[发明专利]一种应用于电力电子变压器的级联模组单元

说明书

本发明专利提供了一种应用于电力电子变压器的级联模组单元，包含功率模块、功率单元板、热管理组件、电流检测组件、冗余回路组件、回路连接组件、模组壳体，采用级联H桥CHB拓扑，使用星型接法进行多模块串联，解决单个电力电子器件IGBT耐压不足的问题。具有内部组件模块化程度高，装配便利；模块整体的装配方便，可以快速实现电气连接，实现热拔插功能；最大程度利用风扇的风量，模组整体散热效率高；具有冗余功能，系统的可靠性高；体积重量小，功率密度高；模组整体去金属化程度较高，爬电距离和电气间隙得以保证，模组单元的安全性高等优势。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种应用于电力电子变压器的级联模组单元。

背景技术

传统工频变压器具有体积重量大、损耗高、故障响应速度慢、波形易畸变等缺点，电力电子变压器作为新型配电设备，没有传统变压器的上述缺点，并实现电力变换、强电隔离、动态电能调节等多种功能，满足智能电网的需求。

电力电子变压器通常采用模块化级联拓扑，一般由高压模组、高频变压器、低压模组等组成。位于接近中压电网一端的高压侧模组模块与10kV电网直连，主要功能是从电网吸收直流负载所需能量并通过中间级传递给负载。现有近中压电网一端的高压侧结构形式多样，多数以整体化结构设计，存在装配不便、整体散热效率低、生产装配工期长、无法实现在线带电热拔插、整体结构金属化程度较高绝缘防护不易处理等问题。

发明内容

本发明针对现有方案存在的不足和缺陷，提供了一种应用于电力电子变压器的级联模组单元方案，解决单个电力电子器件(IGBT)耐受的电压不足；模组单元整体散热效率高；产品的生产效率及装配工艺性较高；实现了模组单元的热拔插功能；带电组件的电气间隙和爬电距离充分保证，产品的安全性有所提升；增加冗余回路，产品的可靠性有所提升。

为实现上述目的，本发明提出了一种应用于电力电子变压器的级联模组单元，包括功率模块、功率单元板、热管理组件、电流检测组件、冗余回路组件、回路连接组件、模组壳体，其中：

功率模块，为整个模组的核心组件，采用CHB+DAB的架构；

功率单元板，用以采集、解析、发送各模组状态信息；

热管理组件，用以对功率模块进行冷却；

电流检测组件，用以采集回路电流；

冗余回路组件，用以必要时冗余该模组；

回路连接组件，用以电气连接各模组内电气件以及输入输出组件；

模组壳体，用以承担结构作用。

通过模组单元的级联将10kV中压分解为单个电力电子器件(IGBT)可以耐受的电压；通过共用散热风道的设计提升了模组单元的整体散热效率；通过模块化的模组单元设计，以及为模组单元的提升了产品的生产效率及装配工艺性；通过采用柔性触指的对外连接形式，实现了模组单元的热拔插功能；通过应用SMC等绝缘材料组件替代原有的金属组件，更好的保证了带电组件的电气间隙和爬电距离，进一步提升了产品的安全性；通过增加冗余回路继电器，实现故障隔离，无缝切换；

进一步的，所述的一种应用于电力电子变压器的级联模组单元，其特征在于，所述功率模块包含CHB模块、DAB模块、散热器、电容包、散热风道、母线连接排，其中散热风道作为结构基件，CHB模块和DAB模块并列栓接在块散热器上，散热器固定在散热风道的近进风口处，电容包固定在散热风道的近出风口处，且与散热器共用散热风道进行散热；其CHB封装和DAB封装的布置位置尽量靠近模组的进风口端，以便获得更好的散热效果；CHB模块、DAB模块和电容包通过母线连接排进行电气连接。

进一步的，所述的一种应用于电力电子变压器的级联模组单元，其特征在于，所述功率模块，其特征在于，其母线连接采用叠层母排形式，为了降低母线连接的杂散电感，以降低由杂散电感引起的电压尖峰，保护IGBT模块不受损坏。