件并且其中：

图1示出了按照本发明的设备的第一实施例，

图2和3示出了处于不同的状态的按照图1的实施例，以逐步地解释按照图1的设备的充电，

图4示出了按照本发明的设备的另一个实施例，

图5至8示出了在按照本发明的设备中采用的子模块的实施例，并且

图9至14示出了按照本发明的设备的其他实施例。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的设备1的实施例，其具有两个接线柱2和3，利用所述接线柱，设备1可以串联连接在直流电网的一个极、也就是一条导线中。设备1用于中断在直流电网的极中的电流流动并且由此可以被称为直流电压开关。

设备1具有主电流支路4以及旁路电流支路5。在图1中示出的实施例中两个电流路径平等，换言之具有大约相同的电阻。在接线柱2和3之间流动的直流电流由此既经过主电流支路4也经过旁路电流支路5流动。主电流支路4以及旁路电流支路5分别具有两个机械开关6、7、8和9。在主电流支路4的机械开关6和7之间形成中间支路电势点10。中间支路电势点10经过中间支路11与旁路电流支路5的中间支路电势点12相连。中间支路11具有功率开关单元13，其具有子模块14的串联电路，后面还要详细讨论其构造。在此已经提到的是，每个子模块14具有至少一个可接通可断开功率半导体开关，其导通方向从主电流支路4的中间支路电势点10至旁路电流支路5的中间支路电势点12取向。由此在该方向上经过功率开关单元13流动的电流可以通过功率开关单元13的可接通可断开功率半导体开关有针对性地断开。用于吸收在切换时释放的能量的部件、也就是例如非线性电阻诸如放电器或变阻器，用于吸收在此释放的切换能量。这些放电器或者如示出的是子模块的一部分或者与一个或更多个子模块并联连接。

此外，在图1中还可以看出换向部件34，后面同样还要详细讨论其构造。换向部件34在任何情况下具有图1中没有图示的至少一个可接通可断开功率半导体开关。在对功率半导体开关进行相应控制的情况下，换向部件34执行待断开的直流电流到中间支路11中的换向。

为了启动电子器件并且同样为了对功率开关单元13的储能器以及必要时换向部件的储能器充电，设置了充电支路15，其具有作为预充电电阻的欧姆电阻16和机械开关17，所述机械开关在此构造为断路开关。在图1所示的实施例中充电支路15与地电势相连。然而与此不同地，充电支路15与直流电网的相反极，即例如负极相连，而接线柱2和3与直流电网的正极相连。在这两种变形方案中，在对接线柱2施加极电压并且在机械开关6闭合的情况下在开关17闭合之后，存在如下可能性：截取在可接通可断开功率半导体开关上降落的电压用于功率半导体开关的电子器件的能量供应，并且由此使功率开关单元13准备就绪。此外存在如下可能性：布置在子模块14中的储能器受控地充电，其中充电电流的高度通过欧姆电阻16的大小确定。欧姆电阻被构造为，其至少可以暂时以在所述极和地电势或相反极之间降落的全电压运行。原则上开关17可以在电阻16的相应高的构造的情况下保持永久闭合。与此不同地，其可以用于在开关17断开时出现的、欧姆电阻16的卸载。

在图2和3中示出了对功率开关单元13的子模块14的储能器和必要时对换向部件34的未示出的子模块的储能器的充电。为此首先仅将机械开关6和17闭合。充电电流I现在从接线柱2经过开关6通过中间支路11和充电支路15流向地。首先对功率半导体开关的电子器件的能量缓冲器充电，然后对子模块14的高压储能器充电。如果功率开关单元13准备就绪，则将开关7闭合。主电流现在经过机械开关6和7流向接线柱3。然而经过中间支路11流动的充电电流保持像旁路电流支路5的开关8和9断开一样长的时间。

