CN114679031A - 固态变压器功率单元及变电站 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种固态变压器功率单元及变电站，属于电力技术领域。固态变压器功率单元包括单独封装的高压输入模块、中间隔离模块和低压输出模块；高压输入模块包括第一壳体，位于第一壳体内并联连接的整流子模块、逆变子模块和直流支撑电容组；整流子模块的第一输入端和第二输入端从第一壳体伸出，逆变子模块的第一输出端和第二输出端从第一壳体伸出；低压输出模块结构与高压输入模块相同；中间隔离模块位于高压输入模块和低压输出模块之间，包括第二壳体，位于第二壳体内的高频变压器；高频变压器的第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端从第二壳体伸出。根据本申请实施例能够降低固态变压器功率单元及变电站的安装难度、维护难度。

Description

固态变压器功率单元及变电站

技术领域

本申请属于电力技术领域，尤其涉及一种固态变压器功率单元及变电站。

背景技术

随着电网技术的发展和对电能需求的增长，工频电力变压器作为电网的关键设备，功能局限性愈加明显，难以满足电网的发展要求。固态变压器是一种将电力电子变换技术与中高频电磁耦合技术相结合的新型可控型电力变压器，可互联不同电压等级的输电网和配电网，能够满足电网的发展要求。

固态变压器可由多个封装的功率单元组成。将高压输入级电路、中间隔离级电路和低压输出级电路封装为一个功率单元。由于功率单元中的电路结构较为负载，导致功率单元体积较大，使得功率单元的安装、维护难度都较大。

发明内容

本申请实施例提供一种固态变压器功率单元及变电站，能够降低功率单元、变电站的安装难度和维护难度。

第一方面，本申请实施例提供一种固态变压器功率单元，包括单独封装的高压输入模块、中间隔离模块和低压输出模块；高压输入模块包括第一壳体，以及位于第一壳体内并联连接的整流子模块、逆变子模块和直流支撑电容组；整流子模块的第一输入端和第二输入端从第一壳体伸出，逆变子模块的第一输出端和第二输出端从第一壳体伸出；低压输出模块与高压输入模块的结构相同；中间隔离模块位于高压输入模块和低压输出模块之间，中间隔离模块包括第二壳体，以及位于第二壳体内的高频变压器；高频变压器的第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端从第二壳体伸出，高频变压器的第一输入端以及第二输入端与高压输入模块中逆变子模块的第一输出端以及第二输出端分别对应电连接，高频变压器的第一输出端以及第二输出端与低压输出模块中整流子模块的第一输入端以及第二输入端分别对应电连接。

在一些可能的实施例中，高压输入模块还包括位于第一壳体内的水冷结构。

在一些可能的实施例中，水冷结构包括水冷板，水冷板具有进水口和出水口，进水口和出水口伸出第一壳体，整流子模块和逆变子模块设置于水冷板一侧，直流支撑电容组位于水冷板另一侧；高压输入模块中水冷板的进水口，与低压输出模块中水冷板的出水口通过第一连接水管连通。

在一些可能的实施例中，高压输入模块还包括位于第一壳体内的叠层母排，叠层母排与直流支撑电容组连接，叠层母排还与整流子模块以及逆变子模块连接，且叠层母排与由整流子模块和逆变子模块形成的平面垂直。

在一些可能的实施例中，整流子模块包括两个半桥IGBT器件组，逆变子模块包括两个半桥IGBT器件组。

在一些可能的实施例中，高压输入模块还包括在整流子模块和逆变子模块背向水冷板一侧设置的驱动控制电路板组。

在一些可能的实施例中，沿整流子模块和逆变子模块背向水冷板的方向，驱动控制电路板组包括层叠设置的第一驱动电路板、第二驱动电路板和控制电路板。

在一些可能的实施例中，第一驱动电路板包括半桥IGBT器件组各自对应的第一电路，每个第一电路在第一驱动电路板上对应电连接有两个第一接线端子。

在一些可能的实施例中，第二驱动电路板包括半桥IGBT器件组各自对应的隔离驱动器，每个隔离驱动器在第二驱动电路板上对应电连接有两个第二接线端子和一个第三接线端子，与同一半桥IGBT器件组对应的第一接线端子和第二接线端子电连接。

在一些可能的实施例中，控制电路板包括控制电路、与控制电路电连接的四个第四接线端子、与控制电路连接的通信端口，第四接线端子与第三接线端子一一对应电连接，第一壳体上设置有与通信端口对应的开口。

在一些可能的实施例中，高压输入模块还包括供电电源，供电电源邻近驱动控制电路板组设置，供电电源分别与叠层母排以及控制电路板电连接。

在一些可能的实施例中，高频变压器的第一输入端和第二输入端套装有隔离伞裙。

第二方面，本申请实施例提供一种固态变压器变电站，包括外壳体，设置于外壳体内的支撑结构体、三相电抗器、水冷柜、控制柜，设置于支撑结构体上的三相功率单元组，以及设置于外壳体外侧通过换热进水管和换热出水管与水冷柜连接的换热器；每一相功率单元组包括N个第一方面中的固态变压器功率单元，N为大于等于2的整数。

在一些可能的实施例中，第一相功率单元组、第二相功率单元组顺序排列，第三相功率单元组与第二相功率单元组并排排列，三相电抗器与第一相功率单元组并排排列。

在一些可能的实施例中，在每一相功率单元组中，第一个高压输入模块中整流子模块的第一输入端与对应的一相电抗器电连接，第i个高压输入模块中整流子模块的第一输入端与第i-1个高压输入模块中整流子模块的第二输入端通过第一连接排电连接，1＜i≤N，各低压输出模块中逆变子模块的第一输出端通过第二连接排电连接，第二连接排被配置为与对应的一相低压进线电连接；

三相功率单元组的第N个高压输入模块中整流子模块的第二输入端通过第三连接排电连接，三相功率单元组的各低压输出模块中逆变子模块的第二输出端通过第四连接排电连接，第四连接排接地。

在一些可能的实施例中，三相电抗器、第一相功率单元组、第二相功率单元组、第三相功率单元组顺序排列；每一相功率单元组中固态变压器功率单元分为两列排布。

在一些可能的实施例中，在每一相功率单元组中，第一个高压输入模块中整流子模块的第一输入端与对应的一相电抗器电连接，第j个高压输入模块中整流子模块的第一输入端与第j-1个高压输入模块中整流子模块的第二输入端通过第五连接排电连接，1＜j≤N，各低压输出模块中逆变子模块的第一输出端通过第六连接排电连接，第六连接排与对应的一相低压进线电连接；

三相功率单元组的第N个高压输入模块中整流子模块的第二输入端通过第七连接排电连接，三相功率单元组的各低压输出模块中逆变子模块的第二输出端通过第八连接排电连接，第八连接排接地；

第一相功率单元组的第N个高压输入模块中整流子模块的第一输入端，与第二相功率单元组的第一个高压输入模块中整流子模块的第一输入端连接；第二相功率单元组的第N个高压输入模块中整流子模块的第一输入端，与第三相功率单元组的第一个高压输入模块中整流子模块的第一输入端连接；第三相功率单元组的第N个高压输入模块中整流子模块的第一输入端，与第一相功率单元组的第一个高压输入模块中整流子模块的第一输入端连接。

