CN210137289U - Iegt功率组件、逆变器及风力发电场 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种IEGT功率组件、逆变器及风力发电场，涉及风力发电领域。该IEGT功率组件，包括相对设置的第一压接板和第二压接板，第一压接板与第二压接板之间依次设置有第一冷却板、第一反并联二极管、第二冷却板、第一IEGT、第三冷却板、第二IEGT、第四冷却板、第二反并联二极管、第五冷却板、晶闸管单元、第六冷却板和绝缘支撑件；第一压接板、第一冷却板、第一反并联二极管、第二冷却板、第一IEGT、第三冷却板、第二IEGT、第四冷却板、第二反并联二极管、第五冷却板、晶闸管单元、第六冷却板、绝缘支撑件和第二压接板压接连接。本实用新型实施例的技术方案能够提高IEGT功率组件的集成度。

Description

IEGT功率组件、逆变器及风力发电场

技术领域

本实用新型属于风力发电领域，尤其涉及IEGT功率组件、逆变器及风力发电场。

背景技术

随着风力发电技术的普及和进步，柔直直流输电工程的电压等级越来越高，容量越来越大。电压较低、容量较小的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)器件不足以满足要求。目前，为了能够满足电压等级高、容量大的要求，采用注入增强型栅极晶体管(Injection Enhanced Gate Transistor，IEGT)器件。

可将IEGT器件封装为IEGT组件。为了避免柔直风力发电系统发生故障时IEGT组件中的器件被损坏，可设置晶闸管。但存在晶闸管与IEGT组件集成度较低且不便于连接的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种IEGT功率组件、逆变器及风力发电场，能够提高IEGT功率组件的集成度。

第一方面，本实用新型实施例提供一种IEGT功率组件，包括相对设置的第一压接板和第二压接板，第一压接板与第二压接板之间依次设置有第一冷却板、第一反并联二极管、第二冷却板、第一IEGT、第三冷却板、第二IEGT、第四冷却板、第二反并联二极管、第五冷却板、晶闸管单元、第六冷却板和绝缘支撑件；第一压接板、第一冷却板、第一反并联二极管、第二冷却板、第一IEGT、第三冷却板、第二IEGT、第四冷却板、第二反并联二极管、第五冷却板、晶闸管单元、第六冷却板、绝缘支撑件和第二压接板压接连接。

在一些可能的实施例中，第一压接板和第一反并联二极管分别与第一冷却板两侧的导电安装面压接接触；第一反并联二极管和第一IEGT分别与第二冷却板两侧的导电安装面压接接触；第一IEGT和第二IEGT分别与第三冷却板两侧的导电安装面压接接触；第二IEGT和第二反并联二极管分别与第四冷却板两侧的导电安装面压接接触；第二反并联二极管和晶闸管单元分别与第五冷却板两侧的导电安装面压接接触；晶闸管单元和绝缘支撑件分别与第六冷却板两侧的导电安装面压接接触。

在一些可能的实施例中，第一压接板与第一冷却板一侧的导电安装面电位相同，第一反并联二极管的阳极与第一冷却板另一侧的导电安装面电位相同，第一反并联二极管的阴极与第二冷却板一侧的导电安装面电位相同，第一IEGT的集电极与第二冷却板另一侧的导电安装面电位相同，第一IEGT的发射极与第三冷却板一侧的导电安装面电位相同，第二IEGT的集电极与第三冷却板另一侧的导电安装面电位相同，第二IEGT的发射极与第四冷却板一侧的导电安装面电位相同，第二反并联二极管的阳极与第四冷却板另一侧的导电安装面电位相同，第二反并联二极管的阴极与第五冷却板一侧的导电安装面电位相同，晶闸管单元的阴极与第五冷却板另一侧的导电安装面电位相同，晶闸管单元的阳极与第六冷却板一侧的导电安装面电位相同。

在一些可能的实施例中，第一冷却板、第二冷却板、第三冷却板、第四冷却板、第五冷却板和第六冷却板设置有电气接口；其中，第一冷却板的电气接口与第三冷却板的电气接口通过第一短接母排连接，第三冷却板的电气接口与第五冷却板的电气接口通过第二短接母排连接，第四冷却板的电气接口与第六冷却板的电气接口通过第三短接母排连接。

