[发明专利]应用于MMC的大功率电力电子器件及其操作方法

说明书

一种应用于MMC的大功率电力电子器件及其操作方法。电力电子器件包括并联的IGCT器件和IGBT器件，IGCT器件和IGBT器件具有同等电压等级、一定电流等级比例；进一步，可以将IGCT器件和IGBT器件封装到特殊设计的器件管壳内，进而减小两器件间的杂散电感。此应用于MMC的大功率电力电子器件能够降低整体通态压降，提高MMC的工作效率；降低损耗，减小整体器件体积，降低成本。

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及到电力电子器件，特别涉及一种应用于MMC的大功率电力电子器件。

背景技术

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,简称MMC)由于具有非常高的转换效率、极低的输出电压谐波含量、很小的滤波器体积、模块化特点、安装维护容易等诸多优点获得了人们的广泛关注，使其十分适用于高压大功率电能变换的场合。

在实际应用中，MMC的子模块的关键功率元件通常采用绝缘栅双极型晶体管(Insulatedgate bipolar transistor,简称IGBT)器件。现有技术中，基于IGBT器件的MMC存在以下缺点：

(1)通态压降高，导致通态损耗大；

(2)模块式IGBT器件失效后呈断路状态，在串联冗余的情况下，为保证其他子模块仍正常工作，需要在子模块两端并联双向晶闸管和机械开关，成本高、损耗大、控制复杂；

(3)压接型IGBT器件失效后虽然呈短路状态，但并不能保证失效长期短路的可靠性，并且成本过高。

现有技术中，集成门极换流晶闸管(The Integrated Gate CommutatedThyristor，简称IGCT)器件的通态压降远低于IGBT器件，低通态损耗在MMC等低开关频率的应用中优势明显。并且IGCT器件失效后呈可靠地短路特性，易于模块串联。此外，IGCT器件制造工艺相对简单，成本远低于IGBT器件。

但若在MMC中应用IGCT器件，对反向并联的续流快恢复二极管的要求很高。其原因在于，IGCT器件为电流型器件，开通速度快并且不可控，一个IGCT开通期间过高的电流变化率(di/dt)将导致桥臂另一个IGCT并联的反向续流二极管产生过高的反向恢复电流，进而失效损坏，因此一般需要在IGCT器件外部设置阳极电抗吸收电路以减小开通的电流变化率(di/dt)，保护二极管，因而增大了体积、增加了成本和损耗。

发明内容

解决现有技术方案的缺陷与不足，本发明提出一种应用于MMC的新型大功率电力电子器件，将同等电压等级、一定电流等级比例的IGCT和IGBT进行并联，既可以简单的将IGCT器件和IGBT器件并联。进一步，考虑尽量减小两器件间的杂散电感，也可以将IGCT芯片和IGBT芯片封装到特殊设计的器件管壳内，形成新的器件。

其中，IGBT芯片是指没有封装的晶片，实现IGBT功能；IGBT部件封装在管壳后的整体叫做IGBT器件。

本专利的第一种是将IGBT器件和IGCT器件外部并联，即将两种封装后的管壳在外部并联在一起。

第二种是使用一种新型管壳，将并联的IGBT芯片和GCT芯片封装在同一个器件管壳内。

技术方案如下：

一种大功率电力电子器件，应用于模块化多电平换流器MMC，

包括绝缘栅双极型晶体管IGBT器件和集成门极换流晶闸管IGCT器件；

其中，所述IGBT器件的集电极与所述IGCT器件的阳极并联引出正极出线端；所述IGBT器件的发射极与所述IGCT器件的阴极并联引出负极出线端；

所述IGBT器件与IGCT器件的电压等级同等，电流等级成比例。