图4示出了按照本发明的设备1的另一个实施例，其尽可能相应于按照图1的实施例，然而其中开关8布置在接线柱2与在主电流支路4和旁路电流支路5之间的分支点18之间，开关9布置在分支点19和接线柱之间。在其在旁路电流支路中的位置上设置以二极管的形式的功率半导体20和21，其阻止电流从接线柱2或3经过旁路电流支路5直接流到充电支路15中，而不经过中间支路11传导。在接线柱2和3与分支点18或19之间的开关8和9原则上可以取消。然而其实现直流电网段的受控接入和单元与直流电网的电分离。

用于按照本发明的设备1的可能的子模块14的例子在图5、6、7和8中示出。在图5中示出的子模块14仅具有单个带有反向并联连接的续流二极管23的可接通可断开功率半导体开关22。这样的子模块14在按照图1至4的本发明的实施中仅可以用作为功率开关单元13的组成部分，但是不用作为换向部件34的组成部分，因为其在布置在中间支路11中的情况下必须具有储能器，以产生回路电流。放电器24与功率半导体开关23和续流二极管的并联电路并联连接，所述放电器吸收在切换时释放的切换能量。放电器24由此是用于吸收在切换时释放的能量的部件。替换单个可接通可断开功率半导体，在本发明的范围内也可以的是，串联电路同时采用可控的可接通可断开功率半导体，其中单个放电器与整个串联电路并联连接。

功率开关单元13中的子模块14的数量取决于功率半导体开关22的截止能力、在该情况中是IGBT的截止能力。其目前处于直至6.5kV的范围中。目前几乎仅作为点对点连接构造的高压直流电网中的电压通常处于300和500kV之间。800kV的传输线也是公知的。放电器24的大小被确定为，其总体上在施加运行电压的情况下截止，也就是不导通。然而如果在其上降落的电压超过最大电压，则其导通，从而受控的电流流动是可能的，其中放电器24发热并且电能作为热能被输出到外部环境中。串联连接的放电器24的数量对应于不导通的、也就是断开的子模块的数量。也就是如果子模块14未被转换到其断开位置，则受控的大小的电流流动可以经过放电器被确定。这例如用于电网段的受控连接。

图6示出了子模块14，其形成所谓的半桥。半桥由储能器25、这里为高压电容器、以及与储能器25并联连接的串联电路26组成。串联电路26具有两个互相串联连接的以IGBT形式的可接通可断开功率半导体开关22，其分别反向并联连接一个续流二极管23。第一接线柱27与在串联电路26的两个功率半导体开关22之间的电势点相连。第二接线柱28处于储能器25的一个极的电势。在接线柱27和28之间设置了旁路开关29，利用所述旁路开关可以在故障情况下将子模块14旁路。在单个子模块发生故障的情况下整个功率开关单元13保持能够工作。为了吸收高的短路电流，在子模块接线柱27和28之间布置二极管30。其在经过子模块14流动的电流大的情况下支持同样布置在子模块接线柱27和28之间的续流二极管23。替代二极管30，也可以采用晶闸管。然而在接线柱之间的旁路开关29和二极管30或晶闸管30并非总是强制需要。如果子模块14例如在功率开关单元13中用于断开经过中间支路11流动的电流，则二极管30或在二极管的位置上采用的晶闸管可以无替代地被取消。此外在本发明的范围内也可以采用具有所谓的“Conduct on Fail(故障时导通)”特性的压力接触的功率半导体，即其在故障情况下导通。这通常使得二极管30是没有必要的。最后指出，可以分别在两个单个功率半导体开关的位置上采用功率半导体开关的一个、也就是总体上两个串联电路。半桥此外也具有放电器24，其与储能器25并联连接。此外该放电器24也用于吸收在切换时释放的能量。在与图6不同的实施例中，放电器24布置在子模块接线柱27和28之间。然而，按照图6的半桥电路仅可以断开从第一子模块接线柱27向第二子模块接线柱28的方向的电流流动。在相反方向上电流无阻碍地并且不受控地经过续流二极管23和必要时经过短路二极管30流动。然而待断开的电流通过在本发明的范围中选择的半桥电路原则上仅在一个方向上经过中间支路11流动，从而切换电流的半桥作为中间支路11中的子模块14是特别优选的。在此要指出，为了切换或限制电流，在图6上部的功率半导体开关22，也就是不是布置在子模块接线柱28、29之间的功率半导体开关22，也可以取消。按照图6的串联电路26于是对应于按照图8的串联电路26。然而这样的半桥子模块14不适合于回路电流的产生，由此不适合于作为后面还要详细讨论的中间支路11中的换向部件34的组成部分。

