[发明专利]一种并联IGBT功率单元

说明书

技术领域

本发明属于功率半导体元件的应用领域，如柔性直流输电，SVG等的大功率电力电子整流和逆变装置，具体涉及一种并联IGBT功率单元。

背景技术

随着柔性直流输电(VSC-HVDC)技术在电力系统中的逐步应用，其核心部件——大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)阀的可靠性成为电力系统安全的关键因素之一。由于VSC—HVDC装置普遍具有高电压、强电流、大容量的特点，导致在试验环境中很难构建与实际运行工况相同的全载电路进行试验。因此，如何在试验环境中构建等效的试验电路，进行与实际运行工况强度相当的试验成为解决问题的关键。

基于模块化多电平换流器(MMC)的VSC-HVDC，是利用IGBT阀进行直流输电的一种新技术。子模块(SM)是构成MMC的最小功率单元，它由IGBT组成的半桥或者H桥与电容器并联组成。若干个子模块串联构成一个MMC阀组件，它能够成比例体现MMC阀的电气特性，是进行MMC阀稳态运行试验的基本电气单元。

随着电力系统柔性直流输电技术的发展，系统容量显得愈发的重要，功率子模块的容量受制于IGBT容量本身的限制。在容量需求不断增加的情况下，传统的扩容方案是通过增加功率子模块的串联数量提高输出电压的方式来进行扩容，但是其会带来模块数量大大增加、控制系统设计复杂、成本大幅度增加的问题；而采用子模块并联的方案进行扩容则会带来成本高、体积庞大、控制复杂的问题。中国专利申请号201110244817.X公开了一种柔性直流输电MMC阀稳态运行试验的背靠背试验方法，其附图1提供了采用子模块并联方案的结构。而现在采用IGBT并联技术进行扩容，则可以在不增加子模块数量的情况下扩大系统容量，能够大大的增加功率子模块的功率密度，其控制系统简单、成本较低，能够有效的降低柔性直流输电系统整体造价和体积。并联子模块的电气结构如图1所示，由图可知，该并联子模块包括电容C、S1～S4四个IGBT模块、晶闸管T和旁路开关K所构成的主回路，每个IGBT器件反并联一个二极管组成一个IGBT模块，S1和S2的并联支路与S3和S4的并联支路串联，且S3和S4的并联支路又与晶闸管T和旁路开关K依次并联。

在实现IGBT并联时需要解决的关键技术问题是均流，均流的关键问题是保持IGBT输入输出在寄生参数（电气结构）上的对称，同时需要消弱母排自身、输出端子电流产生磁场以及周围功率模块产生磁场对于均流的影响，这是柔性直流输电子模块IGBT并联均流设计中需要解决的主要问题，现有技术并没有针对这个问题提出有效地解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种并联IGBT功率单元，以解决在IGBT并联时所产生的不均流问题。

为了实现以上目的，本发明所提供并联IGBT功率单元的技术方案如下：一种并联IGBT功率单元，包括上、下桥IGBT模组，每个IGBT模组包括至少两个并联的IGBT模块，还包括分别与上、下桥IGBT模组对应连接的上、下母排，上母排设有用于连接第一主母排的第一出线端、用于连接电容的第一电容连接端，下母排设有用于连接第二主母排的第二出线端、用于连接电容的第二电容连接端，上母排上设有与第一出线端导电连接的与各个IGBT模块一一对应的两个以上的上对接端，下母排上设有用于与各个上对接端对接固连的下对接端，上、下母排上设有与各个IGBT模块的端子分别对应连接的上、下连接端子组，各上连接端子组均包括上对接连接端子、上电容连接端子，各下连接端子组均包括下对接连接端子、下电容连接端子和与第二出线端导电连接的第二出线端子，各上、下对接连接端子与相应的上、下对接端通过等长的铜排导电连接，各上、下电容连接端子与相应第一、二电容连接端通过等长的铜排导电连接。

第一出线端与各个上对接端通过等长的铜排导电连接。

第二出线端与第二出线端子通过等长的铜排导电连接。

上、下母排各自均为对称结构。

上、下母排叠压设置，第一出线端与第二出线端及第一电容连接端与第二电容连接端之间均通过绝缘板压合在一起。

上、下母排对应位置处的上、下对接端通过螺丝连接。

对应的第一出线端与第二出线端及第一电容连接端与第二电容连接端之间均设置于对应母排两侧的中部位置。