[发明专利]一种全桥级联式高压直流断路器阀模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种阀模块，具体讲涉及一种全桥级联式高压直流断路器阀模块，属于柔性直流输电及直流电网领域。

背景技术

申请号为201310061175.9的专利申请公开了一种直流断路器及其实现方法；其中涉及一种基于全桥级联式的高压直流断路器拓扑结构，该高压直流断路器拓扑结构由主通流支路，转移支路和耗能保护支路依次并联组成，其中主通流支路由高速机械开关与半导体开关组件串并联组成。转移支路由阀模块级联组成，每个阀模块由半导体开关组件串并联组成。

高压直流断路器的工作过程中，半导体开关组件担负着导通和关断故障电流的任务。半导体开关的可靠运行是保证高压直流断路器正常可靠运行的前提。尤其在转移支路的阀模块中，高压直流断路器动作时，要求阀模块中的半导体开关必须在20μs以内快速可靠关断10kA以上的故障电流，关断过程中会产生极大的电流变化率(di/dt)，这就要求转移支路阀模块中的杂散电感越小越好，同时要求阀模块设计时充分考虑瞬变电流所产生的电磁骚扰。

鉴于全桥级联式高压直流断路器半导体开关组件在工作过程中必须能够承受大电流、高电流变化率、电磁骚扰等严苛的工况，需要设计一种可靠性高、紧凑性好、电感值低、抗干扰能力强的阀模块。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种全桥级联式高压直流断路器阀模块。

本发明提供的技术方案是：一种全桥级联式高压直流断路器阀模块，其改进之处在于：所述阀模块包括支撑框架和固定在所述支撑框架上的阀段；所述阀段包括依次平行设于所述支撑框架上的供能组件、A型IGBT压装单元、B型IGBT压装单元和电容器组件；所述A型IGBT压装单元、所述B型IGBT压装单元和所述电容器组件对应电气相连，以形成依次级联的全桥模块。

优选的，所述支撑框架包括平行设置的绝缘槽梁和垂直设于所述绝缘槽梁之间的金属支撑梁；所述金属支撑梁两端设有垂直于其轴线方向的金属固定板，所述金属固定板为矩形板， 其四角处分别设有螺孔；所述绝缘槽梁上沿轴线方向设有与所述螺孔相对应的安装孔；所述金属固定板与所述绝缘槽梁的内侧相贴合，并通过贯穿所述螺孔和所述安装孔的螺栓与所述绝缘槽梁固定；供能组件、A型IGBT压装单元、B型IGBT压装单元和电容器组件均平行于所述绝缘槽梁。

进一步，所述A型IGBT压装单元和所述B型IGBT压装单元采用两种不同的压装形式分别压装在辅助框架内；

所述A型IGBT压装单元包括平行设于辅助框架内的水冷散热器和压装在水冷散热器之间的IGBT器件；所述IGBT器件成对分组相连，形成N组上桥臂，每组上桥臂由轴向距离最近的两个IGBT器件通过其间的水冷散热器反串联连接组成；所述上桥臂中两个IGBT器件的集电极对应相连；

所述B型IGBT压装单元包括平行设于辅助框架内的水冷散热器和压装在水冷散热器之间的IGBT器件；所述IGBT器件成对分组相连，形成N组下桥臂，每组下桥臂由轴向距离最近的两个IGBT器件通过其间的水冷散热器反串联连接组成；所述下桥臂中两个IGBT器件的发射极对应相连。

进一步，电容组件包括电容器和放电电阻；所述电容器沿平行于所述绝缘槽梁轴线的方向等距离固定在所述绝缘槽梁上；每只电容器两端通过垂直于所述绝缘槽梁的电容母排与所述A型IGBT压装单元中的上桥臂和所述B型IGBT压装单元中的下桥臂对应相连；所述放电电阻安装在所述电容母排正负极之间；

全桥模块包括所述上桥臂、所述下桥臂、所述电容器和所述放电电阻；所述上桥臂中两个IGBT器件的连接中点通过电容母排与电容器的一端电气相连，所述下桥臂中两个IGBT器件的连接中点通过电容母排与电容器的另一端电气相连；所述放电电阻与所述电容器并联；所述上桥臂中两个IGBT器件的发射极分别与所述下桥臂中两个IGBT器件的集电极通过导电母排对应电气相连。

进一步，所述A型IGBT压装单元和所述B型IGBT压装单元的上方分别安装有门极驱动单元；所述门极驱动单元固定在水冷散热器上，所述门极驱动单元的数量与所述A型IGBT压装单元和所述B型IGBT压装单元中IGBT器件的数量相等，每个门极驱动单元对应连接一个IGBT器件的门极，用于控制所述绝缘栅双极型晶体管的开通或关断。

进一步，所述A型IGBT压装单元和所述B型IGBT压装单元之间沿平行于绝缘槽梁的方向固定有等距离分布的中央控制单元；所述中央控制单元的数量等于全桥模块的数量；每个中央控制单元对应连接一个全桥模块中的电容器，用于检测电容器两端的电压。