CN105895458A - 直流断路器及其转移支路用功率组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流断路器及其转移支路用功率组件，功率组件包括组件框架，组件框架上设有至少一个子模块单元，各子模块单元分别包括阀段子模块，各阀段子模块具有对应电连接以构成H桥结构的四个功率器件，子模块单元具有沿左右方向并行延伸并沿前后方向间隔分布的前列压装单元和后列压装单元，每列压装单元均包括沿左右方向依次压装固定的多个功率器件，各子模块单元中的阀段子模块沿左右方向布置有至少两个，每个阀段子模块中的两个上桥臂的功率器件布置在所述前列压装单元中、两个下桥臂的功率器件布置在所述后列压装单元中。整个功率组件结构紧凑，布局合理。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流断路器及其转移支路用功率组件。
背景技术
目前，随着IGBT制造工艺技术水平的不断提升，新型的柔性直流输电技术得到快速发展。在城市供电、海岛供电等方面具有很大发展空间和优势。多端柔性直流输电实现孤岛送电、城市之间电网互联，实现能源的最优化配置利用。但是，由于多端柔性直流输电系统彼此互联，任何一端系统出现故障，其他系统均必须退出运行。高压直流断路器的研制，可以很好解决上述问题。当柔性直流输电出现故障时，与其相连的直流断路器可以将其退出系统，不影响其他系统的正常运行。直流断路器通过转移回路将主回路的电流降至零，使快速机械开关正常断开，出现故障的柔性支路输电系统可以退出系统，进行故障检修处理，在故障排除后可重新投入使用。
在申请公布号为CN103647248A的中国发明专利申请中公开了一种高压直流快速断路器，其包括机械隔离开关、高压电子开关和中低压直流断路器，机械隔离开关与中低压直流断路器串联以形成一个支路，高压电子开关与所述支路并联，此处的高压电子开关由多个阀段串联构成，每个阀段由一个避雷器与至少一组串联的可关断大功率电子元件并联形成。正常状态下，机械隔离开关、中低压直流断路器的串联支路导通，高压电子开关回路中没有电流通过。而当高压直流线路短路故障时，中低压直流断路器首先动作，由于中低压直流断路器具有直流消弧能力，直流电流在中低压直流断路器两端产生电弧压降，此时，立即触发与其并联的高压电子开关，高压电子开关导通后，由于其导通阻抗低，直流电流被迅速转移至高压电子开关回路，相应的中低压直流断路器及机械隔离开关回路中的直流电流迅速降低，端电压也迅速降低，机械隔离开关及中低压直流断路器具备了消弧条件，并断开熄弧，使机械隔离开关具备了阻断额定直流电压的能力，然后，高压电子开关停止导通，呈高阻抗状态，断开回路中的直流电流回路。
上述的阀段可采用申请公布号为CN104701096A的中国发明专利申请中所公开的直流断路器桥式模块，该桥式模块包括支撑框架，支撑框架上设有IGBT压装单元、电容器组、控制单元及供能单元，电容器组通过层叠母排与IGBT压装单元连接，此处的IGBT压装单元包括四只压接式IGBT、水冷板式散热器、门极单元、出线母排和压装结构件，压接式IGBT与水冷板式散热器交替设置以形成阀段子模块，四只压接式IGBT对应导电连接以形成H桥结构。
由于每个桥式模块仅具有一个阀段子模块，这就需要设置多个桥式模块来满足高压电子开关的降压需要，多个上述桥式模块组装在一起时，每个阀段子模块分别配置压装结构件，导致整个高压电子开关的整体结构较为复杂，体积也较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流断路器转移支路用功率组件，以解决现有技术中存在的直接将多个桥式模块组装在一起以形成高压电子开关时整体结构较为复杂的技术问题；同时，本发明还提供一种使用上述功率组件的直流断路器。