在一些可能的实施例中，第一冷却板、第二冷却板、第三冷却板、第四冷却板、第五冷却板和第六冷却板均为水冷板。

在一些可能的实施例中，水冷板内设置有散热流道，水冷板的进水接口与散热流道连通，水冷板的出水接口与散热流道连通。

在一些可能的实施例中，上述IEGT功率组件还包括与第一IEGT连接的第一IEGT驱动器，以及与第二IEGT连接的第二IEGT驱动器。

在一些可能的实施例中，上述IEGT功率组件还包括用于固定连接第一压接板和第二压接板的多根金属杆，每根金属杆对应设有绝缘套管，绝缘套管套设于金属杆上。

第二方面，本实用新型实施例提供一种逆变器，包括并联的三相桥臂，每一相桥臂包括上桥臂和下桥臂，上桥臂包括至少一个第一方面的技术方案中的IEGT功率组件，下桥臂包括至少一个第一方面的技术方案中的IEGT功率组件。

第三方面，本实用新型实施例提供一种风力发电场，包括多台风力发电机组、直流断路器以及直流母线，多台风力发电机组通过直流母线与直流断路器连接，风力发电场还包括第二方面的技术方案中的逆变器，逆变器与直流断路器连接。

本实用新型实施例提供了一种IEGT功率组件、逆变器及风力发电场，将依次设置的第一压接板、第一冷却板、第一反并联二极管、第二冷却板、第一IEGT、第三冷却板、第二IEGT、第四冷却板、第二反并联二极管、第五冷却板、晶闸管单元、第六冷却板、绝缘支撑件和第二压接板压接连接。使得晶闸管单元也集成在IEGT功率组件中，从而提高IEGT功率组件的集成度。

附图说明

从下面结合附图对本实用新型的具体实施方式的描述中可以更好地理解本实用新型其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本实用新型一实施例中一种IEGT功率组件的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中一种IEGT功率组件的结构图；

图3为本实用新型一实施例中IEGT功率组件所在电路的电气连接图；

图4为本实用新型一实施例中一种逆变器的电气连接示意图；

图5为本实用新型一实施例中一种风力发电场的电气连接示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型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实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊。

本实用新型实施例提供一种注入增强型栅极晶体管(Injection Enhanced GateTransistor，IEGT)功率组件、逆变器及风力发电场，可应用于风力发电场中，比如，可应用于柔直风力发电场中。利用IEGT功率组件中的IEGT功率单元，可满足电压等级更高、容量更大的要求。IEGT功率组件中的晶闸管单元可分担风力发电场发生故障状态下的短路电流，从而保护IEGT功率组件以及IEGT功率组件所在的逆变器等的安全。

图1为本实用新型一实施例中一种IEGT功率组件的结构示意图。图2为本实用新型一实施例中一种IEGT功率组件的结构图。如图1和图2所示，该IEGT功率组件包括相对设置的第一压接板101和第二压接板102，第一压接板101与第二压接板102之间依次设置有第一冷却板103、第一反并联二极管D1、第二冷却板104、第一IEGT T1、第三冷却板105、第二IEGTT2、第四冷却板106、第二反并联二极管D2、第五冷却板107、晶闸管单元108、第六冷却板109和绝缘支撑件110。

其中，第一压接板101、第一冷却板103、第一反并联二极管D1、第二冷却板104、第一IEGT T1、第三冷却板105、第二IEGT T2、第四冷却板106、第二反并联二极管D2、第五冷却板107、晶闸管单元108、第六冷却板109、绝缘支撑件110和第二压接板102压接连接。

第一压接板101与第二压接板102可均为金属压接板。第一冷却板103可为第一反并联二极管D1散热。第二冷却板104可为第一反并联二极管D1和第一IEGT T1散热。第三冷却板105可为第一IEGT T1和第二IEGT T2散热。第四冷却板106可为第二IEGT T2和第二反并联二极管D2散热。第五冷却板107可为第二反并联二极管D2和晶闸管单元108散热。第六冷却板109可为晶闸管单元108散热。绝缘支撑件110具体可为绝缘伞裙支撑件，在此并不限定。

第一IEGT T1、第二IEGT T2、第一反并联二极管D1、第二反并联二极管D2和晶闸管单元108各自单独封装。第一反并联二极管D1为与第一IEGT T1反向并联的二极管。第二反并联二极管D2为与第二IEGT T2反向并联的二极管。

在本实用新型实施例中，将依次设置的第一压接板101、第一冷却板103、第一反并联二极管D1、第二冷却板104、第一IEGT T1、第三冷却板105、第二IEGT T2、第四冷却板106、第二反并联二极管D2、第五冷却板107、晶闸管单元108、第六冷却板109、绝缘支撑件110和第二压接板102压接连接。使得晶闸管单元108也集成在IEGT功率组件中，从而提高IEGT功率组件的集成度。与晶闸管单元108设置在集成第一IEGT T1、第二IEGT T2、第一反并联二极管D1和第二反并联二极管D2的组件的外围的技术方案相比，方便了IEGT功率组件的功率回路的电气连接，简化了整个IEGT功率组件的结构。

