CN106558575B - 一种轻型紧凑化柔性直流输电用换流阀及其换流阀组件 - Google Patents

一种轻型紧凑化柔性直流输电用换流阀及其换流阀组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种轻型紧凑化柔性直流输电用换流阀及其换流阀组件，所述换流阀组件包括安装架、至少一个IGBT单元和至少一个晶闸管单元，IGBT单元的IGBT和散热器通过IGBT弹簧压接结构压接在一起，晶闸管单元的晶闸管通过晶闸管弹簧压接结构进行压接，IGBT弹簧压接结构设于所述安装架上。IGBT单元中的IGBT和散热器是通过IGBT弹簧压接结构进行压接的，晶闸管单元中的晶闸管是通过晶闸管弹簧压接结构进行压接的，IGBT单元和晶闸管单元是独立压接的，与现有技术中将IGBT和晶闸管压接在一起相比，只需要分别考虑IGBT单元所需的压紧力和晶闸管单元所需的压紧力即可，便于控制压紧力，压接过程简单易操作。

Description

一种轻型紧凑化柔性直流输电用换流阀及其换流阀组件
技术领域
本发明涉及一种轻型紧凑化柔性直流输电用换流阀及其换流阀组件。
背景技术
柔性直流输电技术是一种以电压源变流器、可关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术采用了全控型的电力电子器件IGBT，系统反应速度快、可控性较好、运行方式灵活，能够减少系统短路容量，提高电能质量。在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。
现有的国内外的柔性直流输电换流阀子模块多采用单模块独立插装式结构，IGBT多选用传统型的IGBT。申请公布日为2013年10月16日、申请公布号为CN103354232A的中国发明专利申请中就公开了一种用于柔性直流输电的并联子模块，这种并联子模块包括电容、两个IGBT功率单元和两个主母排，每个IGBT功率单元包括散热器、并联的两个以上的IGBT子模块及其控制回路，每个功率单元还包括复合母排，电容通过复合母排上端电容连接端与对应的IGBT功率单元连接，两个主母排分别通过两复合母排上设有的出线端与对应的IGBT功率单元连接，并且，在两主母排之间导电连接有晶闸管。
这种并联子模块作为独立子模块使用，由于各子模块中IGBT和晶闸管布局问题，只能将单模块作为一个单独的整体插装固定在安装基体上，需要对每个单模块采用压接固定结构装夹固定。这种独立子模块安装结构存在以下重大弊端：第一，由于每个独立子模块需要单独压接，压接元器件种类、数量繁多，安装任务繁重，成本高；第二，每个独立子模块之间要求结构独立，为保证绝缘间距，整体阀组件尺寸设计要求庞大，增加了换流阀阀塔的外形尺寸；第三，子模块内部及子模块间走线复杂，需要考虑内部电气绝缘距离要求，增加组件设计难度，结构设计繁琐。
申请公布日为2015年10月28日、申请公布号为CN105006474A的一篇发明专利公开了一种柔性直流输电用换流阀组件及其IGBT子模块，该换流阀组件包括安装框架，安装框架上设有弹簧压接结构，弹簧压接结构包括中间框架和两端板，两端板的其中一个上设有碟簧结构，另一个端板上设有压紧结构，中间框架上安装有沿左右方向依次相间布置的至少两个子模块和模块间绝缘挡块，各子模块分别包括2个IGBT、3个散热器及1个晶闸管，2个IGBT 和3个散热器沿左右方向依次相互间隔布置，1个晶闸管设置在最右侧散热器的外侧，晶闸管对应贴面固定安装在最右侧散热器的外侧面上，晶闸管右侧设有用于与所述最右侧散热器配合以夹紧晶闸管的导电铝排。通过弹簧压接结构中的碟簧结构和压紧结构可以串联压接多个子模块，可以有效简化整个换流阀组件中子模块的压装固定结构。