在一些可能的实施例中，固态变压器变电站还具有位于各高压输入模块上方且围绕三相功率单元组设置的第一总出水管和位于各低压输出模块下方且围绕各三相功率单元组设置的第一总入水管，第一总出水管和第一总入水管通入水冷柜，第一总出水管上设置有各高压输入模块一一对应的第一分出水口，各高压输入模块中水冷板的出水口与对应的第一分出水口通过第二连接水管连通，第一总入水管上设置有各低压输出模块一一对应的第一分入水口，各低压输出模块中水冷板的进水口与对应的第一分入水口通过第三连接水管连通。

在一些可能的实施例中，固态变压器变电站还具有位于一列高压输入模块上方设置的第二总出水管、位于另一列高压输入模块上方设置的第三总出水管、位于一列低压输出模块下方设置的第二总入水管和位于另一列低压输出模块下方设置的第三总入水管，第二总出水管、第二总入水管、第三总出水管和第三总入水管通入水冷柜，第二总出水管上设置有与一列高压输入模块一一对应的第二分出水口，一列高压输入模块中水冷板的出水口与对应的第二分出水口通过第四连接水管连通，第二总入水管上设置有与一列低压输出模块一一对应的第二分入水口，一列低压输出模块中水冷板的进水口与对应的第二分入水口通过第五连接水管连通，第三总出水管上设置有与另一列高压输入模块一一对应的第三分出水口，一列高压输入模块中水冷板的出水口与对应的第三分出水口通过第六连接水管连通，第三总入水管上设置有与另一列低压输出模块一一对应的第三分入水口，另一列低压输出模块中水冷板的进水口与对应的第三分入水口通过第七连接水管连通。

在一些可能的实施例中，支撑结构体包括上层支架和下层支架，固态变压器功率单元中的高压输入模块设置于上层支架上，固态变压器功率单元中的中间隔离模块和低压输出模块设置于下层支架上。

在一些可能的实施例中，上层支架为绝缘支架。

在一些可能的实施例中，支撑结构体还包括支撑底座，支撑底座支撑下层支架。

在一些可能的实施例中，外壳体上设置穿过外壳体的多个套管，三相高压进线各通过一个套管进入外壳体与各自对应的一相电抗器电连接，三相低压进线各通过一个套管进入外壳体与各自对应的一相功率单元组的低压输出模块中逆变子模块的第一输出端电连接。

在一些可能的实施例中，各相功率单元组中高压输入模块中通信端口通过第一通信链路与控制柜连接，各相功率单元组中低压输出模块中通信端口通过第二通信链路与控制柜连接。

本申请实施例的固态变压器功率单元及变电站，固态变压器功率单元包括单独封装的高压输入模块、中间隔离模块和低压输出模块，高压输入模块中整流子模块的第一输入端、第二输入端从第一壳体伸出。高压输入模块中逆变子模块的第一输出端、第二输出端从第一壳体伸出，并与中间隔离模块中高频变压器的第一输入端、第二输入端电连接。低压输出模块与高压输入模块结构相同。低压输出模块中整流子模块的第一输入端以及第二输入端从第一壳体伸出，并与中间隔离模块中高频变压器的第一输出端以及第二输出端分别电连接。低压输出模块中逆变子模块的第一输出端、第二输出端从第一壳体伸出。高压输入模块、中间隔离模块和低压输出模块各自单独封装，实现了固态变压器功率单元的模块化设计，降低了固态变压器功率单元及变电站的安装难度、维护难度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的固态变压器功率单元的一实施例的电气结构示意图；

图2为本申请提供的三相固态变压器的一实施例的电气结构示意图；

图3为本申请提供的固态变压器功率单元的一实施例的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的高压输入模块第一壳体内至少部分结构的一示例的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的高压输入模块第一壳体内至少部分结构的另一示例的结构示意图；

图6为图5所示的高压输入模块第一壳体内至少部分结构的另一角度的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的第一驱动电路板、第二驱动电路板和控制电路板的一示例的结构框图；

图8为本申请实施例提供的第一驱动电路板、第二驱动电路板、控制电路板与半桥IGBT器件组的一示例的位置示意图；

图9为本申请实施例提供的中间隔离模块的一示例的结构示意图；

图10为本申请提供的固态变压器变电站的一实施例的结构示意图；

图11为图10所示的固态变压器变电站的剖面结构示意图；

图12为本申请实施例提供的三相功率单元组和水冷部分的一示例的结构示意图；

图13为图12所示的三相功率单元组和水冷部分的一示例另一角度下的结构示意图；

图14为本申请实施例提供的部分水冷部分与固态变压器功率单元的一示例的局部示意图；

图15为本申请实施例提供的三相功率单元组中固态变压器功率单元的连接的一示例的示意图；

图16为本申请实施例提供的支撑结构体的一示例的结构示意图；

图17为本申请提供的固态变压器变电站的另一实施例的结构示意图；

图18为图17所示的固态变压器变电站的剖面结构示意图；

图19为本申请实施例提供的三相功率单元组和水冷部分的另一示例的结构示意图；

图20为本申请实施例提供的部分水冷部分与固态变压器功率单元的另一示例的局部示意图；

图21为本申请实施例提供的三相功率单元组中固态变压器功率单元的连接的另一示例的示意图；

图22为图21所示的三相功率单元组中一相功率单元组中固态变压器连接的示意图；

图23为本申请实施例提供的支撑结构体的另一示例的结构示意图；

图24为本申请实施例提供的光纤收发器与控制柜之间的光纤通信链路的一示例的示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

固态变压器是一种将电力电子变换技术与中高频电磁耦合技术相结合的新型可控型电力变压器，可互联不同电压等级的输电网和配电网，还可为分布式电源和储能装置提供即插即用接口。固态变压器还可以实现连续有载调压、电能质量控制、两级电网柔性联接器、联结电网解耦控制、短路电流阻断器、高低压双侧静止同步补偿器(StaticSynchronous Compensator，STATCOM)、自愈型安自装置、安稳系统执行端、新能源并网接口等功能。由于上述优势，固态变压器的应用范围越来越广泛。

固态变压器可由多个封装的功率单元组成。将高压输入级电路、中间隔离级电路和低压输出级电路封装为一个功率单元。但由于电路结构较为复杂、包含元器件数量众多，导致功率单元体积较大，使得在安装、维护等方面较为困难。

本申请提供一种固态变压器功率单元及变电站，将高压输入级电路、中间隔离级电路和低压输出级电路各自封装，即固态变压器功率单元为分离式结构，从而降低了安装、维护等方面的难度。

下面介绍固态变压器功率单元以及三相固态变压器的电气结构。本申请实施例中的三相固态变压器为交流-交流固态变压器，对应地，固态变压器功率单元为交流-交流固态变压器功率单元。

图1为本申请提供的固态变压器功率单元的一实施例的电气结构示意图。如图1所示，固态变压器功率单元可包括高压输入级电路、中间隔离级电路和低压输出级电路。高压输入级电路被封装为高压输入模块11，中间隔离级电路被封装为中间隔离模块12，低压输出及电路被封装为低压输出模块13。低压输入级电路的内部结构与高压输入级电路的内部结构相同，但在此并不限定低压输入级电路与高压输入级电路中器件的参数、型号等。

高压输入模块11包括并联的整流子模块、逆变子模块和直流支撑电容组。整流子模块111包括两个半桥绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)器件组113。逆变子模块112包括两个半桥IGBT器件组113。每个半桥IGBT器件组113包括两个串联的IGBT器件。例如，如图1所示，整流子模块111包括IGBT器件T1、T2、T3和T4，逆变子模块112包括IGBT器件T5、T6、T7和T8。整流子模块111和逆变子模块112中IGBT器件的连接方式如图1所示，在此并不赘述。高压输入模块11中的直流支撑电容组可包括一个以上的电容，在此并不限定直流支撑电容组中的电容的数量和容值。例如，如图1所示，高压输入模块11中的直流支撑电容组包括电容C1。

