[发明专利]高压固体开关

说明书

技术领域

本发明涉及电力设备领域，具体而言，涉及一种高压固体开关。

背景技术

随着电力电子器件和相关技术的蓬勃发展，越来越多的高压设备可以通过电力电子器件和电力电子技术实现控制和电能变换。但是单个电力电子器件耐压水平十分有限，应用于高电压等级的场合时，需通过多个串联的方式承受较高电压。典型的应用如高压直流输电领域中的换流阀、脉冲功率技术中的高压固体开关等，都需要很多级电力电子器件的串联和并联使用。下面以高压固体开关为例进行简要说明。高压固体开关通常采用多级功率金属氧化层半导体场效晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET）或绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transisto，简称IGBT）或晶闸管（Silicon Controlled Rectifier，简称SCR）等电力电子器件串串并联而成，其难点包括驱动供能、驱动同步触发、级间绝缘以及静动态均压的设计。因此设计良好的驱动电路电能供给、驱动电路同步触发、各级串联驱动电路的相互绝缘以及串联电力电子器件间的静动态均压是保障高压固体开关稳定安全工作的前提。

现有高压固体开关触发控制方式主要包括电磁触发控制和光纤触发控制两种。电磁触发方式核心器件是脉冲变压器，是基于电磁耦合原理，将低电位的触发信号经过脉冲变压器隔离后传送到高电位晶闸管门级，实现多路同步触发；光纤触发核心器件是光纤线、光电发生器和接收器，是基于光电转化和光纤通信原理，触发信号通过光纤传送到高压侧，经处理后驱动各个电力电子器件的门极，实现多路同步触发。所述的触发控制都需要解决低压控制信号与高压电磁环境下的电气绝缘设计和布局问题。常规的做法主要是沿着高压侧电势降低的方向垂直向下布置各级电力电子器件及其辅助电路。无论是电磁触发控制方式，还是光纤触发控制方式都会存在布线复杂、价格昂贵、设计繁琐、设备体积大、性能低下等明显的缺点，这些缺点严重制约着高压设备的使用和推广以及集成等方面。具体而言：

（1）布线复杂、设计繁琐。单级电力电子器件的控制模块需要与外部连接控制线以及能量控制线，由于一般级数较多，布线变得复杂，整体设计显得繁琐。

（2）价格昂贵、体积庞大。由于需要为各级考虑绝缘的问题，垂直布置时往往存在着反复考虑的问题，使得较低电压处的绝缘反复设计，整个设备的体积庞大，绝缘成本等大幅上升。

（3）性能低下。高压电力电子设备工作时是需要多级串联的电力电子器件同步通断的，而体积庞大、间距较远的布局设计不利于实现同步，导致整个性能下降。

针对相关技术中电力电子器件的布局结构所存在的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高压固体开关，该高压固体开关也称开关设备，以解决现有技术中电力电子器件的布局结构所存在的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种高压固体开关，包括：绝缘筒；单层电路板，单层电路板的数量为多个，多个单层电路板层叠式布置在绝缘筒内，每个单层电路均用于布置电力电子器件和电力电子器件的辅助电路；以及电极，用于连接多个单层电路板和均匀电场。

进一步地，高压固体开关还包括：底座，与绝缘筒相连接；以及均压环，套设在绝缘筒上。

进一步地，单层电路板为圆形电路板，单层电路板包括：中心走线孔，设置在单层电路板的圆心处；第一安装孔，第一安装孔的数量为多个，多个第一安装孔均匀设置单层电路板上，用于安装电力电子器件；以及第二安装孔，第二安装孔的数量为多个，多个第二安装孔均匀设置单层电路板上，用于安装电力电子器件的辅助电路，绝缘筒具有与中心走线孔相配合的中轴空心杆。

进一步地，电极包括：出线电极；以及均压电极，均压电极为环形，单层电路板还包括：电极连接孔，用于安装出线电极；以及绝缘气隙，其中，绝缘气隙第一侧的承载电压大于或等于单层电路板的任一电压，绝缘气隙第二侧的承载电压小于或等于单层电路板的任一电压，并且绝缘气隙的承载电压大于第一承载电压和第二承载电压的差值，第一侧和第二侧为绝缘气隙的相对两侧，第一承载电压为第一侧的承载电压，第二承载电压为第二侧的承载电压。

进一步地，中轴空心杆与绝缘筒的外壁为一体结构。

进一步地，电力电子器件和电力电子器件的辅助电路构成多级电路，其中，第一距离大于或等于电力电子器件的孔距，第一距离为相邻级电路的多个第二安装孔中任意两个相邻安装孔之间的距离。