[发明专利]IEGT功率模块的直流取能电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率电力电子变换器领域的IEGT功率模块的直流取能电源。

背景技术

大功率多电平级联变流器的基本组成单元是功率模块，由功率模块串联组成。功率模块的拓扑基本上都是DC/AC方案，即实现DC（直流）和AC（交流）能量之间的变换。直流侧通常采用电容器进行储能。

功率模块的核心部件是大功率全控晶体管，目前常用的包括IGBT，IEGT和StakPak等。目前国内市场上以IGBT功率模块为主，IEGT功率模块只有一个供应商，StakPak功率模块目前还没有供应商。

每个功率模块都有自己的控制装置和保护装置，这些装置都需要供电，如何取能来提供装置所需的电源是一个难点和关键点。目前的取能方式包括：直流侧取能和地面取能。

直流侧取能：即从直流储能元件（母线大容量电容）取得能量，采用先进的多管串-并级联反激式DC-DC变换技术，实现高低压隔离变换，再加以完整可靠的检测电路、反馈电路、保护电路，最终稳定安全地为功率模块的控制保护装置提供持续电源。

地面取能：即以设备站内或厂内配电系统（380V）为能源，通过电能变换和高压隔离，为功率模块的控制保护装置提供电源。

以上两种取能方式的优缺点比较：直流取能的优势是在超高压领域的应用，比如柔性直流输电换流器，电压动辄超过100kV，在这样的系统里，从地面取能是不现实的，技术难度大且成本高，直流取能是唯一的办法。在35kV以下的系统里，既可以采用地面取能，也可以采用直流取能，采用地面取能有一个好处是允许变流器在任何情况下启动，而采用直流取能则需要变流器与电网已经连接的情况下才能开始工作。

目前，两种取能方式在IGBT功率模块都已经实现了并投入使用，但是直流取能输入电压往往不超过1700V，原因是出于成本考虑制造商通常选用3300V及以下的IGBT。而对于IEGT功率模块，在本发明出现之前，仅实现了地面取能。

发明内容

本发明的目的是提供一种IEGT功率模块的直流取能电源，该取能电源可实现在直流输入电压300Vdc～3700Vdc的范围内取能，自然冷却，为IEGT功率模块的工作提供控制电源，并在复杂电磁场环境下能够安全可靠的工作。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

IEGT功率模块的直流取能电源，在空间结构布置上，直流取能装置位于IEGT阀串与功率模块控制板之间，直流取能装置的输入端与作为直接带电体的IEGT阀串散热片相连接，IEGT阀串散热片位于IEGT阀串的外部，IEGT阀串散热片通过连接母排与直流电容相连接；直流电压采样板和IEGT驱动板布置于直流取能电源与IEGT阀串之间；

直流取能电源的主电路包括滤波电路、非隔离反激变换器、隔离推挽变换器，滤波电路由共模电感、电阻、电容组成，在高压输入端的正、负两个输入端分别设有共模电感，接于高压正、负输入端的共模电感两端各有一串由电阻并联电容组成的均压串，构成滤波电路；非隔离反激变换器由多个功率电路级联组成，各功率电路的输入端串联，输出端并联，串联连接的功率电路的输入端与滤波电路输出端连接；非隔离反激变换器的输出端与隔离推挽变换器的输入端相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.MMC-HVDC换流器的直流电压通常都比较高，至少在100kV以上，对于地面取能来说是不现实的；功率模块是基于4500V-IEGT而设计的，其耐高压的特性也就要求取能装置应同样具备高压情况下稳定运行的能力，本发明取能电源可实现在直流输入电压300Vdc～3700Vdc的范围内取能，自然冷却，为IEGT功率模块的工作提供控制电源，并在复杂电磁场环境下能够安全可靠的工作。

2.由于单个功率模块输出能力的提高，同样电压等级换流器设备所需模块数量将大大减少，从而在节约成本的同时，也使得其具备更加节约空间的优势。

3.本发明直流取能电源可以用于基于4500V-IEGT的功率模块，而基于4500V-IEGT的功率模块可以用于MMC-HVDC换流器，高压静止无功发生器（例如35kV-STATCOM）等场合。

4.本发明填补了IEGT功率模块直流取能的空白，为高压大功率多电平级联变流器的应用提供了新的空间和市场，尤其是柔性直流输电领域，本发明的直流取能电源的输入电压最大值达到3700V，远远超过IGBT功率模块直流取能输入电压。

附图说明

图1是本发明的结构主视图。

图2是本发明的结构侧视图。

图3是本发明的电气结构框图。