图7示出了作为全桥电路实现的子模块14。按照图7的全桥电路也具有储能器25和带有反向并联的续流二极管23的两个IGBT 22的第一串联电路26。然而此外设置了第二串联电路31，其同样并联连接储能器25，并且同样具有分别带有反向并联续流二极管23的互相串联连接的两个IGBT 22。第一子模块接线柱27与在第一串联电路的IGBT 22之间的电势点相连，而第二子模块接线柱28与在第二串联电路31的IGBT 22之间的电势点相连。按照图6的半桥电路能够根据对IGBT 22的控制在子模块接线柱27和28上产生在电容器25上降落的电容器电压Uc或者电压零，也就是零电压。此外在子模块接线柱27和28上不仅可以产生在储能器25上降落的电容器电压Uc以及零电压，而且还可以产生反向电容器电压-Uc。由此全桥电路的子模块接线柱27、28可以极性不同。在此还要指出，在每个串联电路26和/或31中，IGBT 22中的一个，例如在图7中分别在上面示出的IGBT 22，可以无替代地取消。也就是说，具有总共两个或三个可接通可断开功率半导体22的这样的全桥子模块14作为功率开关单元13的部分适合于切换或限制中间支路11中的电流。然而利用这样的子模块14不能产生回路电流。具有两个或三个可接通可断开功率半导体开关22的全桥子模块14由此不适合于作为中间支路11中的换向部件34的部分，在后面还要详细讨论其构造。

图8示出了在此称为制动调节器模块的子模块14。制动调节器模块14也具有储能器25以及与储能器25并联连接的第一串联电路26。然而串联电路26仅具有一个带有反向并联续流二极管23的功率半导体开关22。另一个二极管32与功率半导体开关22、在此是IGBT串联连接，该二极管与第一串联电路26的续流二极管23相同地取向。此外又设置了第二串联电路31，其同样与储能器25并联连接，并且同样仅具有一个带有反向续流二极管23的IGBT 22，并且另一个二极管32与之串联。与第二串联电路31的二极管32并联地设置欧姆电阻33。第二串联电路31用于限制在储能器25上降落的电压。如果该电压太高，则IGBT 22接通，从而进行经过欧姆电阻33的电流流动以及储能器25的放电。第一子模块接线柱27与在第一串联电路26的二极管32和IGBT 22之间的电势点相连，而第二子模块接线柱28处于储能器25的极的电势。由于该接线，在子模块接线柱27和28之间的储能器电压的施加是不可能的。仅从子模块接线柱27至子模块接线柱28的电流流动可以被接通。储能器25主要用于IGBT的电子器件的能量供应。电容器也负责在切换时不产生电压尖峰，所述电压尖峰可能使半导体损坏。在此要指出，替代第二串联电路31，也可以采用放电器，其与储能器25并联连接。换言之，该制动调节器模块于是对应于在图6中示出的半桥电路，其中取消了没有布置在两个子模块接线柱27和28之间的IGBT 22。

在本发明的范围内，按照图7以及按照图8的子模块14都可以有利的是，在子模块接线柱27和28之间布置例如晶闸管的功率半导体开关或机械开关29，如结合图6中的半桥所示。机械开关29用于在需要时将子模块14旁路。