中间隔离模块12包括高频变压器M1。该高频变压器M1具体可为高隔离的高频变压器M1，高频变压器M1的隔离电压等级可按照高压输入模块11的输入侧(即高压侧)的电压等级确定，在此并不限定。例如，高压输入模块11的输入侧的配网电压为10KV即10千伏，对应地，高频变压器M1的隔离电压等级可按照10KV确定。

低压输出模块13的结构与高压输入模块11的结构相同。低压输出模块13包括并联的整流子模块131、逆变子模块132和直流支撑电容组。整流子模块131包括两个半桥IGBT器件组133。逆变子模块132包括两个半桥IGBT器件组133。每个半桥IGBT器件组133包括两个串联的IGBT器件。例如，如图1所示，整流子模块131包括IGBT器件T9、T10、T11和T12，逆变子模块132包括IGBT器件T13、T14、T15和T16。整流子模块131和逆变子模块132中IGBT器件的连接方式如图1所示，在此并不赘述。低压输出模块13中的直流支撑电容组可包括一个以上的电容，在此并不限定直流支撑电容组中的电容的数量和容值。例如，如图1所示，低压输出模块13中的直流支撑电容组包括电容C2。

图2为本申请提供的三相固态变压器的一实施例的电气结构示意图。如图2所示，三相固态变压器可包括三相功率单元组。每相功率单元组包括两个以上的固态变压器功率单元。

如图2所示，在一相功率单元组中，第一个固态变压器功率单元的第一输入端可通过电抗器与高压侧电网的一相连接，第一个固态变压器功率单元的第二输入端与第二个固态变压器功率单元的第一输入端连接，第二个固态变压器功率单元的第二输入端与第三个固态变压器功率单元的第一输入端连接，以此类推。在一相功率单元组中，各固态变压器功率单元的第一输出端连接，并与低压电网的一相连接。例如，在图2中，第一相功率单元组中，第一个固态变压器功率单元的第一输入端通过第一相电抗器L1与高压侧电网的第一相连接。第二相功率单元组中，第一个固态变压器功率单元的第一输入端通过第二相电抗器L2与高压侧电网的第二相连接。第三相功率单元组中，第一个固态变压器功率单元的第一输入端通过第三相电抗器L3与高压侧电网的第三相连接。

各相功率单元组中最后一个固态变压器功率单元的第二输入端连接，形成高压侧的中性点。各相功率单元组中各固态变压器功率单元的第二输出端连接，形成低压侧的中性点，低压侧的中性点可与低压侧接地连接。

功率单元组中固态变压器功率单元的输入串联，可提高三相固态变压器的电压等级。功率单元组中固态变压器功率单元的输出并联，可提高三相固态变压器的电流等级。功率单元组中固态变压器功率单元的数量可根据固态变压器功率单元的电压等级和电网侧电压等级确定，在此并不限定。

下面介绍固态变压器功率单元的具体结构。图3为本申请提供的固态变压器功率单元的一实施例的结构示意图。如图3所示，固态变压器功率单元包括单独封装的高压输入模块11、中间隔离模块12和低压输出模块13。中间隔离模块12位于高压输入模块11和低压输出模块13之间。在安装状态下，固态变压器功率单元可分三层立式安装。其中，高压输入模块11安装在高层，低压输出模块13安装在底层，中间隔离模块12安装在中间层。中间隔离模块12安装在低压输出模块13的顶上，以承受机械受力。高压输入模块11的机械受力可通过安装有固态变压器功率单元的功率柜体的支撑件来承担。中间隔离模块12分别与高压输入模块11、低压输出模块13连接。高压输入模块11、中间隔离模块12、低压输出模块13之间的连接可为可拆卸连接，便于维护。

图4为本申请实施例提供的高压输入模块第一壳体内至少部分结构的一示例的结构示意图。如图3和图4所示，高压输入模块11包括第一壳体211，以及位于第一壳体211内并联连接的整流子模块111、逆变子模块112和直流支撑电容组。整流子模块111的第一输入端212和第二输入端213从第一壳体211伸出，整流子模块111的第一输入端212可作为高压输入模块11的第一输入端，整流子模块111的第二输入端213可作为高压输入模块11的第二输入端。逆变子模块112的第一输出端214和第二输出端215从第一壳体211伸出，逆变子模块112的第一输出端214可作为高压输入模块11的第一输出端，逆变子模块112的第二输出端215可作为高压输入模块11的第二输出端。整流子模块111的第一输出端与逆变子模块112的第一输入端连接，整流子模块111的第二输出端与逆变子模块112的第二输入端连接。

在一些示例中，高压输入模块11还可包括位于第一壳体211内的水冷结构。水冷结构可包括水冷板216。水冷板216具有进水口217和出水口218。水冷板216的进水口217和出水口218伸出第一壳体211。冷却液可通过进水口217流入水冷板216，通过出水口218流出水冷板216。整流子模块111和逆变子模块112设置于水冷板216一侧。具体的，整流子模块111和逆变子模块112可设置于水冷板216的一面上。整流子模块111和逆变子模块112产生的热量可发散至水冷板216，通过流过水冷板216的冷却液带走。在固态变压器功率单元处于竖式安装状态下，水冷板216竖式放置，进水口217位于水冷板216的下端，出水口218位于水冷板216的上端。

高压输入模块11中水冷板216的进水口217与低压输出模块13中水冷板216的出水口可通过第一连接水管连通。冷却液先后流过低压输出模块13中水冷板的进水口、低压输出模块13中水冷板、低压输出模块13中水冷板的出水口、第一连接水管、高压输入模块11中水冷板216的进水口217、高压输入模块11中水冷板216和高压输入模块11中水冷板216的出水口。水冷结构可对高压输入模块和低压输出模块进行散热，以提高固态变压器功率单元的安全性和可靠性。

如图4所示，在整流子模块111和逆变子模块112设置于水冷板216一侧的情况下，直流支撑电容组114可位于水冷板216的另一侧。即水冷板216可设置于直流支撑电容组114与整流子模块111、逆变子模块112之间。

在一些示例中，高压输入模块11还包括位于第一壳体211内的叠层母排219。叠层母排219具体可包括层叠的正极母排和负极母排。叠层母排219与直流支撑电容组114连接。叠层母排219还与整流子模块111以及逆变子模块112连接。通过叠层母排219实现整流子模块111、逆变子模块112、直流支撑电容组114的并联连接。为了紧凑设计，叠层母排219与由整流子模块111和逆变子模块112形成的平面垂直。即叠层母排219可与包括半桥IGBT器件组113的整流子模块111、逆变子模块112垂直连接安装。

图5为本申请实施例提供的高压输入模块第一壳体内至少部分结构的另一示例的结构示意图。图6为图5所示的高压输入模块第一壳体内至少部分结构的另一角度的结构示意图。如图5和图6所示，高压输入模块11还包括在整流子模块111和逆变子模块112背向水冷板216一侧设置的驱动控制电路板组。具体地，沿整流子模块111和逆变子模块112背向水冷板216的方向，驱动控制电路板组包括层叠设置的第一驱动电路板221、第二驱动电路板222和控制电路板223。

