CN106301005A - 基于单元化架构的svg大功率链节模块 - Google Patents

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魏孔林
李小兵
陈远华
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Abstract

本发明公开了一种基于单元化架构的SVG大功率链节模块，属于电力电子技术领域。基于单元化架构的SVG大功率链节模块，包括依次连接的储能仓单元、换流功率单元和控制保护单元，所述换流功率单元以水冷散热板为基板，在水冷散热板两侧的表面上均安装有功率器件和水冷电阻，且两侧呈镜面形式对称安装，功率器件外设置有直交母排集成式复合叠排，将功率器件端子连接的铜排全部压合到所述直交母排集成式复合叠排的内部，所述交流出线排从所述换流功率单元侧面引出至SVG大功率链节模块外部。本发明的结构既方便拆装维护，又提高了***的安全性和稳定性。

Description

基于单元化架构的SVG大功率链节模块
技术领域
本发明涉及高压大功率SVG装置的大功率链节模块，尤其涉及基于单元化架构的SVG大功率链节模块。
背景技术
随着我国高压直流输电技术的发展，在其落地点处存在装设高压大功率SVG装置的需求，用于实现直流输电***的暂态无功支撑和大容量无功补偿，其中大功率链节模块是组成SVG三相换流链的重要核心部件。
目前，高压大功率SVG装置的链节模块存在以下不足：
1)内部功率器件及电气元件的组合、布局及连接方式复杂，体积大，拆装不便，降低了***配置的灵活性和稳定性。
2)电压等级及容量等级需求不断提高，采用常规风冷散热已不能满足大功率器件的散热要求，风冷散热方式还存在噪声高，灰尘多，散热效率低，体积大等不足。
3)***杂散电感参数对功率器件的性能及可靠性意义较大，而复合叠排的常规设计通常侧重于减小直流母排的杂散电感，会忽略交流连接排回路布局对杂散电感的参数，这对功率器件能否稳定运行在工作安全区也是不利的。
4)对功率器件及储能电容安全防护设计不到位，突发故障时会波及其他相邻元器件并造成二次损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供基于单元化架构的SVG大功率链节模块，解决了内部功率器件及电气元件的组合、布局及连接方式复杂，体积大，拆装不便，散热效率低，及由于对功率器件及储能电容安全防护设计不到位，突发故障时波及其他相邻元器件并造成二次损坏的缺陷。
基于单元化架构的SVG大功率链节模块，其特征在于：包括依次连接的储能仓单元、换流功率单元和控制保护单元，所述换流功率单元包括水冷散热板、功率器件、水冷电阻、直交母排集成式复合叠排和交流出线排，以水冷散热板为基板，在水冷散热板两侧的表面上均安装有功率器件和水冷电阻，且两侧呈镜面形式对称安装，功率器件外设置有直交母排集成式复合叠排，将功率器件端子连接的铜排全部压合到所述直交母排集成式复合叠排的内部，所述交流出线排从所述换流功率单元侧面引出至SVG大功率链节模块外部；所述换流功率单元的直交母排集成式复合叠排与储能仓单元连接，所述控制保护单元与换流功率单元通过光纤传输信号。
进一步，所述水冷散热板包括进水口、内部的水冷管路和出水口，内部的水冷管路采用盘管的形式同时冷却水冷散热板两侧的热源。
所述内部的水冷管路包括并联设置的同一流道的两股盘管。
所述水冷散热板在进水口和出水口处采用快速接头连接。
进一步，所述换流功率单元与储能仓单元和控制保护单元之间均设置有防爆安全板。
进一步，所述储能仓单元内部安装有多只直流储能电容器，通过直流复合叠排并联连接，所述直流复合叠排采用铜带软连接的方式连接所述换流功率单元的直交母排集成式复合叠排。
所述直流储能电容器的内部采用金属化安全膜，每只直流储能电容器均由具有阻燃性的树脂包裹且与外界隔离。
进一步，所述控制保护单元包括控制组件、保护组件、电源***、驱动输出口和光纤通信口，控制组件和保护组件通过驱动输出口连接所述换流功率单元，对功率器件进行驱动控制和多重保护，驱动输出口为光纤通信方式，控制组件通过光纤通信口与上层控制端进行通信交互。
进一步，所述储能仓单元、换流功率单元和控制保护单元并列设置在同一底框上。
有益效果
本发明的模块结构采用单元化架构，将链节模块分为三个单元，相邻单元之间进行连接，三个单元均可以单独组装和拆卸，如此设计使链节模块安装方便，维护也方便，减小了安装维护时因需要整体拆装带来的操作难度；换流功率单元采用水冷散热板，内部水冷管路贯穿于功率器件散热基板底部，使两侧设置的功率器件之间的温差缩小，温度均匀，确保每一个功率器件内部芯片的温度都低于最高结温，充分发挥功率器件的潜在性能，提高运行的可靠性；直交母排集成式复合叠排设计，功率器件端子连接的铜排全部压合到复合叠排内部，使得换流回路路径短，杂散电感小，结构紧凑重量轻，空间利用率高，绝缘性能和安全性能更高。
附图说明
图1为本发明的单元化架构示意图；
图2为本发明的“背靠背”式水冷散热示意图；
图3为本发明的换流功率单元示意图。
其中：附图1中，7-控制保护单元，8-换流功率单元，9-储能仓单元；附图3中，1-水冷散热板，2-直流侧端子，3-交流侧端子，4-功率器件，5-直交母排集成式复合叠排，6-交流出线排。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
基于单元化架构的SVG大功率链节模块，如图1所示，采用框架结构设计，在同一底框上并列设置有依次连接的储能仓单元、换流功率单元和控制保护单元，换流功率单元位于大功率水冷链节模块的中部，是水冷链节模块的关键部分，如图3所示，换流功率单元包括水冷散热板、功率器件、水冷电阻、直交母排集成式复合叠排和交流出线排，以水冷散热板为基板，功率器件和水冷电阻以镜面形式一起安装在水冷散热板的两表面，提高功率器件的功率密度和散热效率，采用“背靠背”式水冷散热方式，如图2所示，提高水冷散热效率，功率器件外设置有直交母排集成式复合叠排，功率器件端子连接的铜排全部压合到直交母排集成式复合叠排内部，使得换流回路路径短，杂散电感小，保持各功率器件外部特性一致；所述交流出线排从换流功率单元侧面引出至外部；换流功率单元为高压部分，换流功率单元的直交母排集成式复合叠排采用“铜带软连接”的方式与储能仓单元连接，控制保护单元为低压部分，与换流功率单元通过光纤传输信号。
水冷散热板内部管路贯穿于所有的功率器件，布置在功率器件对应安装在水冷散热板的底部，所述水冷散热板包括进水口、内部的水冷管路和出水口，内部的水冷管路采用盘管的形式同时冷却水冷散热板两侧的热源，盘管为并联设置的同一流道两股盘管，采用盘管形式后，各功率器件热源下方温度非常均匀，且每股盘管的单面可供两个功率器件冷却散热，因此水冷散热板双面可满足八个功率器件的冷却散热要求，从而满足大功率链节模块的需求。水冷散热板在进水口和出水口处采用快速接头，实现维护过程的无漏水和最小维护量。
换流功率单元与储能仓单元和控制保护单元之间增设防爆安全板，利用缓冲隔离来减少***瞬间产生的破坏，从而降低功率器件故障时对其它相邻组件的二次损坏。
换流功率单元的交流出线排从换流功率单元的侧面引出至外部，对储能仓单元和控制保护单元没有干扰。
直交母排集成式复合叠排，功率器件的直流侧端子和功率器件的交流侧端子连接的铜排全部压合到复合叠排内部，保持各功率器件的外部特性一致，使得整体杂散电感、分布电容的参数更加优化，整体布局及装配更加简单方便。
储能仓单元内部安装有多只直流储能电容器，通过直流复合叠排并联连接，电容器内部采用金属化安全膜，由具有阻燃性树脂包裹与外界隔离，且设计有泄放阀，保证电容器内外部气压的平衡。
控制保护单元主要由控制组件、保护组件、电源***、驱动输出口和光纤通信口组成，控制组件和保护组件通过驱动输出口对功率器件进行驱动控制和多重保护，光纤通信口与上层控制端进行通信交互。