上述的换流阀组件将晶闸管与IGBT压接在一起组成一个大的阀段，阀段尺寸较长，又由于晶闸管与IGBT尺寸不一致，外形不美观，而且由于晶闸管和IGBT在压接时能够承受的压紧力不同，压接过程中不容易控制压紧力的大小，使阀段压接困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种换流阀组件，以解决同时压接晶闸管和IGBT时压接困难的问题，目的还在于提供一种包括上述换流阀组件的轻型紧凑化柔性直流输电用换流阀。
为实现上述目的，本发明换流阀组件的技术方案是：一种换流阀组件，包括安装架、至少一个IGBT单元和至少一个晶闸管单元，IGBT单元的IGBT和散热器通过IGBT弹簧压接结构压接在一起，晶闸管单元的晶闸管通过晶闸管弹簧压接结构进行压接，IGBT弹簧压接结构设于所述安装架上。
IGBT单元的数量为多个，相邻两个IGBT单元通过绝缘件隔开，IGBT弹簧压接结构包括一个IGBT弹簧压接单元，各IGBT单元被一个IGBT弹簧压接单元压接在一起。
晶闸管单元的数量为多个，晶闸管弹簧压接结构包括与晶闸管单元数量相同的多个晶闸管弹簧压接单元，每个晶闸管单元的晶闸管被对应的晶闸管弹簧压接单元压接。
IGBT单元的数量为多个且串联连接，晶闸管单元的数量为多个且串联连接，多个IGBT单元和多个晶闸管单元之间并联。
IGBT单元和晶闸管单元的数量均为多个且形成了沿左右方向延伸的串状结构，晶闸管单元位于IGBT单元的下方。
晶闸管单元位于安装架形成的框架内，IGBT单元通过支撑板安装在安装架的上方以提升IGBT单元的高度。
每个IGBT单元上对应一个控制单元，多个控制单元形成了沿左右方向延伸的串状结构，控制单元位于IGBT单元的上方，IGBT单元中的散热器上设有用于安装对应控制单元的安装支架。
安装架上还设有分别与IGBT单元一一对应的电容单元，多个电容单元构成了沿左右方向延伸的串状结构，电容单元位于IGBT单元的后方。
安装架包括用于安装IGBT单元的可与相邻换流阀组件进行导通的导电支撑梁，安装架还包括用于安装电容的绝缘支撑梁，绝缘支撑梁上设有用于导向安装电容的导轨，所述导轨上安装有滚珠。
本发明轻型紧凑化柔性直流输电用换流阀的技术方案是：一种柔性直流输电用换流阀，包括至少两个换流阀组件，换流阀组件的结构与上述换流阀组件的结构一致。
本发明的有益效果是：IGBT单元中的IGBT和散热器是通过IGBT弹簧压接结构进行压接的，晶闸管单元中的晶闸管是通过晶闸管弹簧压接结构进行压接的，IGBT弹簧压接结构和晶闸管弹簧压接结构为两个独立的弹簧压接结构，IGBT单元和晶闸管单元是独立压接的，与现有技术中将IGBT和晶闸管压接在一起相比，只需要分别考虑IGBT单元所需的压紧力和晶闸管单元所需的压紧力即可，便于控制压紧力，压接过程简单易操作。
附图说明
图1为本发明换流阀组件实施例的示意图；
图2为本发明换流阀组件实施例安装架的示意图；
图3为本发明换流阀组件实施例IGBT组件的示意图；
图4为本发明换流阀组件实施例控制件的示意图；
图5为本发明换流阀组件实施例晶闸管单独压接的示意图。
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。
本发明换流阀组件的具体实施例，如图1至图5所示，其中，1为安装架，安装架1包括左侧支撑梁11、导轨12、滚珠13、第一绝缘支撑梁14、右侧支撑梁15和第二绝缘支撑梁16；2为IGBT组件，IGBT组件2包括调整螺栓6、左端板20、绝缘格栅21、散热器22、绝缘柱23、IGBT24、控制单元快装支架25、绝缘杆26、水管27、碟簧28和右端板29；3为控制组件，控制组件3包括第一壳体31、第一供电及控制电源32、第一电路板33、第二供电及控制电源34、第二电路板35和第二壳体36；4为晶闸管组件，晶闸管组件4包括母排41、端板42、碟簧43、旁路开关44、安装板45、压紧螺柱46和晶闸管47；5为电容组件。
安装架1中左侧支撑梁11、右侧支撑梁15、第一绝缘支撑梁14和第二绝缘支撑梁16组成了外围框架，第一绝缘支撑梁14和第二绝缘支撑梁16沿左右方向延伸，第一绝缘支撑梁14的数量为三个且相互平行，第一绝缘支撑梁14上设有沿前后方向延伸的导轨12，导轨12的数量为多个并且平行间隔设置在左右方向上。导轨12的上表面上开设有凹槽（图中未标记），凹槽内嵌有滚珠13。导轨12的设置主要是为了在安装时方便推动电容，由于电容的重量较大，内嵌滚珠13可以使安装和维护时能够实现快速推拉，同时导轨能够对电容的推拉进行限位，提高电容的组装效率。