图9示出了按照本发明的设备1的另一个实施例，其尽可能对应于在图1中示出的实施例，然而其中更详细地示出了在中间支路11中与功率开关单元13串联布置的换向部件34。换向部件34同样由子模块14的串联电路组成，在图9中仅示出了所述子模块中的一个，然而其中通过中间支路11的虚线图示了这些相同的子模块14的串联电路。按照在图9中示出的实施例，换向部件34的子模块14作为按照图7的具有放电器24的全桥电路构造。换向部件34的子模块14被设置为，将两个互相相反的回路电流驱动到由主电流支路、旁路电流支路和中间支路形成的网孔中。在图9中示出的设备对称地构造。换言之，在正常运行中待断开的直流电流既经过主电流支路4也经过旁路电流支路5例如从接线柱2流向接线柱3。两个由换向部件34产生的回路电流中的每一个在机械开关中、在此是7和8中的一个中，与待接通的直流电流相反，从而在各个机械开关7和8中产生的电流大约为零。机械开关7和8由此无电流地断开。总电流换向到中间支路11，并且经过功率开关单元13以及机械开关6和9流向接线柱3。功率开关单元13的子模块14现在可以断开或限制直流电流。然后可以断开其余的机械开关6和9。

如上面已经描述的那样，通过换向部件34的子模块14，两个回路电流被驱动通过由中间、旁路电流和主电流支路形成的两个网孔。回路电流中的一个沿顺时针方向流动，而另一个回路电流沿逆时针方向经过各自的网孔流动。以这种方式，确保不取决于待断开的直流电流的方向，待接通的直流电流和回路电流中的一个总是在主电流支路的机械开关6、7中的一个中和旁路电流支路的一个机械开关8或9中叠加为大约零。在此，其中将产生的电流调节为大约零的开关被布置在中间支路的不同侧、也就是在待接通的直流电流的方向上在其各自的支路的中间支路电势点之前或之后。所述机械开关、例如7和8现在可以断开，从而电流经过功率开关单元13流动，其子模块14于是可以断开或限制电流流动。在图9中示出的换向部件34的子模块14同样具有放电器24，从而其也可以作为功率开关单元13的子模块工作。如果功率开关单元13的子模块14同样作为按照图7的全桥电路形成，则也可以说仅单个串联电路，其中仅子模块的控制通过未示出的控制和调节单元，来区分子模块14是作为换向部件34的部分还是作为功率开关单元13的部分工作。当然全桥子模块14也可以以时间移位的方式发挥两个作用。当然按照图7作为具有放电器24的全桥电路构造的换向部件34的子模块14也可以用于断开或限制电流。

在此指出，在本发明的范围内，功率开关单元13的子模块14不必总是相同地构造。因此例如子模块14的一部分可以按照图5，另一部分按照图6，另一部分按照图7，并且最后一部分按照图8构造。然而换向部件34的子模块14必须具有储能器25，利用所述储能器才可以实现网孔中回路电流的产生。此外子模块14必须能够在子模块接线柱27、28上产生在储能器25上降落的电压。

图10示出了按照图9的构造，然而其中换向部件34作为按照图6的半桥电路构造，然而其中不设置二极管30和旁路开关。在图10中换向部件34的多个子模块14也串联连接，其中在此该串联电路也通过虚线示出。与按照图9的全桥电路相比，按照图10的半桥电路仅可以在子模块接线柱27和28上产生一个电压极性。然而因为经过中间支路11的电流总是仅在一个方向上流动，所以该一个电压极性完全足以切换或限制在两个方向上的直流电流。此外从主电流支路4经过中间支路11至旁路电流支路5流动的电流不可以由换向部件34的子模块14断开，因为其经过在子模块接线柱27和28之间的续流二极管23流动。在电流换向到中间支路11之后，由此合适的可以是，将换向部件34的子模块14旁路的开关29闭合，所述开关在图9和10中未示出。如果功率开关单元13的子模块14同样具有半桥电路，则IGBT或与IGBT相对的换向部件34的子模块13具有相反的取向。在图10中示出的设备1的构造中，换向部件34产生反向地、也就是顺时针及逆时针地相互流动的回路电流，从而机械开关中的两个可以无电流地断开，并且电流换向到中间支路11中。由于与功率开关单元13的子模块14相比不同的、换向部件34的子模块14的功率半导体开关22的极性，充电支路15不再连接到旁路电流支路5的中间支路电势点，而是与在功率开关单元13和换向部件34之间的电势点相连。用于对换向部件34的子模块14的储能器25充电的充电电流于是从接线柱3经过开关9、经过换向部件34并且最后经过充电支路15流向地或相反极。