Claims (9)

1.基于单元化架构的SVG大功率链节模块，其特征在于：包括依次连接的储能仓单元、换流功率单元和控制保护单元，所述换流功率单元包括水冷散热板、功率器件、水冷电阻、直交母排集成式复合叠排和交流出线排，以水冷散热板为基板，在水冷散热板两侧的表面上均安装有功率器件和水冷电阻，且两侧呈镜面形式对称安装，功率器件外设置有直交母排集成式复合叠排，将功率器件端子连接的铜排全部压合到所述直交母排集成式复合叠排的内部，所述交流出线排从所述换流功率单元侧面引出至SVG大功率链节模块外部；所述换流功率单元的直交母排集成式复合叠排与储能仓单元连接，所述控制保护单元与换流功率单元通过光纤传输信号。
2.如权利要求1所述的基于单元化架构的SVG大功率链节模块，其特征在于：
所述水冷散热板包括进水口、内部的水冷管路和出水口，内部的水冷管路采用盘管的形式同时冷却水冷散热板两侧的热源。
3.如权利要求2所述的基于单元化架构的SVG大功率链节模块，其特征在于：
所述内部的水冷管路包括并联设置的同一流道的两股盘管。
4.如权利要求2所述的基于单元化架构的SVG大功率链节模块，其特征在于：
所述水冷散热板在进水口和出水口处采用快速接头连接。
5.如权利要求1或2所述的基于单元化架构的SVG大功率链节模块，其特征在于：所述换流功率单元与储能仓单元和控制保护单元之间均设置有防爆安全板。
6.如权利要求1或2所述的基于单元化架构的SVG大功率链节模块，其特征在于：所述储能仓单元内部安装有多只直流储能电容器，通过直流复合叠排并联连接，所述直流复合叠排采用铜带软连接的方式连接所述换流功率单元的直交母排集成式复合叠排。
7.如权利要求4所述的基于单元化架构的SVG大功率链节模块，其特征在于：所述直流储能电容器的内部采用金属化安全膜，每只直流储能电容器均由具有阻燃性的树脂包裹且与外界隔离。
8.如权利要求1所述的基于单元化架构的SVG大功率链节模块，其特征在于：
所述控制保护单元包括控制组件、保护组件、电源***、驱动输出口和光纤通信口，控制组件和保护组件通过驱动输出口连接所述换流功率单元，
对功率器件进行驱动控制和多重保护，驱动输出口为光纤通信方式，控制组件通过光纤通信口与上层控制端进行通信交互。
9.如权利要求1所述的基于单元化架构的SVG大功率链节模块，其特征在于：
所述储能仓单元、换流功率单元和控制保护单元并列设置在同一底框上。
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