第一驱动电路板221与整流子模块111中的半桥IGBT器件组113、逆变子模块112中的半桥IGBT器件组113电连接。第二驱动电路板222与第一驱动电路板221电连接。控制电路板223与第二驱动电路板222电连接。第一驱动电路板221、第二驱动电路板222和控制电路板223共同实现对整流子模块111、逆变子模块112等的驱动、控制、保护等。

在一些示例中，第一驱动电路板221可通过第一驱动电路板221上的焊盘，与整流子模块111中的半桥IGBT器件组113、逆变子模块112中的半桥IGBT器件组113的辅助连接端子焊接连接。

为了便于说明第一驱动电路板221、第二驱动电路板222和控制电路板223的结构和连接关系，通过第一驱动电路板221、第二驱动电路板222和控制电路板223的结构框图和与半桥IGBT器件组113的相对位置来进行说明。图7为本申请实施例提供的第一驱动电路板、第二驱动电路板和控制电路板的一示例的结构框图。其中用双箭头连线表示各部件之间的连接关系。图8为本申请实施例提供的第一驱动电路板、第二驱动电路板、控制电路板与半桥IGBT器件组的一示例的位置示意图。

如图7和图8所示，在安装状态下，第一驱动电路板221、第二驱动电路板222和控制电路板223竖式安装。按照与整流子模块111、逆变子模块112的距离由近至远的顺序排列，分别为第一驱动电路板221、第二驱动电路板222和控制电路板223。

第一驱动电路板221包括半桥IGBT器件组113各自对应的第一电路227。每个第一电路227在第一驱动电路板221上对应电连接有两个第一接线端子228。即高压输入模块11中每个半桥IGBT器件组113对应两个第一接线端子228。这两个第一接线端子228中的一个为上桥臂接线端子，另一个为下桥臂接线端子。上桥臂接线端子与第一电路227中与半桥IGBT器件组113中上桥臂IGBT器件相关的部分连接，下桥臂接线端子与第一电路227中与半桥IGBT器件组113中下桥臂IGBT器件相关的部分连接。第一电路227与对应的第一接线端子228可通过第一驱动电路板221上的制版电路连接。第一驱动电路板221上还可设置有其他电路，在此并不限定。第一驱动电路板221可与整流子模块111中半桥IGBT器件组113、逆变子模块112中半桥IGBT器件组113一体化焊接连接。

第二驱动电路板222包括半桥IGBT器件组113各自对应的隔离驱动器230。每个隔离驱动器230在第二驱动电路板222上对应电连接有两个第二接线端子229和一个第三接线端子231。即高压输入模块11中每个半桥IGBT器件组113对应两个第二接线端子229和一个第三接线端子231。与同一半桥IGBT器件组113对应的第一接线端子228和第二接线端子229电连接。一个半桥IGBT器件组113对应的两个第二接线端子229中的一个为上桥臂接线端子，另一个为下桥臂接线端子。与同一个半桥IGBT器件组113对应，第一驱动电路板221中的上桥臂接线端子与第二驱动电路板222中的上桥臂接线端子电连接，第一驱动电路板221中的下桥臂接线端子与第二驱动电路板222中的下桥臂接线端子电连接。第三接线端子231可包括牛角端子，在此并不限定。第二驱动电路板222上的隔离驱动器230与对应的第二接线端子229、第三接线端子231可通过第二驱动电路板222上的制版电路连接。第二驱动电路板222上还可设置有其他电路，在此并不限定。

控制电路板223包括控制电路233、与控制电路233电连接的四个第四接线端子232、与控制电路233连接的通信端口。第四接线端子232与上述第三接线端子231一一对应电连接。控制电路板223上还可设置供电端子234，该供电端子234用于连接供电端，供电端可具体实现为供电电源，在此并不限定。控制电路板223还可包括与整流子模块111中各半桥IGBT器件组113、逆变子模块112中各半桥IGBT器件组113对应的隔离驱动器，在图中并未示出。在第一壳体211上可设置有与通信端口对应的开口。如图3、图7和图8所示，通信端口可包括光纤收发器224以及其他类型的通信连接器225，在此并不限定。光纤收发器224可分为光纤接收器224-1和光纤发送器224-2。光纤收发器224可与控制系统进行信息交互。在安装状态下，光纤接收器224-1和光纤发送器224-2可竖式安装，伸出第一壳体211外。控制电路板223上的隔离驱动器230、第四接线端子232、通信接口等结构之间可通过制版电路连接。控制电路板223上还可设置有其他电路，在此并不限定。

上述第一驱动电路板221上的电路包括抗干扰能力强的驱动电路、保护电路、检测电路等。第二驱动电路板222上的电路包括抗干扰能力弱的驱动电路、控制电路、反馈短路设计等。需要说明的是，这里的抗干扰强、弱是相对而言的。第一驱动电路板221和第二驱动电路板222的分离设计，能够有效隔离强弱电，提高了半桥IGBT器件组113中IGBT器件工作的可靠性。而且，第一驱动电路板221、第二驱动电路板222和控制电路板223之间距离近，连线简单，布线的复杂度下降，使得布线工艺得到优化。

上述实施例中的整流子模块111、逆变子模块112、直流支撑电容组114和第一驱动电路板221可作为高压输入模块11中的功率部分，第二驱动电路板222和控制电路板223可作为高压输入模块11中的控制部分。

在一些示例中，如图5和图6所示，高压输入模块11还可包括供电电源226。供电电源226邻近驱动控制电路板组设置。供电电源226分别与叠层母排219以及控制电路板223电连接。在安装状态下，供电电源226位于驱动控制电路板组上方。供电电源226的供电输入来源于叠层母排219，从直流母线取电。供电电源226与叠层母排219之间接线短，可靠性高。供电电源226为控制电路板223供电，通过控制电路板223也可为高压输入模块11中其他需要用电的部分供电。供电电源226与控制电路板223之间接线短，可靠性高。

图9为本申请实施例提供的中间隔离模块的一示例的结构示意图。如图3和图9所示，中间隔离模块12包括第二壳体311，以及位于第二壳体311内的高频变压器M1。

高频变压器M1的第一输入端312、第二输入端313、第一输出端314和第二输出端315从第二壳体311伸出。高频变压器M1的第一输入端312、第二输入端313即为中间隔离模块12的第一输入端、第二输入端，高频变压器M1的第一输出端314、第二输出端315即为中间隔离模块12的第一输出端、第二输出端。高频变压器M1的第一输入端312以及第二输入端313与高压输入模块11中逆变子模块112的第一输出端214以及第二输出端215分别对应电连接。高频变压器M1的第一输出端314以及第二输出端315与低压输出模块13中整流子模块131的第一输入端以及第二输入端分别对应电连接。具体地，高频变压器M1的第一输入端312与高压输入模块11中逆变子模块112的第一输出端214电连接，高频变压器M1的第二输入端313与高压输入模块11中逆变子模块112的第二输出端215电连接。高频变压器M1的第一输出端314与低压输出模块13中整流子模块131的第一输入端电连接，高频变压器M1的第二输出端315与低压输出模块13中整流子模块131的第二输入端电连接。

在一些示例中，如图9所示，高频变压器M1的第一输入端312和第二输入端套装有隔离伞裙316。高频变压器M1的第一输入端312、第二输入端313与高压输入模块11连接，隔离伞裙316可增加高压输入模块11中的电路、接线等与高频变压器M1之间的爬电距离，也可增加高压输入模块11中的电路、接线等与第二壳体311之间的爬电距离，从而提高固态变压器功率单元的安全性和可靠性。

