[发明专利]功率转换器子模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于功率转换器的子模块，具体来说，用于电压源转换器的子模块，其在母排线的端子和所述子模块的部件的端子之间具有柔性连接器，所述子模块例如电容器或绝缘栅双极晶体管(Insulated-Gate Bipolar Transistor，IGBT)。

背景技术

高压直流电(high-voltage direct current，HVDC)电力传输使用直流电以供电力传输。这是更普遍的交流电电力传输的替代方案。使用HVDC电力传输存在许多益处。HVDC对远距离电力传输和/或在不同频率下操作的互连交流电(alternating current，AC)网络特别有用。

越来越多地提出将电压源换流器(voltage source converter，VSC)用于HVDC传输。VSC使用开关元件，例如IGBT，它们可独立于任何连接的AC系统而进行可控制的打开和关闭。在被称为模块化多电平转换器(module multilevel converter，MMC)的一种VSC形式中，将AC端连接到DC端的每一阀包括串联连接的一系列子模块(或单元)，每一子模块包括储能元件如电容器，以及开关布置，所述开关布置可进行控制以便在子模块的端子之间串联连接储能元件或旁路储能元件。阀的子模块经控制以在不同时间连接或旁路它们相应的储能元件，以便随着时间推移使阀的电压差变化。通过使用相对较大数目的子模块和适当定时所述开关，所述阀可以合成近似正弦波且包括低水平谐波失真的步进波形。如所属领域的技术人员将理解，存在各种MMC设计。例如，MMC可为半桥式MMC或全桥式MMC。在半桥式MMC中，子模块的储能元件与半桥式开关布置连接，从而允许旁路或连接储能元件以在子模块的端子处提供具有给定极性的电压。在全桥式MMC中，子模块的储能元件与全桥式开关布置连接，从而允许旁路或连接储能元件以在子模块的端子处提供具有任一极性的电压。

先前考虑的子模块包括层压母排线，其至少具有正极板、负极板和交流电(alternating current，AC)板。在半桥式布置中，呈电容器形式的储能元件连接到母排线上的端子，并且两个开关元件如IGBT连接到母排线上的端子。因穿过子模块的可高达2000A(安培)的高电流负载而使用母排线，并且对母排线进行层压以使电感最小化。

母排线的端子和电容器与IGBT的对应端子之间的连接器同时提电气和刚性支撑连接。

然而，由于新HVDC VSC的额定功率增加，设备处于不断增加的电负载下。高电负载可在母排线、电容器、IGBT以及它们之间的连接器中产生高热负载。例如，在操作期间，母排线可达到高达100℃。另外，由于取决于子模块的配置和操作，端子之间的电流负载不同，不同端子的热负载不同。此热负载可因热膨胀而将应力施加到子模块中的部件和连接中，这可损坏电容器和/或IGBT内的敏感部件，所述敏感部件一般作为商用现货(commercial off-the-shelf，COTS)商品(即，其可能不是专门针对HVDC VSC设计)。

另外，此类热负载可由于与各个端子的位置和大小相关的容差错不匹配和/或累积而添加到施加在子模块中的部件和连接中的现有应力，这可产生转换器部件内的端子和/或内部部件(即IGBT或电容器内的部件)的损坏。例如，部件之间的个别连接之间的在指定容差内的轻微不精确可在经组装子模块中的所有多个连接上相加(或“叠加”)，以使得在待连接的两个端子之间存在更大的累积的不精确。具体来说，此类不精确或偏移可在电容器和母排线之间、母排线和IGBT之间以及IGBT和冷却板之间的所有连接上叠加或相加。

因此，需要提供一种改善的子模块。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种用于功率转换器模块(a power converter module)的子模块(a sub-module)，所述子模块包括：具有母排线端子(a busbar terminal)的母排线(busbar)；具有部件端子(a component terminal)的转换器部件(a converter component)；以及连接到所述母排线端子和所述部件端子以在其间形成电连接的柔性连接器(a flexible connector)，所述连接器(connector)在所述母排线端子和所述部件端子之间沿着第一轴延伸；其中所述连接器是柔性的以使得在所述母排线端子和所述部件端子之间存在至少一个自由度。