[發(fā)明專利]IEGT功率模塊的直流取能電源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310689906.4
• 申請(qǐng)日: 2013-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103683857A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 時(shí)偉;艾錫剛;王嘉藝;張海濤;饒宏;黎小林;許樹(shù)楷;魏偉;侯婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 榮信電力電子股份有限公司;南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H02M1/00
• 分類號(hào): H02M1/00;H02M1/44;H02M3/28
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務(wù)所 21224
• 代理人: 張群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大功率電力電子變換器領(lǐng)域的IEGT功率模塊的直流取能電源。

背景技術(shù)

大功率多電平級(jí)聯(lián)變流器的基本組成單元是功率模塊，由功率模塊串聯(lián)組成。功率模塊的拓?fù)浠旧隙际荄C/AC方案，即實(shí)現(xiàn)DC（直流）和AC（交流）能量之間的變換。直流側(cè)通常采用電容器進(jìn)行儲(chǔ)能。

功率模塊的核心部件是大功率全控晶體管，目前常用的包括IGBT，IEGT和StakPak等。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上以IGBT功率模塊為主，IEGT功率模塊只有一個(gè)供應(yīng)商，StakPak功率模塊目前還沒(méi)有供應(yīng)商。

每個(gè)功率模塊都有自己的控制裝置和保護(hù)裝置，這些裝置都需要供電，如何取能來(lái)提供裝置所需的電源是一個(gè)難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。目前的取能方式包括：直流側(cè)取能和地面取能。

直流側(cè)取能：即從直流儲(chǔ)能元件（母線大容量電容）取得能量，采用先進(jìn)的多管串-并級(jí)聯(lián)反激式DC-DC變換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高低壓隔離變換，再加以完整可靠的檢測(cè)電路、反饋電路、保護(hù)電路，最終穩(wěn)定安全地為功率模塊的控制保護(hù)裝置提供持續(xù)電源。

地面取能：即以設(shè)備站內(nèi)或廠內(nèi)配電系統(tǒng)（380V）為能源，通過(guò)電能變換和高壓隔離，為功率模塊的控制保護(hù)裝置提供電源。

以上兩種取能方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較：直流取能的優(yōu)勢(shì)是在超高壓領(lǐng)域的應(yīng)用，比如柔性直流輸電換流器，電壓動(dòng)輒超過(guò)100kV，在這樣的系統(tǒng)里，從地面取能是不現(xiàn)實(shí)的，技術(shù)難度大且成本高，直流取能是唯一的辦法。在35kV以下的系統(tǒng)里，既可以采用地面取能，也可以采用直流取能，采用地面取能有一個(gè)好處是允許變流器在任何情況下啟動(dòng)，而采用直流取能則需要變流器與電網(wǎng)已經(jīng)連接的情況下才能開(kāi)始工作。

目前，兩種取能方式在IGBT功率模塊都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了并投入使用，但是直流取能輸入電壓往往不超過(guò)1700V，原因是出于成本考慮制造商通常選用3300V及以下的IGBT。而對(duì)于IEGT功率模塊，在本發(fā)明出現(xiàn)之前，僅實(shí)現(xiàn)了地面取能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種IEGT功率模塊的直流取能電源，該取能電源可實(shí)現(xiàn)在直流輸入電壓300Vdc～3700Vdc的范圍內(nèi)取能，自然冷卻，為IEGT功率模塊的工作提供控制電源，并在復(fù)雜電磁場(chǎng)環(huán)境下能夠安全可靠的工作。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

IEGT功率模塊的直流取能電源，在空間結(jié)構(gòu)布置上，直流取能裝置位于IEGT閥串與功率模塊控制板之間，直流取能裝置的輸入端與作為直接帶電體的IEGT閥串散熱片相連接，IEGT閥串散熱片位于IEGT閥串的外部，IEGT閥串散熱片通過(guò)連接母排與直流電容相連接；直流電壓采樣板和IEGT驅(qū)動(dòng)板布置于直流取能電源與IEGT閥串之間；

直流取能電源的主電路包括濾波電路、非隔離反激變換器、隔離推挽變換器，濾波電路由共模電感、電阻、電容組成，在高壓輸入端的正、負(fù)兩個(gè)輸入端分別設(shè)有共模電感，接于高壓正、負(fù)輸入端的共模電感兩端各有一串由電阻并聯(lián)電容組成的均壓串，構(gòu)成濾波電路；非隔離反激變換器由多個(gè)功率電路級(jí)聯(lián)組成，各功率電路的輸入端串聯(lián)，輸出端并聯(lián)，串聯(lián)連接的功率電路的輸入端與濾波電路輸出端連接；非隔離反激變換器的輸出端與隔離推挽變換器的輸入端相連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.MMC-HVDC換流器的直流電壓通常都比較高，至少在100kV以上，對(duì)于地面取能來(lái)說(shuō)是不現(xiàn)實(shí)的；功率模塊是基于4500V-IEGT而設(shè)計(jì)的，其耐高壓的特性也就要求取能裝置應(yīng)同樣具備高壓情況下穩(wěn)定運(yùn)行的能力，本發(fā)明取能電源可實(shí)現(xiàn)在直流輸入電壓300Vdc～3700Vdc的范圍內(nèi)取能，自然冷卻，為IEGT功率模塊的工作提供控制電源，并在復(fù)雜電磁場(chǎng)環(huán)境下能夠安全可靠的工作。

2.由于單個(gè)功率模塊輸出能力的提高，同樣電壓等級(jí)換流器設(shè)備所需模塊數(shù)量將大大減少，從而在節(jié)約成本的同時(shí)，也使得其具備更加節(jié)約空間的優(yōu)勢(shì)。

3.本發(fā)明直流取能電源可以用于基于4500V-IEGT的功率模塊，而基于4500V-IEGT的功率模塊可以用于MMC-HVDC換流器，高壓靜止無(wú)功發(fā)生器（例如35kV-STATCOM）等場(chǎng)合。

4.本發(fā)明填補(bǔ)了IEGT功率模塊直流取能的空白，為高壓大功率多電平級(jí)聯(lián)變流器的應(yīng)用提供了新的空間和市場(chǎng)，尤其是柔性直流輸電領(lǐng)域，本發(fā)明的直流取能電源的輸入電壓最大值達(dá)到3700V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)IGBT功率模塊直流取能輸入電壓。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖。

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖3是本發(fā)明的電氣結(jié)構(gòu)框圖。