低压输出模块13与高压输入模块11结构相同，低压输出模块13的具体内容可参见高压输入模块11的相关说明，在此不再赘述。

在本申请实施例中，固态变压器功率单元包括单独封装的高压输入模块11、中间隔离模块12和低压输出模块13，高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212、第二输入端213从第一壳体211伸出。高压输入模块11中逆变子模块112的第一输出端214、第二输出端215从第一壳体211伸出，并与中间隔离模块12中高频变压器M1的第一输入端312、第二输入端313电连接。低压输出模块13与高压输入模块11结构相同。低压输出模块13中整流子模块131的第一输入端、第二输入端从第一壳体伸出，并与中间隔离模块12中高频变压器M1的第一输出端314、第二输出端315电连接。低压输出模块13中逆变子模块132的第一输出端、第二输出端从第一壳体伸出。高压输入模块11、中间隔离模块12和低压输出模块13各自单独封装，实现了固态变压器功率单元的模块化设计，降低了了固态变压器功率单元的安装难度、维护难度，也降低了固态变压器功率单元整体的设计难度。

固态变压器可包括上述实施例中的多个固态变压器功率单元，多个固态变压器功率单元之间的电气连接可参见图2所示，在此不再赘述。固态变压器可集成设置于固态变压器变电站中。本申请还提供一种固态变压器变电站。图10为本申请提供的固态变压器变电站的一实施例的结构示意图。图11为图10所示的固态变压器变电站的剖面结构示意图。如图10和图11所示，该固态变压器变电站可包括外壳体41，设置于外壳体41内的支撑结构体42、三相电抗器、水冷柜43、控制柜44，设置于支撑结构体42上的三相功率单元组，以及设置于外壳体41外侧通过换热进水管461和换热出水管462与水冷柜43连接的换热器46。三相功率单元组包括第一相功率单元组451、第二相功率单元组452和第三相功率单元组453。

固态变压器变电站的外壳体41外侧设置有换热器46。具体地，换热器46可设置于外壳体41顶部，靠近水冷柜43。换热器46可对通过换热进水管461中进入换热器46的带有三相功率单元组产生的热量的冷却液进行冷却，再将冷却后的冷却液通过换热出水管462流出至流入水冷柜43，以使水冷柜43可利用冷却后的冷却液对三相功率单元组散热。换热器46具体可包括换热风扇，在此并不限定。控制柜44、水冷柜43、设置于支撑结构体42上的三相功率单元组顺序排列。

在一些示例中，外壳体41上可设置穿过外壳体41的多个套管。三相高压进线可各通过一个套管进入外壳体41与各自对应的一相电抗器电连接。三相低压进线各通过一个套管进入外壳体41与各自对应的一相功率单元组的低压输出模块13中逆变子模块132的第一输出端电连接。套管可于邻近换热器46的一侧设置，也可于远离换热器46的一侧设置，在此并不限定。多个套管可在同一水平高度设置，也可以分散设置，在此并不限定。例如，如图10所示，外壳体41上设置有套管S1、S2、S3、S4、S5和S6，套管S1至S6可设置于邻近换热器46的一侧。其中，第一相高压进线可通过套管S1进入外壳体41与第一相电抗器L1电连接，第一相电抗器L1与第一相功率单元组451连接，第一相低压进线可通过套管S4进入外壳体41与第一相功率单元组451连接。第二相高压进线可通过套管S2进入外壳体41与第二相电抗器L2电连接，第二相电抗器L2与第二相功率单元组452连接，第二相低压进线可通过套管S5进入外壳体41与第二相功率单元组452连接。第三相高压进线可通过套管S3进入外壳体41与第三相电抗器L3电连接，第三相电抗器L3与第三相功率单元组453连接，第三相低压进线可通过套管S6进入外壳体41与第三相功率单元组453连接。

图12为本申请实施例提供的三相功率单元组和水冷部分的一示例的结构示意图。图13为图12所示的三相功率单元组和水冷部分的一示例另一角度下的结构示意图。如图12和图13所示，固态变压器可包括三相功率单元组451、452和453。每一相功率单元组包括N个上述实施例中的固态变压器功率单元，N为大于等于2的整数。三相功率单元组设置在支撑结构体42上，三相电抗器也可设置在支撑结构体42上。

具体地，三相功率单元组和三相电抗器可分为两列排列。一列包括第一相功率单元组451和第二相功率单元组452，第一相功率单元组451、第二相功率单元组452顺序排列。另一列包括第三相功率单元组453和三相电抗器，三相电抗器、第三相功率单元组453顺序排列。第三相功率单元组453与第二相功率单元452组并排排列，三相电抗器与第一相功率单元组451并列排列。三相电抗器具体可包括第一相电抗器L1、第二相电抗器L2和第三相电抗器L3。第一相功率单元组451、第二相功率单元组452、第三相功率单元组453和三相电抗器之间的并排排列可提高收三相功率单元组和三相电抗器的集成度。

在一些示例中，固态变压器变电站还具有第一总出水管471和第一总入水管。第一总出水管471和第一总入水管邻近三相功率单元组设置，为三相功率单元组散热。第一总出水管471和第一总入水管通入水冷柜43。如图12和图13所示，在安装状态下，第一总出水管471位于固态变压器功率单元中高压输入模块11的上方，且围绕三相功率单元组设置。第一总出水管471上设置有与各高压输入模块11对应的第一分出水口。第一总入水管位于固态变压器功率单元中低压输出模块13的下方，且围绕三相功率单元组设置。第一总出入管上设置有与各高压输入模块11对应的第一分入水口。

图14为本申请实施例提供的部分水冷部分与固态变压器功率单元的一示例的局部示意图。如图14所示，固态变压器功率单元10在支撑结构体42上竖式安装，高压输入模块11安装于高层，低压输出模块13安装于低层，中间隔离模块12位于高压输入模块11与低压输出模块13之间。各高压输入模块11中水冷板216的出水口218与对应的第一分出水口通过第二连接水管481连通。各低压输出模块13中水冷板的进水口与对应的第一分入水口通过第三连接水管482连通。在同一固态变压器功率单元10中，高压输入模块11的水冷板216的进水口217与低压输出模块13的水冷板的出水口通过第一连接水管15连通。

水冷柜43将冷却液通过第一总入水管472以及第三连接水管482传输至三相功率单元组中各低压输出模块13，冷却液带走各低压输出模块13产生的热量，通过第一连接水管15，进入三相功率单元组中各高压输入模块11，冷却液带走各高压输入模块11产生的热量，带有热量的冷却液通过第二连接水管481和第一总出水管471流入水冷柜43。水冷柜43包括循环系统，可将带有热量的冷却液通过换热进水管461传输至换热器46。换热器46对带有三相功率单元组产生的热量的冷却液进行冷却，将冷却后的冷却液通过加换热出水管462传输至水冷柜43。水冷柜43再将冷却后的冷却液通过第一总入水管472以及第三连接水管482传输至三相功率单元组中各低压输出模块13，进行下一次冷却循环。

上述实施例中的第一总入水管472围绕三相功率单元组，可设置为U型管。第一总出水管471围绕三相功率单元组，可设置为U型管。U型管的第一总入水管472和第一总出水管471能够均匀地为三相功率单元组中的各固态变压器功率单元10散热。散热系统中冷却液的流通路径紧凑，也提高了固态变压器变电站设计的集成度。

图15为本申请实施例提供的三相功率单元组中固态变压器功率单元的连接的一示例的示意图。如图15所示，在每一相功率单元组中，第一个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212与对应的一相电抗器电连接。第i个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212与第i-1个高压输入模块11中整流子模块111的第二输入端213可通过第一连接排491电连接，1＜i≤N。各低压输出模块13中逆变子模块132的第一输出端可通过第二连接排492电连接，第二连接排492被配置为与对应的一相低压进线电连接。

