[發明專利]應用于MMC的大功率電力電子器件及其操作方法

在審

• 申請號: 201810002005.6
• 申請日: 2018-01-02
• 公開（公告）號: CN108054943A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 陳政宇;曾嶸;余占清;趙彪;宋強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/155;H02M7/537
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 王沖;吳鑫

一種應用于MMC的大功率電力電子器件及其操作方法。電力電子器件包括并聯的IGCT器件和IGBT器件，IGCT器件和IGBT器件具有同等電壓等級、一定電流等級比例；進一步，可以將IGCT器件和IGBT器件封裝到特殊設計的器件管殼內，進而減小兩器件間的雜散電感。此應用于MMC的大功率電力電子器件能夠降低整體通態壓降，提高MMC的工作效率；降低損耗，減小整體器件體積，降低成本。

技術領域

本發明屬于電力技術領域，涉及到電力電子器件，特別涉及一種應用于MMC的大功率電力電子器件。

背景技術

模塊化多電平換流器(modular multilevel converter,簡稱MMC)由于具有非常高的轉換效率、極低的輸出電壓諧波含量、很小的濾波器體積、模塊化特點、安裝維護容易等諸多優點獲得了人們的廣泛關注，使其十分適用于高壓大功率電能變換的場合。

在實際應用中，MMC的子模塊的關鍵功率元件通常采用絕緣柵雙極型晶體管(Insulatedgate bipolar transistor,簡稱IGBT)器件?，F有技術中，基于IGBT器件的MMC存在以下缺點：

(1)通態壓降高，導致通態損耗大；

(2)模塊式IGBT器件失效后呈斷路狀態，在串聯冗余的情況下，為保證其他子模塊仍正常工作，需要在子模塊兩端并聯雙向晶閘管和機械開關，成本高、損耗大、控制復雜；

(3)壓接型IGBT器件失效后雖然呈短路狀態，但并不能保證失效長期短路的可靠性，并且成本過高。

現有技術中，集成門極換流晶閘管(The Integrated Gate CommutatedThyristor，簡稱IGCT)器件的通態壓降遠低于IGBT器件，低通態損耗在MMC等低開關頻率的應用中優勢明顯。并且IGCT器件失效后呈可靠地短路特性，易于模塊串聯。此外，IGCT器件制造工藝相對簡單，成本遠低于IGBT器件。

但若在MMC中應用IGCT器件，對反向并聯的續流快恢復二極管的要求很高。其原因在于，IGCT器件為電流型器件，開通速度快并且不可控，一個IGCT開通期間過高的電流變化率(di/dt)將導致橋臂另一個IGCT并聯的反向續流二極管產生過高的反向恢復電流，進而失效損壞，因此一般需要在IGCT器件外部設置陽極電抗吸收電路以減小開通的電流變化率(di/dt)，保護二極管，因而增大了體積、增加了成本和損耗。

發明內容

解決現有技術方案的缺陷與不足，本發明提出一種應用于MMC的新型大功率電力電子器件，將同等電壓等級、一定電流等級比例的IGCT和IGBT進行并聯，既可以簡單的將IGCT器件和IGBT器件并聯。進一步，考慮盡量減小兩器件間的雜散電感，也可以將IGCT芯片和IGBT芯片封裝到特殊設計的器件管殼內，形成新的器件。

其中，IGBT芯片是指沒有封裝的晶片，實現IGBT功能；IGBT部件封裝在管殼后的整體叫做IGBT器件。

本專利的第一種是將IGBT器件和IGCT器件外部并聯，即將兩種封裝后的管殼在外部并聯在一起。

第二種是使用一種新型管殼，將并聯的IGBT芯片和GCT芯片封裝在同一個器件管殼內。

技術方案如下：

一種大功率電力電子器件，應用于模塊化多電平換流器MMC，

包括絕緣柵雙極型晶體管IGBT器件和集成門極換流晶閘管IGCT器件；

其中，所述IGBT器件的集電極與所述IGCT器件的陽極并聯引出正極出線端；所述IGBT器件的發射極與所述IGCT器件的陰極并聯引出負極出線端；

所述IGBT器件與IGCT器件的電壓等級同等，電流等級成比例。