[发明专利]IGBT功率单元及具有该功率单元的子模块

说明书

本发明涉及一种IGBT功率单元及具有该功率单元的子模块，IGBT功率单元包括IGBT模块、压装支架以及与IGBT模块电气连接的层叠母排，层叠母排设置在IGBT模块的周向至少一侧，IGBT模块的周向至少一侧沿垂直于压装方向向外并排叠设有至少两个层叠母排，其中靠近IGBT模块的层叠母排上设有避让位于外侧的层叠模块以实现外侧的层叠母排与IGBT模块电气连接的避让结构，保证每个层叠母排均具有宽度方向上的足够的面积实现与IGBT模块电气连接，即能够满足与对应的IGBT模块之间具有足够大的接触面积，保证电气连接的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种IGBT功率单元及具有该功率单元的子模块。

背景技术

柔性直流输电技术是一种以电压源变流器、可关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。与传统的基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术采用了全控型的电力电子器件IGBT，系统反应速度快，可控性较好，运行方式灵活，能够减少系统短路容量，提高电能质量。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，因此直流输电技术在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电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，大功率绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)阀作为柔性直流输电技术的核心部件，其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。

基于模块化多电平换流器(MMC)的VSC-HVDC，是利用 IGBT 阀进行直流输电的一种新技术。子模块(SM)是构成 MMC 的最小功率单元，它由IGBT组成的半桥或者H桥与电容器并联组成。若干个子模块串联构成一个MMC阀组件，它能够成比例体现MMC阀的电气特性，是进行MMC阀稳态运行试验的基本电气单元。子模块的电气拓扑结构如图10所示，由图可知，该子模块包括电容、四个IGBT、晶闸管和旁路开关及均压电阻所构成的主回路。

由于目前技术局限，IGBT的电压和电流等级均低于传统晶闸管，在同等输送能量的条件下，柔性直流输电所需要IGBT的数量大大多于传统晶闸管，如在申请号为CN104701096A的中国专利申请文件中公开了一种直流断路器桥式模块，其包括IGBT功率单元，电容器组，层叠母排，控制单元、功能单元和支撑框架，IGBT功率单元包括IGBT模块和IGBT压装支架等，IGBT模块有多个，沿厚度方向相对并排布置，并采用压装支架穿装连接并压装为一体，电容器组通过层叠母排与IGBT模块电气连接，电容器组与控制单元及所述功能单元连接，IGBT功率单元、电容器组、层叠母排控制单元和功能单元位于支撑框架上，这样的设置形式能够减小电容与IGBT模块的直流端之间的杂散电感，而且极大的提高了模块集成度，减少了模块总体积，有效的降低模块在关断大电流时的电压尖峰。

但是，这种子模块在实际的安装使用过程中，层叠母排布置在IGBT模块的向背两侧，且单侧的层叠母排有两片，采用上下并排铺设的形式来实现IGBT模块与电容器组的电气连接，这就导致层叠母排与对应的IGBT模块的对应的连接端在连接时，由于层叠母排的上下方向的宽度限制，导致层叠母排只能与IGBT模块的对应的连接端的上下宽度方向的一部分进行连接，这就导致层叠母排与IGBT模块连接时的接触面积较小，导致连接的稳定性较差，而且由于接触面积较少容易导致层叠母排的局部发热较大，散热差，进而影响子模块的运行性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种IGBT功率单元，以解决现有技术中的IGBT功率单元中的层叠母排与IGBT模块连接时接触面积少导致的稳定性差的问题；本发明的目的还在于提供一种具有该IGBT功率单元的子模块。

为实现上述目的，本发明IGBT功率单元的技术方案是：