图11示出了本发明的另一个构造，其中不是单个设备，而是多个双极设备1互相串联连接。各个设备的工作方式对应于结合前面的附图解释的工作方式。设备1也可以按照另外示出的或本发明的上面描述的构造来构造。串联连接的设备1的数量完全是任意的。串联电路具有如下优点，即由其组成的用于断开电流的整个直流电压开关可以更好地改变尺度，并且可以更好地针对不同的电压水平构造。相对更小的设备可以低成本地生产和使用。在各个开关上降落的电压较小，从而机械开关的开关速度被加速。然而缺点是需要将各个设备同步。此外可以的是，如图1中已经表示的，对设备1装配以线圈或扼流圈形式的电感器。这样的线圈或扼流圈在按照图11的构造中也是可以的，其中扼流圈分布地布置到各个设备上。由此扼流圈也可以更容易改变尺度。

图12示出了按照本发明的设备1的另一个实施例，其中不再在中间支路11中布置换向部件34。而是在主电流支路4的中间支路电势点与主电流支路4的每个机械开关6和7之间布置分别具有反向并联续流二极管23的换向半导体开关36和37。放电器24与每个换向半导体开关36并联连接，由此也与每个续流二极管23并联连接，放电器24用作用于使在切换时释放的能量减少的部件。换向部件34由此包括换向半导体开关36、37、各自的续流二极管23以及各自的非线性电阻24。换向半导体开关36和37互相反向地取向，从而可以断开或限制在两个方向上的电流流动。与图1比较，换向半导体开关36或37支持机械开关6和7，以将电流换向到中间支路11中。例如如果电流在机械开关8断开的情况下从接线柱2经过主电流支路4到接线柱3流动，则为了断开电流，操作换向半导体开关37并且同时操作机械开关7。由于这样快速增加的电阻，电流流动换向到中间支路11中，从而功率开关单元13可以断开该电流流动。然后断开全部机械开关。

图13示出了按照本发明的设备1的另一个实施例，其尽可能对应于在图12中示出的实施例，然而其中在旁路电流支路5中也布置了两个以IGBT形式的换向半导体开关38和39。按照该有利扩展，在正常运行时所有机械开关6、7、8和9闭合。换向半导体开关36、37、38和39转换到其导通位置，从而电流可以从接线柱2既经过主电流支路4又经过旁路电流支路5流向接线柱3。为了断开电流，换向半导体开关37和38以及机械开关7和8同时转换到其分离位置或者说断开。电流于是从接线柱2仅还经过主电流支路4、机械开关6、续流二极管23流到中间支路11中，然后经过续流二极管23、闭合的机械开关9流向接线柱3。功率开关单元13现在可以断开电流。

图14示出了按照本发明的开关的另一个构造，其中相对于按照图13的实施例，旁路电流支路5的换向半导体开关38和39取消。取而代之，如按照根据图4的实施例，在旁路电流支路5中布置两个二极管20和21。二极管20和21阻止电流流动经过旁路电流支路5，而不事先经过中间支路11传导该电路流动。开关8和9支持二极管20和21，然而在二极管20和21的相应构造的情况下也可以取消。

Claims (22)

