[實用新型]一種大功率前維護式換流閥功率單元結構

有效

• 申請號: 201721092220.7
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN207150445U
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 郭磊;李德勝
• 申請（專利權）人: 特變電工新疆新能源股份有限公司
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H05K7/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 強宏超

技術領域

本實用新型涉及柔性高壓直流輸電技術領域，具體涉及一種大功率前維護式換流閥功率單元結構。

背景技術

隨著能源緊缺和環境污染等問題的日益嚴峻，國家在大力開發和利用可再生清潔能源，優化能源結構。然而，隨著風能、太陽能等可再生能源利用規模的不斷擴大，其固有的分散性、小型性、遠離負荷中心等特點，使得采用交流輸電技術或傳統的直流輸電技術聯網顯得很不經濟。

柔性高壓直流輸電技術應運而生。與基于自然換相技術的電流源型換流器的傳統直流輸電不同，柔性高壓直流輸電是一種以電壓源換流器、可控關斷器件和脈寬調制(PWM技術)為基礎的新型直流輸電技術。這種輸電技術能夠瞬時實現有功和無功的獨立解耦控制、能向無源網絡供電、換流站間無需通訊、且易于構成多端直流系統。另外，該輸電技術能同時向系統提供有功功率和無功功率的緊急支援，在提高系統的穩定性和輸電能力等方面具有優勢。

隨著相關技術的不斷發展，具有良好的受控導通和關斷特性的IGBT換流閥在柔性高壓直流輸電領域的應用前景廣闊。其中，IGBT換流閥的功率單元包含了功率電力電子器件，其結構設計的合理程度直接關系到功率單元性能好壞。

目前，現有應用中的IGBT換流閥功率單元，結構布局較為分散、功率密度較小，導致整個IGBT換流閥占地面積較大；控制回路和主功率回路無明顯屏蔽隔離，信號干擾風險大；此外，現有IGBT換流閥功率單元可維護性程度很低，如果需要對器件進行維護或更換，通常需要把功率單元從換流閥上拆下來，耗時耗力，成本很高。

現有裝置存在的問題總結如：

1、結構布局不緊湊，功率密度較小；

2、控制回路與主功率回路屏蔽效果差；

3、可維護性較差，或者維護成本大。現有技術方案中，都無法在不移動換流閥功率單元的情況下對模塊進行維護。對于整個換流閥系統來說，如果要移動模塊，就需要切斷整個冷卻水路系統，然后放掉管路中的冷卻水，工程量很大且不易操作。另外，換流閥功率單元本身自重很大，移動也很困難。

實用新型內容

針對現有技術存在的缺陷，本實用新型目的在于提供一種元器件布局合理，功率密度大，單元結構整體性能穩定，維護方便的大功率前維護式換流閥功率單元結構。

為了達到上述目的，本實用新型采用以下方案：

一種大功率前維護式換流閥功率單元結構，包括電容、功率部分、控制部分和箱體；箱體作為所有電器元件的支撐固定框架，電容安裝于箱體底座后部，功率部分和控制部分位于箱體前端、上下分布并由屏蔽板隔開，功率部分分布在箱體主框架上部，控制部分在箱體主框架下部。

進一步，所述的功率部分包括一個水冷散熱器、兩個IGBT、兩塊IGBT驅動板、一個放電電阻、兩塊疊層母排、一個取能電源、一個旁路開關、一個晶閘管閥串及相關銅排回路；所述水冷散熱器固定在箱體上，功率部分其它靠近水冷散熱器布置。

進一步，所述的兩個IGBT對稱安裝于水冷散熱器兩個面上，IGBT驅動板安裝在IGBT上，所述放電電阻安裝在水冷散熱器一側面上；兩塊疊層母排分別和兩個IGBT表面搭接并螺釘緊固，兩塊疊層母前端分別和晶閘管閥串兩極相連，晶閘管閥串吊裝在固定框架上，晶閘管閥串包括兩極銅排、晶閘管、絕緣塊和金屬支撐件，兩極銅排各有三組電氣連接孔位，分別為輸入端、并聯端和輸出端，兩極銅排輸入端分別和兩塊疊層母排相連，輸出端伸出功率單元前面板，并聯端分別和旁路開關的兩極相連，所述的取能電源位于控制部分后方。

進一步，所述功率部分的兩塊疊層母排后端通過銅排分別和電容的兩極相連。

進一步，所述的水冷散熱器頂部設置有進出水嘴，水嘴周邊設計有集水槽，水槽底部設計有通水孔連接到散熱器底部，通過水嘴接頭及軟水管導出功率單元；箱體中有接水盤，接水盤安裝在水冷散熱器的進出水嘴上，接水盤設計有漏水孔，通過水嘴接頭及軟水管導出功率單元。

進一步，所述控制部分四周設有屏蔽板與周圍環境隔離。

進一步，所述控制部分包括安裝在同一鈑金托盤上的主控制板、電壓傳感器和接線端子。

本實用新型的大功率前維護式換流閥功率單元結構，包括電容、功率部分、控制部分和箱體，型結構緊湊、功率密度大、電器元件布局合理；電容安裝在箱體后部，功率部分和控制部分位于箱體前端，上下分布并由屏蔽板隔開，可以很好地避免信號干擾。另外，故障率較高的電器元件可以進行前維護，即：在使用環境中，先從正面拆除面板，即可從正面對主控板、電壓傳感器，旁路開關和取能電源進行維護或更換，無需移動換流閥功率單元，可實現對故障率高的部件的維護或更換。