三相功率单元组的第N个高压输入模块11中整流子模块111的第二输入端213通过第三连接排493电连接。第三连接排493不接地悬空。三相功率单元组的各低压输出模块13中逆变子模块132的第二输出端通过第四连接排494电连接。第四连接排494接地。

具体地，第一相功率单元组451的第一个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212与第一相电抗器L1电连接。第一相功率单元组451的第i个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212与第i-1个高压输入模块11中整流子模块111的第二输入端213可通过第一连接排491电连接。第一相功率单元组451的各低压输出模块13中逆变子模块132的第一输出端可通过第二连接排492电连接，该第二连接排492被配置为与第一相低压进线电连接。

第二相功率单元组452的第一个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212与第二相电抗器L2电连接。第二相功率单元组452的第i个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212与第i-1个高压输入模块11中整流子模块111的第二输入端213可通过第一连接排491电连接。第二相功率单元组452的各低压输出模块13中逆变子模块132的第一输出端可通过第二连接排492电连接，该第二连接排492被配置为与第二相低压进线电连接。

第三相功率单元组453的第一个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212与第三相电抗器L3电连接。第三相功率单元组453的第i个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212与第i-1个高压输入模块11中整流子模块111的第二输入端213可通过第一连接排491电连接。第三相功率单元组453的各低压输出模块13中逆变子模块132的第一输出端可通过第二连接排492电连接，该第二连接排492被配置为与第三相低压进线电连接。

第一相功率单元组451的第N个高压输入模块11中整流子模块111的第二输入端213、第二相功率单元组452的第N个高压输入模块11中整流子模块111的第二输入端213和第三相功率单元组453的第N个高压输入模块11中整流子模块111的第二输入端213通过第三连接排493电连接。第三连接排493不接地悬空。第一相功率单元组451、第二相功率单元组452和第三相功率单元组453中的各低压输出模块13中逆变子模块132的第二输出端通过第四连接排494电连接。第四连接排494接地。

上述实施例中的各连接排的数量可根据工作场景和工作需求设定，在此并不限定。

用于支撑上述三相功率单元组的支撑结构体42可包括上层支架423和下层支架422。固态变压器功率单元中的高压输入模块11设置于上层支架423上，固态变压器功率单元中的中间隔离模块12和低压输出模块13设置于下层支架422上。支撑结构体42还可包括支撑底座421，支撑底座421可支撑下层支架422。

图16为本申请实施例提供的支撑结构体的一示例的结构示意图。图16所示的支撑结构体42可适用于图11、图12、图13和图15中示出的三相功率单元组。

如图16所示，在安装状态下，支撑底座421上设置有下层支架422，下层支架422上方设置有上层支架423。下层支架422具体可划分为四个支撑区域。四个支撑区域沿列方向分为两列，沿排方向分为两排。其中，三个支撑区域中的下层支架422分别用于支撑对应的一相功率单元组中的低压输出模块13，剩余的一个支撑区域的下层支架422可用于支撑三相电抗器L1、L2和L3。上层支架423具体可划分为三个支撑区域，上层的三个支撑区域与下层用于支撑低压输出模块13的三个支撑区域一一对应，上层的三个支撑区域的上层支架423分别用于支撑对应的一相功率单元组中的高压输入模块11。下层用于支撑三相电抗器L1、L2和L3的下层支架422所在的支撑区域上方可不设置上层支架423。

上层支架423具体可为绝缘支架，以实现高压安全隔离。下层支架422可为绝缘支架，也可为金属支架，在此并不限定。为了保证安全隔离，上层支架423和下层支架422中的竖式支架可具体为绝缘支架。支撑底座421具体可包括但不限于不锈钢底座，在此并不限定。

固态变压器变电站各部件的设置还可采用其他方式，在此并不限定。图17为本申请提供的固态变压器变电站的另一实施例的结构示意图。图18为图17所示的固态变压器变电站的剖面结构示意图。如图17和图18所示，该固态变压器变电站可包括外壳体41，设置于外壳体41内的支撑结构体42、三相电抗器、水冷柜43、控制柜44，设置于支撑结构体42上的三相功率单元组，以及设置于外壳体41外侧通过换热进水管461和换热出水管462与水冷柜43连接的换热器46。如图17所示，外壳体41上设置的套管S1至S6可设置于远离换热器46的一侧。三相功率单元组包括第一相功率单元组、第二相功率单元组和第三相功率单元组。三相电抗器、第一相功率单元组、第二相功率单元组、第三相功率单元组顺序排列。每一相功率单元组中固态变压器功率单元分为两列排布。

图19为本申请实施例提供的三相功率单元组和水冷部分的另一示例的结构示意图。如图19所示，每一相功率单元组包括N个上述实施例中的固态变压器功率单元。三相功率单元组设置在支撑结构体42上。在本示例中，三相电抗器不设置在支撑结构体42上。

具体地，每一相功率单元组中的固态变压器功率单元分为两列排布。例如，第一相功率单元组451中固态变压器功率单元分为两列排布，第二相功率单元组452中固态变压器功率单元分为两列排布，第三相功率单元组453中固态变压器功率单元分为两列排布。第一相功率单元组451中第一列固态变压器功率单元、第二相功率单元组452中第一列固态变压器功率单元、第三相功率单元组453中第一列固态变压器功率单元可位于同一列。第一相功率单元组451中第二列固态变压器功率单元、第二相功率单元组452中第二列固态变压器功率单元、第三相功率单元组453中第二列固态变压器功率单元可位于同一列。三相功率单元组顺序排列，每一相功率单元组中的固态变压器功率单元分两列排布，可提高收三相功率单元组的集成度。

在一些示例中，固态变压器变电站还具有第二总出水管473、第三总出水管474、第二总入水管475和第三总入水管476。第二总出水管473、第三总出水管474、第二总入水管475和第三总入水管476邻近三相功率单元组设置，为三相功率单元组散热。第二总出水管473、第三总出水管474、第二总入水管475和第三总入水管476通入水冷柜43。如图19所示，第二总出水管473位于一列高压输入模块11的上方。第二总出水管473上设置有与一列高压输入模块11一一对应的第二分出水口。第三总出水管474位于另一列高压输入模块11的上方。第三总出水管474上设置有与另一列高压输入模块11一一对应的第三分出水口。第二总入水管475位于一列低压输出模块13的下方。第二总入水管475上设置有与一列低压输出模块13一一对应的第二分入水口。第三总入水管476位于另一列低压输出模块13的下方。第三总入水管476上设置有与另一列低压输出模块13一一对应的第三分入水口。

图20为本申请实施例提供的部分水冷部分与固态变压器功率单元的另一示例的局部示意图。图20示出了一列高压输入模块11和一列低压输出模块13的局部。如图20所示，固态变压器功率单元在支撑结构体42上竖式安装，高压输入模块11安装于高层，低压输出模块13安装于低层，中间隔离模块12位于高压输入模块11与低压输出模块13之间。一列高压输入模块11中水冷板216的出水口218与对应的第二分出水口通过第四连接水管483连通。一列低压输出模块13中水冷板的进水口与对应的第二分入水口通过第五连接水管484连通。在图20未示出的另一侧，另一列高压输入模块11中水冷板216的出水口218与对应的第三分出水口通过第六连接水管连通。另一列低压输出模块13中水冷板的进水口与对应的第三分入水口通过第七连接水管连通。在同一固态变压器功率单元中，高压输入模块11的水冷板216的进水口217与低压输出模块13的水冷板的出水口通过第一连接水管15连通。