1.一种用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备(1)，具有

-两个接线柱(2，3)，用于与所述极串联连接，

-在所述接线柱(2，3)之间延伸的主电流支路(4)，在所述主电流支路中布置了两个机械开关(6，7)，

-在所述接线柱(2，3)之间延伸的与主电流支路(4)并联连接的旁路电流支路(5)，在所述旁路电流支路中也布置了两个机械开关(8，9)和/或两个功率半导体(20，21)，

-中间支路(11)，其将主电流支路(4)的布置在机械开关(6，7)之间的中间支路电势点(10)、与旁路电流支路(5)的布置在机械开关(8，9)之间或功率半导体(20，21)之间的中间支路电势点(12)互相连接，并且其具有功率开关单元(13)，所述功率开关单元具有由双极子模块(14)组成的串联电路，所述双极子模块分别带有至少一个功率半导体开关(22)并且带有用于使在切换时释放的能量减少的部件(24)，和

-用于将直流电流换向到中间支路(11)中的换向部件(34)，以便总的直流电流经过中间支路(11)传导，其中换向部件(34)具有至少一个换向半导体开关，其中，换向半导体开关是可控功率半导体。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，

其特征在于，

设置了充电支路(15)，其一方面与地电势或与直流电网的所述极相反极性的相反极相连，并且另一方面与所述中间支路(11)相连或能够相连，其中，所述充电支路(15)具有欧姆电阻(16)。

3.根据权利要求2所述的设备(1)，

其特征在于，

所述充电支路(15)与旁路电流支路(5)的中间支路电势点(12)相连或能够相连。

4.根据权利要求2或3所述的设备(1)，

其特征在于，

所述充电支路(15)具有与欧姆电阻(16)串联的机械开关(17)，其被构造为用于将该充电支路(15)与所述中间支路(11)相连。

5.根据权利要求1所述的设备(1)，

其特征在于，

所述功率开关单元(13)的子模块(14)至少部分地分别具有一个功率半导体开关(22)和与功率半导体开关(22)反向并联连接的续流二极管(23)，其中，功率半导体开关(22)是可接通可断开功率半导体开关。

6.根据权利要求1所述的设备(1)，

其特征在于，

所述功率开关单元(13)被构造为用于在仅一个方向上断开电流。

7.根据权利要求1所述的设备(1)，

其特征在于，

所述功率开关单元(13)的子模块(14)至少部分地分别具有储能器(25)和与该储能器(25)并联连接的由两个可接通可断开功率半导体开关(22)组成的串联电路(26)，所述可接通可断开功率半导体开关分别具有反向并联的续流二极管(23)，其中，一个子模块接线柱(27)与在可接通可断开功率半导体开关(22)之间的电势点相连，并且另一个子模块接线柱(28)与所述储能器(25)的一个极相连。

8.根据权利要求1所述的设备(1)，

其特征在于，

所述功率开关单元(13)的子模块(14)至少部分地具有储能器(25)和与该储能器(25)并联连接的第一串联电路(26)和第二串联电路(31)，所述第一串联电路和所述第二串联电路分别具有两个带有反向并联的续流二极管的可接通可断开功率半导体开关，其中，一个子模块接线柱(27)与在第一串联电路(26)的两个可接通可断开功率半导体开关(22)之间的电势点相连，并且另一个子模块接线柱(28)与在第二串联电路(31)的两个可接通可断开功率半导体开关(22)之间的电势点相连。

9.根据权利要求7或8所述的设备(1)，

其特征在于，

用于使在切换时释放的能量减少的所述部件是变阻器和/或放电器(24)。

10.根据权利要求9所述的设备(1)，

其特征在于，

所述变阻器和/或放电器至少部分地与储能器(25)并联连接。

11.根据权利要求1所述的设备(1)，

其特征在于，

所述功率开关单元(13)的子模块(14)至少部分地被构造为制动调节器模块并且具有储能器(25)，所述储能器与第一串联电路(26)和第二串联电路(31)并联连接，所述第一串联电路由带有反向并联的续流二极管(23)的可接通可断开功率半导体开关(22)和与续流二极管(23)相同地取向的二极管(32)组成，并且所述第二串联电路由带有反向并联的续流二极管(23)的可接通可断开功率半导体开关(22)和另一个与续流二极管(23)相同地取向的二极管(32)组成，其中第二串联电路(31)的二极管(32)将欧姆电阻(33)旁路，一个子模块接线柱(27)与储能器(25)的一个极相连，并且另一个子模块接线柱(28)与在第一串联电路(26)的可接通可断开功率半导体开关(22)和二极管(32)之间的电势点相连。