为实现上述目的，本发明所提供的直流断路器转移支路用功率组件的技术方案是：直流断路器转移支路用功率组件，包括组件框架，组件框架上设有至少一个子模块单元，各子模块单元分别包括阀段子模块，各阀段子模块具有对应电连接以构成H桥结构的四个功率器件，所述的子模块单元具有沿左右方向并行延伸并沿前后方向间隔分布的前列压装单元和后列压装单元，每列压装单元均包括沿左右方向依次压装固定的多个功率器件，各子模块单元中的阀段子模块沿左右方向布置有至少两个，每个阀段子模块中的两个上桥臂的功率器件布置在所述前列压装单元中、两个下桥臂的功率器件布置在所述后列压装单元中。
所述的每个阀段子模块中的布置在同一列压装单元中的两个功率器件相邻，每个阀段子模块中的布置在前列压装单元中的两个功率器件与布置在后列压装单元中的两个功率器件在前后方向一一对应。
所述的功率器件为IGBT，每列压装单元包括依次间隔布置的多个水冷散热器和所述的IGBT，每个阀段子模块中的两个上桥臂的IGBT和两个下桥臂的IGBT分别通过夹设在对应两IGBT之间的水冷散热器导电连接，每个阀段子模块中的两个上桥臂与两个下桥臂通过桥接在该阀段子模块的四个IGBT外侧的相应水冷散热器之间的桥接片导电连接。
所述的组件框架上于子模块单元的前侧和/或后侧设有向所述阀段子模块的IGBT供电的取能电源。
所述的组装框架上对应每个阀段子模块分别设有一个旁路开关，该旁路开关与对应的阀段子模块并联布置，旁路开关对应布置在所述子模块单元的前侧和/或后侧。
每个阀段子模块均包括阻尼电容和/或阻尼电阻，每个阀段子模块的阻尼电容和/或阻尼电阻分别布置在所述子模块单元的前侧和/或后侧。
所述的组件框架上沿左右方向串联布置有至少两个所述的子模块单元。
所述的组件框架外侧沿组件框架周向布置有多个屏蔽罩。
组件框架包括沿前后方向间隔布置的前、后绝缘支撑梁和固设在两绝缘支撑梁上的沿左右方向间隔分布的至少两个铝支撑梁，前、后列压接单元固定在相应的铝支撑梁上。
本发明所提供的使用上述功率组件的直流断路器的技术方案是：直流断路器，包括并联的隔离开关支路和转移支路，转移支路上串联有多个功率组件，所述的功率组件沿水平方向和/或竖直方向布置，功率组件包括组件框架，组件框架上设有至少一个子模块单元，各子模块单元分别包括阀段子模块，各阀段子模块具有对应电连接以构成H桥结构的四个功率器件，所述的子模块单元具有沿左右方向并行延伸并沿前后方向间隔分布的前列压装单元和后列压装单元，每列压装单元均包括沿左右方向依次压装固定的多个功率器件，各子模块单元中的阀段子模块沿左右方向布置有至少两个，每个阀段子模块中的两个上桥臂的功率器件布置在所述前列压装单元中、两个下桥臂的功率器件布置在所述后列压装单元中。
本发明的有益效果是：本发明所提供的直流断路器功率组件中，子模块单元的阀段子模块的上桥臂的两个功率器件布置在前列压装单元中，下桥臂的两个功率器件则布置在后列压装单元上，这样可以根据实际需要沿左右方向布置有多个阀段子模块，多个阀段子模块的所有上桥臂的功率器件位于前列压接单元中，而所有下桥臂的功率器件则位于后列压接单元中，不需要为每个阀段子模块分别配置压装结构件，进而可有效简化功率组件的整体结构。
进一步地，每个阀段子模块并联一个旁路开关，这样可以实现转移支路的冗余设计，在任何一个阀段子模块出现故障时，旁路开关可以将其短接，不影响其他阀段子模块的正常工作。
进一步地，阀段子模块的阻尼电容和阻尼电阻对应布置在子模块单元的前侧和/或后侧，这样可以方便实现阻尼电容和阻尼电阻与各阀段子模块的功率器件的对应连接。
进一步地，在组件框架的外侧设置屏蔽罩，屏蔽罩间隔均布，这样不仅安装方便，而且可减轻整个功率组件的重量。
附图说明
图1为本发明所提供的直流断路器转移支路用功率组件的一种实施例的结构示意图；
图2为图1所示功率组件的主视图；
图3为图1所示功率组件的电气原理图；
