[发明专利]基于半导体模块的固态开关及半导体模块利用率提升方法

权利要求书

1.一种基于半导体模块的固态开关，其特征在于，所述固态开关包括半导体模块1、半导体模块2、避雷器MOV1、避雷器MOV2和避雷器MOV3；

所述半导体模块1包括二极管D1、二极管D3、全控器件S1和全控器件S3，所述二极管D1并联设置于所述全控器件S1的两端，所述二极管D3并联设置于所述全控器件S3的两端；

所述半导体模块2包括二极管D2、二极管D4、全控器件S2和全控器件S4，所述二极管D2并联设置于所述全控器件S2的两端，所述二极管D4并联设置于所述全控器件S4的两端；

所述全控器件S1和所述全控器件S2串联构成所述固态开关的主通流支路，用于实现主支路两侧的系统中的电流流通；

所述全控器件S3、所述全控器件S4和所述避雷器MOV1串联构成所述固态开关的能量吸收支路，用于吸收系统故障时的故障电流及能量；

所述避雷器MOV2和所述避雷器MOV3为所述固态开关的承压模块，用于承受器件开断的部分电压，降低所述避雷器MOV1承受的静态电压；

所述固态开关，其部件连接关系为：

所述全控器件S1的第一端、所述二极管D1的阳极、所述全控器件S2的第一端以及所述二极管D2的阳极连接到一起；

所述全控器件S1的第二端、所述二极管D1的阴极、所述全控器件S3的第一端、所述二极管D3的阳极以及所述避雷器MOV2的第一端连接到一起作为所述固态开关的输入端；

所述全控器件S3的第二端、所述二极管D3的阴极以及所述避雷器MOV2的第二端连接至所述避雷器MOV1的第一端；

所述全控器件S2的第二端、所述二极管D2的阴极、所述全控器件S4的第一端、所述二极管D4的阳极以及所述避雷器MOV3的第一端连接到一起作为所述固态开关的输出端；

所述全控器件S4的第二端、所述二极管D4的阴极以及所述避雷器MOV3的第二端连接至所述避雷器MOV1的第二端。

2.根据权利要求1所述的基于半导体模块的固态开关，其特征在于，所述半导体模块1为单个模块组成的单向电路，或者由两个模块组成的双向电路，或者由多个模块串联组成的电路；

所述半导体模块2为单个模块组成的单向电路，或者由两个模块组成的双向电路，或者由多个模块串联组成的电路。

3.根据权利要求2所述的基于半导体模块的固态开关，其特征在于，所述半导体模块1为IGBT模块、IGCT模块、MOSFET模块、SiC模块、或者GaN模块中的一种；

所述半导体模块2为IGBT模块、IGCT模块、MOSFET模块、SiC模块、或者GaN模块中的一种。

4.一种固态开关的半导体模块利用率提升方法，其特征在于，基于权利要求1-3任一项所述的基于半导体模块的固态开关，所述半导体模块利用率提升方法为：

根据系统最大故障电流、系统电感以及避雷器MOV1的钳位电压，计算避雷器MOV1的吸收能量，根据避雷器MOV1的静态额定电压和系统电压，计算避雷器MOV2和避雷器MOV3的承受电压；

基于所述避雷器MOV1的吸收能量以及所述避雷器MOV2和避雷器MOV3的承受电压，进行避雷器MOV1、避雷器MOV2和避雷器MOV3的配置；

基于配置好的固态开关，实现系统电网稳态和短路故障暂态的双向开断控制。

5.根据权利要求4所述的固态开关的半导体模块利用率提升方法，其特征在于，所述避雷器MOV1的吸收能量，其表示为：

其中，为避雷器MOV1的吸收能量，为系统最大故障电流，为系统电感，为避雷器MOV1的钳位电压。

6.根据权利要求4所述的固态开关的半导体模块利用率提升方法，其特征在于，所述避雷器MOV2和避雷器MOV3的承受电压，其表示为：

其中，为避雷器MOV2或避雷器MOV3的承受电压，为系统电压，为避雷器MOV1的静态额定电压。

7.根据权利要求4所述的固态开关的半导体模块利用率提升方法，其特征在于，所述系统电网稳态和短路故障暂态的双向开断控制，其方法为：

系统电网稳态时，主通流支路的全控器件S1和全控器件S2处于导通状态，正常导通系统电流，固态开关对系统不产生影响；

若系统右侧发生短路故障，导通能量吸收支路的全控器件S4，并关断主通流支路的全控器件S1，当全控器件S1关断，故障电流流过避雷器MOV1，并触发避雷器MOV1迅速进入钳位吸能状态，故障电流由避雷器MOV1进行吸能，故障电流逐步降低至0，避雷器MOV1的电压逐渐回归稳态，当故障电流下降到0后，关断导通能量吸收支路的全控器件S4，避雷器MOV3接入系统，避雷器MOV1与避雷器MOV3共同承受系统电压；

若系统左侧发生短路故障，导通能量吸收支路的全控器件S3，并关断主通流支路的全控器件S2，当全控器件S2关断，故障电流流过避雷器MOV1，并触发避雷器MOV1迅速进入钳位吸能状态，故障电流由避雷器MOV1进行吸能，故障电流逐步降低至0，避雷器MOV1的电压逐渐回归稳态，当故障电流下降到0后，关断导通能量吸收支路的全控器件S3，避雷器MOV2接入系统，避雷器MOV1与避雷器MOV2共同承受系统电压。