水冷柜43将冷却液通过第二总进水管以及第五连接水管484传输至一列低压输出模块13，冷却液带走一列低压输出模块13产生的热量，通过第一连接水管15，进入一列高压输入模块11，冷却液带走一列高压输入模块11产生的热量，带有热量的冷却液通过第四连接水管483和第二总出水管473流入水冷柜43。水冷柜43包括循环系统，可将带有热量的冷却液通过换热进水管461传输至换热器46。换热器46对带有热量的冷却液进行冷却，将冷却后的冷却液通过加换热出水管462传输至水冷柜43。水冷柜43再将冷却后的冷却液通过第二总进水管以及第五连接水管484传输至一列低压输出模块13，进行下一次冷却循环。

水冷柜43还将冷却液通过第三总进水管以及第七连接水管传输至另一列低压输出模块13，冷却液带走另一列低压输出模块13产生的热量，通过第一连接水管15，进入另一列高压输入模块11，冷却液带走另一列高压输入模块11产生的热量，带有热量的冷却液通过第六连接水管和第三总出水管474流入水冷柜43。水冷柜43包括循环系统，可将带有热量的冷却液通过换热进水管461传输至换热器46。换热器46对带有热量的冷却液进行冷却，将冷却后的冷却液通过加换热出水管462传输至水冷柜43。水冷柜43再将冷却后的冷却液通过第三总进水管以及第七连接水管传输另一列低压输出模块13，进行下一次冷却循环。

图21为本申请实施例提供的三相功率单元组中固态变压器功率单元的连接的另一示例的示意图。图22为图21所示的三相功率单元组中一相功率单元组中固态变压器连接的示意图。如图21和图22所示，在每一相功率单元组中，第一个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212与对应的一相电抗器电连接。第j个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212与第j-1个高压输入模块11中整流子模块111的第二输入端213通过第五连接排495电连接，1＜j≤N。第五连接排495的形状可为一字形，也可为U形，在此并不限定。各低压输出模块13中逆变子模块132的第一输出端通过第六连接排496电连接，第六连接排496与对应的一相低压进线电连接。

三相功率单元组的第N个高压输入模块11中整流子模块111的第二输入端213通过第七连接排497电连接(图中未示出)。三相功率单元组的各低压输出模块13中逆变子模块132的第二输出端通过第八连接排498电连接。第八连接排498接地。

第一相功率单元组451的第N个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212，与第二相功率单元组452的第一个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212电连接(图中未示出)。第二相功率单元组452的第N个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212，与第三相功率单元组453的第一个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212电连接(图中未示出)。第三相功率单元组453的第N个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212，与第一相功率单元组451的第一个高压输入模块11中整流子模块111的第一输入端212电连接(图中未示出)。

上述实施例中的各连接排的数量可根据工作场景和工作需求设定，在此并不限定。

图23为本申请实施例提供的支撑结构体的另一示例的结构示意图。图23所示的支撑结构体42可适用于图18、图19和图21中示出的三相功率单元组。

如图23所示，在安装状态下，支撑底座421上设置有下层支架422，下层支架422上方设置有上层支架423。下层支架422和上层支架423具体可划分为三个支撑区域。每个支撑区域中的下层支架422用于支撑对应的一相功率单元组中的低压输出模块13。每个支撑区域中的上层支架423用于支撑对应的一相功率单元组中的高压输入模块11。上层支架423具体可再划分为六个支撑子区域，下层支架422具体可再划分为六个支撑子区域。上层的六个支撑子区域与下层的六个支撑子区域一一对应。上层的一个支撑子区域的上层支架423可用于支撑对应的一相功率单元组中的一列高压输入模块11。下层的一个支撑子区域的下层支架422可用于支撑对应的一相功率单元组中的一列低压输出模块13。

上层支架423具体可为绝缘支架，以实现高压安全隔离。下层支架422可为绝缘支架，也可为金属支架，在此并不限定。为了保证安全隔离，上层支架423和下层支架422中的竖式支架可具体为绝缘支架。支撑底座421具体可包括但不限于不锈钢底座，在此并不限定。

在上述实施例中，各相功率单元组中高压输入模块11中通信端口通过第一通信链路与控制柜44连接，各相功率单元组中低压输出模块13中通信端口通过第二通信链路与控制柜44连接。例如，通信端口包括光纤收发器。图24为本申请实施例提供的光纤收发器与控制柜之间的光纤通信链路的一示例的示意图。如图24所示，第一相功率单元组451中各固态变压器功率单元10的高压输入模块11的光纤收发器、第二相功率单元组453中各固态变压器功率单元10的高压输入模块11的光纤收发器、第三相功率单元组453中各固态变压器功率单元10的高压输入模块11的光纤收发器通过第一光纤通信链路511与控制柜44连接。第一相功率单元组451中各固态变压器功率单元10的低压输出模块13的光纤收发器、第二相功率单元组452中各固态变压器功率单元10的低压输出模块13的光纤收发器、第三相功率单元组453中各固态变压器功率单元10的低压输出模块13的光纤收发器通过第二光纤通信链路512与控制柜44连接。通过通信端口实现与控制柜44的信息交互。

在本申请实施例中，通过固态变压器变电站的一体化预装式设计，将三相电抗器集成到固态变压器变电站的内部，降低了功率柜体的设计难度，缩短了研发生产时间，还解决了与电抗器连接困难，变电站占地面积大的问题。

在微电网的使用环境中，不需要专门建造安装机房，能够缩短微电网建设的周期，降低微电网建设的成本，提高经济性。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于固态变压器变电站实施例而言，相关之处可以参见固态变压器功率单元实施例的说明部分。本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定结构。本领域的技术人员可以在领会本申请的精神之后，作出各种改变、修改和添加。并且，为了简明起见，这里省略对已知技术的详细描述。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；数量词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (10)

1.一种固态变压器功率单元，其特征在于，包括单独封装的高压输入模块、中间隔离模块和低压输出模块；

所述高压输入模块包括第一壳体，以及位于所述第一壳体内并联连接的整流子模块、逆变子模块和直流支撑电容组；所述整流子模块的第一输入端和第二输入端从所述第一壳体伸出，所述逆变子模块的第一输出端和第二输出端从所述第一壳体伸出；

所述低压输出模块与所述高压输入模块的结构相同；

所述中间隔离模块位于所述高压输入模块和所述低压输出模块之间，所述中间隔离模块包括第二壳体，以及位于所述第二壳体内的高频变压器；所述高频变压器的第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端从所述第二壳体伸出；所述高频变压器的第一输入端以及第二输入端与所述高压输入模块中所述逆变子模块的第一输出端以及第二输出端分别对应电连接；所述高频变压器的第一输出端以及第二输出端与所述低压输出模块中所述整流子模块的第一输入端以及第二输入端分别对应电连接。

2.根据权利要求1所述的固态变压器功率单元，其特征在于，所述高压输入模块还包括位于所述第一壳体内的水冷结构；

所述水冷结构包括水冷板，所述水冷板具有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口伸出所述第一壳体，所述整流子模块和所述逆变子模块设置于所述水冷板一侧，所述直流支撑电容组位于所述水冷板另一侧；

所述高压输入模块中所述水冷板的进水口，与所述低压输出模块中所述水冷板的出水口通过第一连接水管连通；

所述高压输入模块还包括位于所述第一壳体内的叠层母排，所述叠层母排与所述直流支撑电容组连接，所述叠层母排还与所述整流子模块以及所述逆变子模块连接，且所述叠层母排与由所述整流子模块和所述逆变子模块形成的平面垂直。