图4为使用图1所示功率组件的直流断路器的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明所提供的直流断路器转移支路用功率组件的具体实施例，如图1至图3所示，该实施例中的功率组件包括组件框架100，组件框架100上布置有左右两个子模块单元200，每个子模块单元200分别包括8个阀段子模块，每个阀段子模块300分别具有对应连接以构成H桥结构的四个功率器件，此处的功率器件为IGBT13，两个子模块单元200的阀段子模块300依次串联。
实际上，本实施例中，每个子模块单元分别具有沿沿左右方向并行延伸并沿前后方向间隔分布的前列压装单元10和后列压装单元11，每列压装单元均包括沿左右方向依次压装固定的多个IGBT13和水冷散热器14以及相应的压装结构，压装结构包括位于两端的两压装板和设置于两压装板之间的绝缘拉杆。
每个阀段子模块中的两个上桥臂的IGBT布置在前列压装单元10中、两个下桥臂的IGBT布置在后列压装单元11中。而且，同一阀段子模块中的布置在同一列压装单元中的两个IGBT相邻，每个阀段子模块中的布置在前列压装单元中的两个IGBT与布置在后列压装单元中的两个IGBT在前后方向一一对应。
每个阀段子模块均包括四个IGBT和与四个IGBT对应间隔布置的六个水冷散热器，四个IGBT包括布置在前列压装单元10中的两个前列IGBT和布置在后列压装单元中的两个后列IGBT，六个水冷散热器则包括布置在前列压装单元中的三个前列散热器和布置在后列压装单元中的三个后列散热器。本实施例中，相邻的两个阀段子模块共用两个位于外侧的水冷散热器。
实际上，每个阀段子模块的两上桥臂的前列IGBT通过位于两前列IGBT之间的前列散热器导电连接，两下桥臂的后列IGBT通过位于两后列IGBT之间的后列散热器导电连接。
而且，每个阀段子模块的位于两前列IGBT两外侧的两个前列IGBT与位于两后列IGBT外侧的两个后列IGBT一一对应的通过桥接片12导电连接，以实现每个发段子模块的两个上桥臂与两个下桥臂之间的导电连接。
此处的组件框架实际上包括两绝缘支撑梁2和三个铝支撑梁5，两绝缘支撑梁2包括沿前后方向间隔布置并沿左右方向并行延伸的前绝缘支撑梁和后绝缘支撑梁，两绝缘支撑梁包括沿前后方向间隔布置并沿左右方向并行延伸的前绝缘支撑梁和后绝缘支撑梁，两绝缘支撑梁均为U形，三个铝支撑梁5为沿左右方向间隔布置并沿前后方形并行延伸的左支撑梁、中部支撑梁和右支撑梁，两个子模块单元的其中一个子模块单元的两列压装单元固定安装在左支撑梁和中部支撑梁之间，另一个子模块单元的两列压装单元固定安装在中部支撑梁和右支撑梁之间。
实际上，在组装框架上对应每个阀段子模块分别设有一个旁路开关3，该旁路开关3于对应的阀段子模块300并联布置，本实施例的组装框架上共设有16个旁路开关3以与两个子模块单元中的16个阀段子模块相应，16个旁路开关对应的布置在子模块单元的前后两侧。
而且，实际上，每个阀段子模块均包括阻尼电容7和阻尼电阻6，每个阀段子模块的阻尼电容和阻尼电阻分别布置在子模块单元的前侧。
另外，组件框架上于子模块单元的后侧设有向阀段子模块中的IGBT供电的取能电源9，取能电源9对应与阀段子模块中的IGBT驱动8导电连接以实现对相应IGBT的驱动。
另外，在组件框架400的外侧设置屏蔽罩1，屏蔽罩1沿组件框架的周向间隔均布有多个。
本实施例所提供的功率组件中，每个子模块单元分别具有两列压装单元，以形成多个阀段子模块，前后列压装单元中的IGBT对应导电连接以构成H桥，而且，旁路开关、阻尼电容和阻尼电阻对应布置在子模块单元的前侧和后侧，不影响沿左右方向延伸的压接单元的布置。整个功率组件结构紧凑，布局合理，同时，也方便实现功率组件内部器件的对应导电接线。
本实施例中，功率器件采用IGBT，在其他实施例中，也可采用IGCT。
本实施例中，旁路开关对应布置在子模块单元的前侧和后侧，在其他实施例中，也可仅子模块单元的前侧或后侧。
本实施例中，各阀段子模块的阻尼电阻和阻尼电容布置在子模块单元的前侧，在其他实施例中，也可以布置在子模块单元的前侧和后侧，或者是直接布置在后侧，可使得阻尼电阻和阻尼电容沿左右方向排布布置。
