[發明專利]一種IGBT功率單元及用于柔性直流輸電的子模塊

有效

• 申請號: 201310239581.X
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103354231A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 姚為正;張建;朱新華;肖晉;張承;李申;李華君;杜玉格
• 申請（專利權）人: 許繼集團有限公司
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07;H01L23/473
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡泳棋

技術領域

本發明屬于功率半導體元件的應用領域，如柔性直流輸電，SVG等的大功率電力電子整流和逆變裝置，具體涉及一種IGBT功率單元及用于柔性直流輸電的子模塊結構。

背景技術

柔性直流輸電是以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術，其采用最先進的電壓源型換流器和全控器件，是常規直流輸電技術的換代升級。相比于交流輸電和常規直流輸電，在傳輸能量的同時，還能靈活地調節與之相連的交流系統電壓，具有可控性較好、運行方式靈活、適用場合多等顯著優點，因此柔性直流輸電技術在孤島供電、城市電網供電、分布式能源并網等方面具有很高的應用價值。

隨著柔性直流輸電(VSC-HVDC)技術在電力系統中的逐步應用，其核心部件——大功率絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)閥的可靠性成為電力系統安全的關鍵因素之一。由于VSC—HVDC裝置普遍具有高電壓、強電流、大容量的特點，導致在試驗環境中很難構建與實際運行工況相同的全載電路進行試驗。

基于模塊化多電平換流器(MMC)的VSC-HVDC，是利用IGBT閥進行直流輸電的一種新技術。子模塊(SM)是構成MMC的最小功率單元，它由IGBT組成的半橋或者H橋與電容器并聯組成。若干個子模塊串聯構成一個MMC閥組件，它能夠成比例體現MMC閥的電氣特性，是進行MMC閥穩態運行試驗的基本電氣單元。子模塊的電氣結構如圖1所示，由圖可知，該子模塊包括電容、兩個IGBT模塊、晶閘管和旁路開關所構成的主回路，每個IGBT器件反并聯一個二極管組成一個IGBT模塊，兩IGBT模塊串聯后形成的串聯支路與電容并聯，且其中一個IGBT模塊又與晶閘管和旁路開關依次并聯。

由于目前技術局限，IGBT的電壓和電流等級均低于傳統晶閘管，在同等輸送能量的條件下，柔性直流輸電所需要IGBT數量要大大多于傳統晶閘管。中國專利申請號200920131707.0公開了一種IGBT功率模塊，提供了一種IGBT功率模塊的布局結構，該結構中將IGBT散熱器固定在底架上，IGBT模塊布置在IGBT散熱器上側，直流濾波電解電容緊鄰IGBT散熱器的進風口固定在底架上，這種布局主要在于改善電容的散熱條件，減小電容與IGBT模塊直流端之間的雜散電感，但是采用這種電路存在如下問題：現有的子模塊各元件分散布置，不便于現場安裝調試，同時在發生故障時檢修不便，增加了系統的維護成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種IGBT功率單元，同時提供一種用于柔性直流輸電的子模塊，以解決現有子模塊結構布置散亂，系統不便于維護的問題。

為了實現以上目的，本發明所提供IGBT功率單元的技術方案如下：包括散熱器、IGBT模塊及其對應的控制回路，所述散熱器為板狀散熱器，所述IGBT模塊安裝于板狀散熱器的一個板面上，控制回路安裝在板狀散熱器的另一個板面上，還包括與IGBT模塊連接的復合母排，復合母排與IGBT模塊的遠離板狀散熱器的表面貼設連接，所述復合母排上設置有用于與主母排對應連接的出線端和用于與電容連接的電容連接端、與對應IGBT模塊的端子分別對應連接的連接端子。

所述板狀散熱器為板狀水冷散熱器。

所述控制回路外設有屏蔽罩。

本發明所提供用于柔性直流輸電的子模塊的技術方案如下：包括電容、兩個IGBT功率單元和兩個主母排，每個IGBT功率單元包括散熱器、IGBT模塊及其控制回路，所述散熱器為板狀散熱器，所述各功率單元上的IGBT模塊安裝于相應板狀散熱器的一個板面上，控制回路對應安裝在板狀散熱器的另一個板面上，所述每個IGBT功率單元還包括復合母排，復合母排與相應IGBT模塊的遠離板狀散熱器的表面貼設連接，所述復合母排上設置有用于與主母排對應連接的出線端和用于與電容連接的電容連接端、與對應IGBT模塊的端子分別對應連接的連接端子；兩主母排分別通過兩個復合母排上設置的出線端與對應的IGBT功率單元連接，所述電容通過復合母排上設置的電容連接端與對應的IGBT功率單元連接。

所述兩主母排之間導電連接有一個晶閘管，所述晶閘管夾設于兩主母排中間并通過一個壓接裝置進行壓接固定而構成母排組件；所述母排組件的壓接裝置包括兩個壓接板、兩個壓緊螺栓和一個調節螺栓，所述晶閘管夾設于兩主母排中間，兩壓接板分別設于兩主母排外側，兩個壓接板的上下兩側均設有用于穿設壓緊螺栓的安裝孔，其中一個壓接板的中部設有用于穿設調節螺栓的安裝孔。