[发明专利]一种高压岸电电源的功率模块和高压岸电电源

说明书

本发明公开了一种高压岸电电源的功率模块和高压岸电电源。高压岸电电源包括3个功率模块组，每个功率模块组包含多个级联的功率模块。功率模块包括两个单元电路，单元电路包括整流电路和二电平H桥逆变电路，整流电路的输入端接三相交流输入端；二电平H桥逆变电路的直流输入端接整流电路的输出端；第一二电平H桥逆变电路的第一交流输出端端接功率模块的第一交流输出端，第二二电平H桥逆变电路的第二交流输出端端接功率模块的第二交流输出端；两个二电平H桥逆变电路的另外两个交流输出端通过模块内部级联线连接。本发明的功率模块可以使用低压功率器件实现高电压输出，高压岸电电源所需的功率模块数量少，结构紧凑、功率密度高、成本低。

[技术领域]

本发明涉及级联型高压变压变频电源，尤其涉及一种高压岸电电源的功率模块和高压岸电电源。

[背景技术]

高压岸电电源是船舶靠港或者锚泊期间使用陆上高压电源对主要船载系统(泵组、通风、照明、通讯等)供电的关键设备，避免靠岸期间船舶使用船上的柴油发电机供电，避免对港口产生燃油等有害气体污染、烟尘污染和水体污染。

目前，级联型高压变压变频电源是高压岸电电源的主要型式。专利号为CN201621445356.7的实用新型公开一种基于36脉波整流的岸电系统大功率变频电源，包括移相变压器和3个功率单元组，其中，每个功率单元组包含6个级联的功率单元，移相变压器的二次侧三相共有18个绕组，分别与18个功率单元的输入端对应连接，而3个功率单元组的第一输出端均连接至公共端，第二输出端分别引出对应ABC三相。

该实用新型采用二电平H桥功率模块级联的拓扑结构，模块级联拓扑结构也称为链式拓扑结构，它是利用叠加升压原理，将数个低压输出的功率模块串联起来，形成高压输出。采用低压模块级联拓扑结构来实现高压输出的优势在于模块内部只需要使用低压器件(不需要高压器件)，容易实现，成本低，输出高压谐波小，无需滤波电抗器和升压变压器，可直接接入船上供电系统，代替船上的柴油发电机使用。但其缺点也非常明显，功率模块受制于逆变功率器件(IGBT等)基板耐压的限制，其额定输入/输出电压一般较低，所以需要将多个低压模块串联起来形成高压。

级联型高压变压变频电源的输出电压一般有：三相11kV/60Hz、10kV/50Hz、6.6kV/60Hz、6kV/50Hz，典型的三相11kV/60Hz输出的级联型高压变压变频电源每相由10个二电平功率模块串联而成，三相共需要30个功率模块。

在高压输出情况下，各串联功率模块的输出端子的对地电压非常高，远远超过了模块内部功率器件的基板耐压，为了防止功率器件被对地的高电压损坏，只好将功率器件散热器及模块框架壳体进行浮地处理，这样，各串联功率模块的功率器件散热器及模块框架壳体的电位互不相同，必须对各模块进行电气绝缘隔离处理。目前的做法是，将所有功率模块固定在绝缘材料上，且相互之间留有一定的绝缘距离，以便满足各功率模块电位互不相同的要求。但是，功率模块之间的绝缘距离占用了很大空间。高压输出的电压等级越高，所需要串联的低压功率模块数量也就越多，模块电气绝缘隔离所占用的总空间也就越大，整机装置的体积也就越大，占用过多的港口空间，非常不经济。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种输出电压高，但元器件电压等级仍然较低的高压岸电电源的功率模块。

本发明要解决的技术问题是提供一种功率模块数量少，体积小，功率密度高，成本较低的高压岸电电源。