本实施例中，组件框架上设有两个子模块单元，在其他实施例中，可设置一个子模块单元或者两个以上的子模块单元。
本实施例中，压接单元中压装结构可采用申请公布号为CN104701096A中压接单元的压装结构，也可采用现有技术中常用的阀段压接结构。
如图4所示，一种直流断路器的实施例，该实施例中的直流断路器包括并联的隔离开关支路和转移支路，转移支路上串联有多个功率组件500，此处的功率组件500沿水平方向布置有两列，每列沿竖直方向布置有多个，每个功率组件的结构如图1至图3所示，在此不再赘述，多个功率组件的相应阀段子模块对应导电串联。在其他实施例中，也可使功率组件仅沿水平方向或竖直方向布置。
Claims (10)
1.直流断路器转移支路用功率组件，包括组件框架，组件框架上设有至少一个子模块单元，各子模块单元分别包括阀段子模块，各阀段子模块具有对应电连接以构成H桥结构的四个功率器件，其特征在于：所述的子模块单元具有沿左右方向并行延伸并沿前后方向间隔分布的前列压装单元和后列压装单元，每列压装单元均包括沿左右方向依次压装固定的多个功率器件，各子模块单元中的阀段子模块沿左右方向布置有至少两个，每个阀段子模块中的两个上桥臂的功率器件布置在所述前列压装单元中、两个下桥臂的功率器件布置在所述后列压装单元中。
2.根据权利要求1所述的直流断路器转移支路用功率组件，其特征在于：所述的每个阀段子模块中的布置在同一列压装单元中的两个功率器件相邻，每个阀段子模块中的布置在前列压装单元中的两个功率器件与布置在后列压装单元中的两个功率器件在前后方向一一对应。
3.根据权利要求2所述的直流断路器转移支路用功率组件，其特征在于：所述的功率器件为IGBT，每列压装单元包括依次间隔布置的多个水冷散热器和所述的IGBT，每个阀段子模块中的两个上桥臂的IGBT和两个下桥臂的IGBT分别通过夹设在对应两IGBT之间的水冷散热器导电连接，每个阀段子模块中的两个上桥臂与两个下桥臂通过桥接在该阀段子模块的四个IGBT外侧的相应水冷散热器之间的桥接片导电连接。
4.根据权利要求3所述的直流断路器转移支路用功率组件，其特征在于：所述的组件框架上于子模块单元的前侧和/或后侧设有向所述阀段子模块的IGBT供电的取能电源。
5.根据权利要求1所述的直流断路器转移支路用功率组件，其特征在于：所述的组装框架上对应每个阀段子模块分别设有一个旁路开关，该旁路开关与对应的阀段子模块并联布置，旁路开关对应布置在所述子模块单元的前侧和/或后侧。
6.根据权利要求1所述的直流断路器转移支路用功率组件，其特征在于：每个阀段子模块均包括阻尼电容和/或阻尼电阻，每个阀段子模块的阻尼电容和/或阻尼电阻分别布置在所述子模块单元的前侧和/或后侧。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的直流断路器转移支路用功率组件，其特征在于：所述的组件框架上沿左右方向串联布置有至少两个所述的子模块单元。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的直流断路器转移支路用功率组件，其特征在于：所述的组件框架外侧沿组件框架周向布置有多个屏蔽罩。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的直流断路器转移支路用功率组件，其特征在于：组件框架包括沿前后方向间隔布置的前、后绝缘支撑梁和固设在两绝缘支撑梁上的沿左右方向间隔分布的至少两个铝支撑梁，前、后列压接单元固定在相应的铝支撑梁上。
10.直流断路器，包括并联的隔离开关支路和转移支路，转移支路上串联有多个功率组件，其特征在于：所述的功率组件沿水平方向和/或竖直方向布置，每个功率组件均采用如权利要求1至9中任意一项所述的功率组件。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160824 |