12.根据权利要求2所述的设备(1)，

其特征在于，

所述中间支路(11)中的换向部件(34)与功率开关单元(13)串联地布置，并且被构造为用于产生与待接通的直流电流相反的回路电流。

13.根据权利要求12所述的设备(1)，

其特征在于，

所述充电支路(15)与在功率开关单元(13)和换向部件(34)之间的电势点相连或能够相连。

14.根据权利要求12或13所述的设备(1)，

其特征在于，

所述换向部件(34)由双极子模块(14)的串联电路组成，其中每个双极子模块(14)具有储能器(25)和与储能器(25)并联的功率半导体电路(26，31)。

15.根据权利要求14所述的设备(1)，

其特征在于，

所述功率半导体电路由串联电路(26)组成，所述串联电路由分别具有反向并联续流二极管(23)的两个功率半导体开关(22)组成，其中一个子模块接线柱(27)与在功率半导体开关(22)之间的电势点相连，并且另一个子模块接线柱(28)与储能器(25)的一个极相连，其中，功率半导体开关是可断开功率半导体开关。

16.根据权利要求14所述的设备(1)，

其特征在于，

所述功率半导体电路由第一串联电路(26)和第二串联电路(31)组成，所述第一串联电路和所述第二串联电路分别由分别具有反向并联续流二极管(23)的两个可接通可断开功率半导体开关(22)组成，其中在第一串联电路(26)的可接通可断开功率半导体开关(22)之间的电势点与一个子模块接线柱(27)相连，并且在第二串联电路(31)的可接通可断开功率半导体开关(22)之间的电势点与另一个子模块接线柱(28)相连。

17.根据权利要求1所述的设备(1)，

其特征在于，

所述换向部件(34)布置在主电流支路(4)中并且具有换向半导体开关(36，37)，所述换向半导体开关与用于使在切换时释放的能量减少的部件(24)并联连接，其中每个换向半导体开关(36，37)布置在主电流支路(4)的中间支路电势点(10)和主电流支路(4)的机械开关(6，7)中的一个之间。

18.根据权利要求17所述的设备(1)，

其特征在于，

在主电流支路(4)的每个机械开关(6，7)和中间支路电势点(10)之间布置换向半导体开关，其中主电流支路(4)的两个换向半导体开关(36，37)互相反向地取向。

19.根据权利要求17或18所述的设备(1)，

其特征在于，

所述旁路电流支路(5)具有换向半导体开关(38，39)，并且与换向半导体开关(38，39)并联地设置用于使在切换时释放的能量减少的部件(24)。

20.根据权利要求19所述的设备(1)，

其特征在于，

在旁路电流支路(5)的每个机械开关(8，9)和旁路电流支路(5)的中间支路电势点(12)之间，或在旁路电流支路(5)的每个功率半导体(20，21)和旁路电流支路(5)的中间支路电势点(12)之间，分别布置换向半导体开关(38，39)，其中两个换向半导体开关(38，39)互相反向地取向。

21.根据权利要求1所述的设备(1)，

其特征在于，

主电流支路(4)的机械开关(6，7)是快速开关并且被构造为在1ms至10ms内断开，其中旁路电流支路(5)的机械开关(8，9)是相对慢的机械开关，其在10ms至50ms的时间范围内断开。

22.一种用于在直流电网的一个极中切换直流电流的装置，具有按照上述权利要求中任一项所述的设备(1)的串联电路。