[发明专利]一种用于柔性直流输电的并联子模块

说明书

技术领域

本发明属于功率半导体元件的应用领域，如柔性直流输电，SVG等的大功 率电力电子整流和逆变装置，具体涉及一种用于柔性直流输电的并联子模块 结构。

背景技术

柔性直流输电是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术，其采用 最先进的电压源型换流器和全控器件，是常规直流输电技术的换代升级。相 比于交流输电和常规直流输电，在传输能量的同时，还能灵活地调节与之相 连的交流系统电压。具有可控性较好、运行方式灵活、适用场合多等显著优 点，因此柔性直流输电技术在孤岛供电、城市电网供电、分布式能源并网 等方面具有很高的应用价值。

随着柔性直流输电(VSC-HVDC)技术在电力系统中的逐步应用，其核心部 件——大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)阀的可靠性成为电力系统安全的 关键因素之一。由于VSC—HVDC装置普遍具有高电压、强电流、大容量的特 点，导致在试验环境中很难构建与实际运行工况相同的全载电路进行试验。 因此，如何在试验环境中构建等效的试验电路，进行与实际运行工况强度相 当的试验成为解决问题的关键。

随着电力系统柔性直流输电技术的发展，系统容量显得愈发的重要，功 率子模块的容量受制于IGBT容量本身的限制。在容量需求不断增加的情况下， 传统的扩容方案是通过增加功率子模块的串联数量提高输出电压的方式来进 行扩容，但是其会带来模块数量大大增加、控制系统设计复杂、成本大幅度 增加的问题；而采用子模块并联的方案进行扩容则会带来成本高、体积庞大、 控制复杂的问题。现在采用IGBT并联技术进行扩容，则可以在不增加子模块 数量的情况下扩大系统容量，能够大大的增加功率子模块的功率密度，其控 制系统简单、成本较低，能够有效的降低柔性直流输电系统整体造价和体积。 并联子模块的电气结构如图3所示，由图可知，该并联子模块包括电容C、S1～ S4四个IGBT模块、晶闸管T和旁路开关K所构成的主回路，每个IGBT器件反并 联一个二极管组成一个IGBT模块，S1和S2的并联支路与S3和S4的并联支路串 联，且S3和S4的并联支路又与晶闸管T和旁路开关K依次并联。

中国专利申请号200920131707.0公开了一种IGBT功率模块，提供了一种 IGBT功率模块的布局结构，该结构中将IGBT散热器固定在底架上，IGBT模 块布置在IGBT散热器上侧，直流滤波电解电容紧邻IGBT散热器的进风口固定 在底架上，这种布局主要在于改善电容的散热条件，减小电容与IGBT模块直 流端之间的杂散电感，但是采用这种电路存在如下问题：现有的子模块各元 件分散布置，不便于现场安装调试，同时在发生故障时检修不便，增加了系 统的维护成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于柔性直流输电的并联子模块，以解决现有 子模块结构布置散乱，系统不便于维护的问题。

本发明所提供用于柔性直流输电的并联子模块的技术方案如下：一种用 于柔性直流输电的并联子模块，包括电容、两个IGBT功率单元和两个主母排， 每个IGBT功率单元包括散热器、并联的两个以上的IGBT模块及其控制回路， 所述散热器为板状散热器，所述各功率单元上的IGBT模块并列安装于相应板 状散热器的一个板面上，控制回路对应安装在板状散热器的另一个板面上， 所述每个IGBT功率单元还包括复合母排，复合母排与相应IGBT模块的远离 板状散热器的表面贴设连接，所述复合母排上设置有用于与主母排对应连接 的出线端和用于与电容连接的电容连接端、与对应IGBT模块的端子分别对应 连接的连接端子；两主母排分别通过两个复合母排上设置的出线端与对应的 IGBT功率单元连接，所述电容通过复合母排上设置的电容连接端与对应的 IGBT功率单元连接。