3.根据权利要求2所述的固态变压器功率单元，其特征在于，

所述整流子模块包括两个半桥IGBT器件组，所述逆变子模块包括两个所述半桥IGBT器件组；

所述高压输入模块还包括在所述整流子模块和所述逆变子模块背向所述水冷板一侧设置的驱动控制电路板组；

沿所述整流子模块和所述逆变子模块背向所述水冷板的方向，所述驱动控制电路板组包括层叠设置的第一驱动电路板、第二驱动电路板和控制电路板；

所述第一驱动电路板包括所述半桥IGBT器件组各自对应的第一电路，每个所述第一电路在所述第一驱动电路板上对应电连接有两个第一接线端子；

所述第二驱动电路板包括所述半桥IGBT器件组各自对应的隔离驱动器，每个所述隔离驱动器在所述第二驱动电路板上对应电连接有两个第二接线端子和一个第三接线端子，与同一所述半桥IGBT器件组对应的所述第一接线端子和所述第二接线端子电连接；

所述控制电路板包括控制电路、与所述控制电路电连接的四个第四接线端子、与所述控制电路连接的通信端口，所述第四接线端子与所述第三接线端子一一对应电连接，所述第一壳体上设置有与所述通信端口对应的开口；

所述高压输入模块还包括供电电源，所述供电电源邻近所述驱动控制电路板组设置，所述供电电源分别与所述叠层母排以及所述控制电路板电连接。

4.根据权利要求1所述的固态变压器功率单元，其特征在于，所述高频变压器的第一输入端和第二输入端套装有隔离伞裙。

5.一种固态变压器变电站，其特征在于，包括外壳体，设置于外壳体内的支撑结构体、三相电抗器、水冷柜、控制柜，设置于所述支撑结构体上的三相功率单元组，以及设置于所述外壳体外侧通过换热进水管和换热出水管与所述水冷柜连接的换热器；

每一相功率单元组包括N个如权利要求1至4中任意一项所述的固态变压器功率单元，N为大于等于2的整数。

6.根据权利要求5所述的固态变压器变电站，其特征在于，第一相功率单元组及第二相功率单元组顺序排列，第三相功率单元组与所述第二相功率单元组并排排列，所述三相电抗器与所述第一相功率单元组并排排列；

在每一相功率单元组中，第一个所述高压输入模块中所述整流子模块的第一输入端与对应的一相电抗器电连接，第i个所述高压输入模块中所述整流子模块的第一输入端与第i-1个所述高压输入模块中所述整流子模块的第二输入端通过第一连接排电连接，1＜i≤N，各所述低压输出模块中所述逆变子模块的第一输出端通过第二连接排电连接，所述第二连接排被配置为与对应的一相低压进线电连接；

三相功率单元组的第N个所述高压输入模块中所述整流子模块的第二输入端通过第三连接排电连接，三相功率单元组的各所述低压输出模块中所述逆变子模块的第二输出端通过第四连接排电连接，所述第四连接排接地。

7.根据权利要求5所述的固态变压器变电站，其特征在于，所述三相电抗器、第一相功率单元组、第二相功率单元组、第三相功率单元组顺序排列；每一相功率单元组中所述固态变压器功率单元分为两列排布；

在每一相功率单元组中，第一个所述高压输入模块中所述整流子模块的第一输入端与对应的一相电抗器电连接，第j个所述高压输入模块中所述整流子模块的第一输入端与第j-1个所述高压输入模块中所述整流子模块的第二输入端通过第五连接排电连接，1＜j≤N，各所述低压输出模块中所述逆变子模块的第一输出端通过第六连接排电连接，所述第六连接排与对应的一相低压进线电连接；

三相功率单元组的第N个所述高压输入模块中所述整流子模块的第二输入端通过第七连接排电连接，三相功率单元组的各所述低压输出模块中所述逆变子模块的第二输出端通过第八连接排电连接，所述第八连接排接地；

第一相功率单元组的第N个所述高压输入模块中所述整流子模块的第一输入端，与第二相功率单元组的第一个所述高压输入模块中所述整流子模块的第一输入端连接；第二相功率单元组的第N个所述高压输入模块中所述整流子模块的第一输入端，与第三相功率单元组的第一个所述高压输入模块中所述整流子模块的第一输入端连接；第三相功率单元组的第N个所述高压输入模块中所述整流子模块的第一输入端，与第一相功率单元组的第一个所述高压输入模块中所述整流子模块的第一输入端连接。

8.根据权利要求6或7所述的固态变压器变电站，特征在于，

所述固态变压器变电站还具有位于各所述高压输入模块上方且围绕三相功率单元组设置的第一总出水管和位于各所述低压输出模块下方且围绕各三相功率单元组设置的第一总入水管，所述第一总出水管和所述第一总入水管通入所述水冷柜，所述第一总出水管上设置有各所述高压输入模块一一对应的第一分出水口，各所述高压输入模块中水冷板的出水口与对应的所述第一分出水口通过第二连接水管连通，所述第一总入水管上设置有各所述低压输出模块一一对应的第一分入水口，各所述低压输出模块中水冷板的进水口与对应的所述第一分入水口通过第三连接水管连通；

或者，

所述固态变压器变电站还具有位于一列所述高压输入模块上方设置的第二总出水管、位于另一列所述高压输入模块上方设置的第三总出水管、位于一列所述低压输出模块下方设置的第二总入水管和位于另一列所述低压输出模块下方设置的第三总入水管，所述第二总出水管、所述第二总入水管、所述第三总出水管和所述第三总入水管通入所述水冷柜，所述第二总出水管上设置有与一列所述高压输入模块一一对应的第二分出水口，一列所述高压输入模块中水冷板的出水口与对应的所述第二分出水口通过第四连接水管连通，所述第二总入水管上设置有与一列所述低压输出模块一一对应的第二分入水口，一列所述低压输出模块中水冷板的进水口与对应的所述第二分入水口通过第五连接水管连通，所述第三总出水管上设置有与另一列所述高压输入模块一一对应的第三分出水口，一列所述高压输入模块中水冷板的出水口与对应的所述第三分出水口通过第六连接水管连通，所述第三总入水管上设置有与另一列所述低压输出模块一一对应的第三分入水口，另一列所述低压输出模块中水冷板的进水口与对应的所述第三分入水口通过第七连接水管连通。

9.根据权利要求5所述的固态变压器变电站，其特征在于，

所述支撑结构体包括上层支架和下层支架，所述固态变压器功率单元中的所述高压输入模块设置于所述上层支架上，所述固态变压器功率单元中的所述中间隔离模块和所述低压输出模块设置于所述下层支架上；

所述上层支架为绝缘支架；

所述支撑结构体还包括支撑底座，所述支撑底座支撑所述下层支架。

10.根据权利要求5所述的固态变压器变电站，其特征在于，

所述外壳体上设置穿过所述外壳体的多个套管，三相高压进线各通过一个所述套管进入所述外壳体与各自对应的一相电抗器电连接，三相低压进线各通过一个所述套管进入所述外壳体与各自对应的一相功率单元组的所述低压输出模块中所述逆变子模块的第一输出端电连接；

所述各相功率单元组中所述高压输入模块中通信端口通过第一通信链路与所述控制柜连接，所述各相功率单元组中所述低压输出模块中通信端口通过第二通信链路与所述控制柜连接。

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