IGBT组件2包括多个IGBT单元和相邻两个IGBT单元之间的绝缘柱23，IGBT单元包括IGBT24和IGBT24两侧的散热器22，多个IGBT单元和绝缘柱23呈沿左右方向延伸的串状。IGBT单元及绝缘柱23是通过IGBT弹簧压接结构的IGBT弹簧压接单元进行压接的，本实施例中，IGBT弹簧压接单元的数量为一个，IGBT弹簧压接单元包括由左端板20、右端板29、四根绝缘杆26、碟簧28组成的压紧框架，在左端板20的右端固定有导向套7，导向套7内滑动安装有传动轴8，左端板20设有左右方向贯穿的螺纹孔，螺纹孔中穿装有调整螺栓6，调整螺栓6的右端设有球头（图中未显示），球头可以推动传动轴8在导向套7中左右滑动。右端板29的内侧固定有碟簧28。在左端板20和右端板29之间安装有多个由IGBT24和IGBT24左右两侧的散热器22组成的IGBT单元，相邻两个IGBT单元之间设有绝缘柱23，绝缘柱23能够增大相邻两个IGBT单元之间的电气爬距，提高电气性能和相邻IGBT单元之间的绝缘性能。最左侧的IGBT单元和传动轴8之间设有绝缘格栅21，绝缘格栅21能够增大IGBT组件与相邻的IGBT组件之间的绝缘距离。安装时，通过调节调整螺栓6对IGBT单元进行压紧，使IGBT和散热器能够紧密接触并导通。在散热器上设有伸出压紧框架外的导电排9，各导电排9与相邻IGBT单元的导电排9进行连接实现串联。每个IGBT单元的散热器22上还设有控制单元快装支架25，便于将控制单元快速一一对应安装在每个IGBT单元的上端。多个散热器22之间为串联循环散热，各散热器22连接有水管27实现循环散热。
控制组件3包括多个控制单元，控制单元3包括第一壳体31和第二壳体36，两个壳体共同组成了封闭的壳体结构，壳体结构起到了很好的防水、防尘作用，第一电路板33、第二电路板35、第一供电及控制电源32和第二供电及控制电源34集成化安装，使控制单元的整体结构紧凑，外观精巧。每个控制单元对应一个IGBT单元，通过螺栓与控制单元快装支架25实现快速连接，安装和维护便利、可靠。
晶闸管组件4包括多个晶闸管单元，各晶闸管单元沿左右方向分布，每个晶闸管单元包括一个晶闸管，每个晶闸管对应一个晶闸管压接单元，各晶闸管压接单元共同组成了晶闸管压接结构。晶闸管压接单元包括端板42，端板42包括左、右两个端板，其中一个端板上设有碟簧43，左右端板和碟簧43一起通过压紧螺柱46的压紧作用将晶闸管47压紧在左右端板之间，晶闸管47伸出两个母排41，相邻的两个晶闸管单元通过母排41进行串联共同形成了晶闸管组件4。每个晶闸管还对应有安装板45和旁路开关44，旁路开关44用于对单个晶闸管进行控制。
在IGBT组件2的后方还设有电容组件5，电容组件5包括多个沿左右方向分布的电容，每个电容对应一个IGBT单元。
换流阀组件包括安装架1、IGBT组件2、控制组件3、晶闸管组件4和电容组件5，晶闸管组件4被压紧在左侧支撑梁11和右侧支撑梁15之间，在左侧支撑梁11和右侧支撑梁15安装支撑板，支撑板的高度不小于晶闸管组件4的高度，在支撑板上安装IGBT组件，使IGBT组件的左端板20和右端板29固定在支撑板上，IGBT组件通过支撑板固定在安装架上。安装时需要保证IGBT组件安装在晶闸管组件4的上方时两者在结构上互不干涉。在IGBT组件的上方与IGBT单元一一对应安装控制单元，多个控制单元共同组成了控制组件3。在IGBT组件2的后方安装有与IGBT单元一一对应的电容，多个电容组成了电容组件。
安装时，首先将IGBT组件中的多个IGBT单元和相邻IGBT单元中的绝缘柱通过一个IGBT压接单元进行压接，将晶闸管组件中每个晶闸管单元的晶闸管分别通过对应的晶闸管压接单元进行压接，之后将电容通过导轨安装在安装架的后部，然后安装晶闸管组件，再安装IGBT组件，最后安装控制单元，并完成各单元之间的电气连接。
本实施例中，安装架中的左侧支撑梁11和右侧支撑梁15为导电结构，构成了导电支撑梁，将晶闸管组件的母排和IGBT组件的导电排接在左右两侧的支撑梁上即可实现导电，晶闸管组件和IGBT组件之间为并联关系，通过左右两侧的支撑梁直接对外实现换流阀组件间的电气连接，减少了很多繁琐的母排及固定支撑件，有利于简化换流阀的结构。
本实施例中，IGBT和IGBT两侧的散热器构成了IGBT单元，IGBT弹簧压接结构包括一个IGBT弹簧压接单元，一个IGBT弹簧压接单元将所有的IGBT单元及单元间的绝缘柱压紧在一起。在其他实施例中，IGBT弹簧压接结构可以包括多个IGBT弹簧压接单元，一个IGBT弹簧压接单元对应一个IGBT单元，之后将单独压接后的IGBT单元再串联在一起构成IGBT组件。
本实施例中，每个晶闸管单元对应一个晶闸管压接单元，多个晶闸管压接单元共同组成了晶闸管压接结构。在其他实施例中，可以将多个晶闸管单元沿直线分布，并在两侧对多个晶闸管单元实现共同压接，此时，一个晶闸管压接结构只包括一个晶闸管压接单元。
本实施例中，IGBT弹簧压接单元包括调整螺栓、导向套、传动轴、左端板、右端板和碟簧。
在本发明的其他实施例中，IGBT组件、晶闸管组件、控制组件和电容组件的位置可以实际情况进行调整。
本发明轻型紧凑化柔性直流输电用换流阀的具体实施例，轻型紧凑化柔性直流输电用换流阀包括至少两个换流阀组件，换流阀组件与上述的换流阀组件的结构一致，其内容在此不再赘述。

Claims (9)

1.一种换流阀组件，包括安装架、至少一个IGBT单元和至少一个晶闸管单元，其特征在于：IGBT单元的IGBT和散热器通过IGBT弹簧压接结构压接在一起，晶闸管单元的晶闸管通过晶闸管弹簧压接结构进行压接，IGBT弹簧压接结构设于所述安装架上，晶闸管单元的数量为多个，晶闸管弹簧压接结构包括与晶闸管单元数量相同的多个晶闸管弹簧压接单元，每个晶闸管单元的晶闸管被对应的晶闸管弹簧压接单元压接。
2.根据权利要求1所述的换流阀组件，其特征在于：IGBT单元的数量为多个，相邻两个IGBT单元通过绝缘件隔开，IGBT弹簧压接结构包括一个IGBT弹簧压接单元，各IGBT单元被一个IGBT弹簧压接单元压接在一起。
3.根据权利要求1所述的换流阀组件，其特征在于：IGBT单元的数量为多个且在左右方向上依次布置的同时还依次导电串联连接，晶闸管单元的数量为多个且在左右方向上依次布置的同时还依次导电串联连接，多个IGBT单元和多个晶闸管单元之间在上下方向上并列布置的同时还并联导电连接。
4.根据权利要求1所述的换流阀组件，其特征在于：IGBT单元和晶闸管单元的数量均为多个且形成了沿左右方向延伸的串状结构，晶闸管单元位于IGBT单元的下方。
5.根据权利要求4所述的换流阀组件，其特征在于：晶闸管单元在左右方向上位于安装架形成的框架内，IGBT单元通过支撑板安装在安装架的上方以提升IGBT单元的高度。
6.根据权利要求4所述的换流阀组件，其特征在于：每个IGBT单元上对应一个控制单元，多个控制单元形成了沿左右方向延伸的串状结构，控制单元位于IGBT单元的上方，IGBT单元中的散热器上设有用于安装对应控制单元的安装支架。
7.根据权利要求4所述的换流阀组件，其特征在于：安装架上还设有分别与IGBT单元一一对应的电容单元，多个电容单元构成了沿左右方向延伸的串状结构，电容单元位于IGBT单元的后方。
8.根据权利要求1所述的换流阀组件，其特征在于：安装架包括用于安装IGBT单元的可与相邻换流阀组件进行导通的导电支撑梁，安装架还包括用于安装电容的绝缘支撑梁，绝缘支撑梁上设有用于导向安装电容的导轨，所述导轨上安装有滚珠。
9.一种轻型紧凑化柔性直流输电用换流阀，其特征在于：包括至少两个权利要求1-8任一项所述的换流阀组件。
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