具体的，如图1和图2所示，第一压接板101和第一反并联二极管D1分别与第一冷却板103两侧的导电安装面压接接触。第一反并联二极管和第一IEGT T1分别与第二冷却板104两侧的导电安装面压接接触。第一IEGT T1和第二IEGT T2分别与第三冷却板105两侧的导电安装面压接接触。第二IEGT T2和第二反并联二极管D2分别与第四冷却板106两侧的导电安装面压接接触。第二反并联二极管D2和晶闸管单元108分别与第五冷却板107两侧的导电安装面压接接触。晶闸管单元108和绝缘支撑件110分别与第六冷却板109两侧的导电安装面压接接触。

其中，第一压接板101与第一冷却板103一侧的导电安装面电位相同，即保持同一电位点。第一反并联二极管D1的阳极与第一冷却板103另一侧的导电安装面电位相同，即保持同一电位点。第一反并联二极管D1的阴极与第二冷却板104一侧的导电安装面电位相同，即保持同一电位点。第一IEGT T1的集电极与第二冷却板104另一侧的导电安装面电位相同，即保持同一电位点。第一IEGT T1的发射极与第三冷却板105一侧的导电安装面电位相同，即保持同一电位点。第二IEGT T2的集电极与第三冷却板105另一侧的导电安装面电位相同，即保持同一电位点。第二IEGT T2的发射极与第四冷却板106一侧的导电安装面电位相同，即保持同一电位点。第二反并联二极管D2的阳极与第四冷却板106另一侧的导电安装面电位相同，即保持同一电位点。第二反并联二极管D2的阴极与第五冷却板107一侧的导电安装面电位相同，即保持同一电位点。晶闸管单元108的阴极与第五冷却板107另一侧的导电安装面电位相同，即保持同一电位点。晶闸管单元108的阳极与第六冷却板109一侧的导电安装面电位相同，即保持同一电位点。

其中，各个冷却板的导电安装面为导体面，比如，可为金属安装面，在此并不限定。

在一些示例中，如图1与图2所示，第一冷却板103、第二冷却板104、第三冷却板105、第四冷却板106、第五冷却板107和第六冷却板109设置有电气接口111。

其中，第一冷却板103的电气接口111与第三冷却板105的电气接口110通过第一短接母排112连接。第三冷却板105的电气接口111与第五冷却板107的电气接口111通过第二短接母排113连接。第四冷却板106的电气接口111与第六冷却板109通过第三短接母排114连接。

在一些示例中，如图1与图2所示，上述IEGT功率组件还可包括与第一IEGT T1连接的第一IEGT驱动器115，以及与第二IEGT T2连接的第二IEGT驱动器116。第一IEGT驱动器115用于驱动第一IEGT T1。第二IEGT驱动器116用于驱动第二IEGT T2。

在一些示例中，如图1和图2所示，上述IEGT功率组件还可包括用于固定连接第一压接板101和第二压接板102的多根金属杆117。其中，对金属杆117的数目不做要求，比如，可设置四根金属杆117连接第一压接板101和第二压接板102。具体的，金属杆117可为金属螺杆，可在第一压接板101和第二压接板102上设置螺孔，通过螺母、螺孔和金属螺杆，固定连接第一压接板101和第二压接板102。

其中，每根金属杆117对应设有绝缘套管118，绝缘套管118套设于金属杆117上。绝缘套管118可保证第一IEGT T1、第二IEGT T2以及其他带电器件，有足够的爬电距离和电气间隙。

在一些示例中，上述第一冷却板103、第二冷却板104、第三冷却板105、第四冷却板106、第五冷却板107和第六冷却板109均为水冷板。水冷板内设置有散热流道。水冷板具有进水接口与出水接口，进水接口与散热流道连通，出水接口与散热流道连通。

图3为本实用新型一实施例中IEGT功率组件所在电路的电气连接图。如图3所示，晶闸管单元108包括晶闸管D3。第一IEGT T1与第一反并联二极管D1并联，第二IEGT T2与第二反并联二极管D2并联，第二IEGT T2与晶闸管D3并联。

具体的，第一IEGT T1的发射极与第一反并联二极管D1的阳极连接，第一IEGT T1的集电极与第一反并联二极管D1的阴极连接。第二IEGT T2的发射极与第二反并联二极管D2的阳极、晶闸管D3的阳极连接，第二IEGT T2的集电极与第二反并联二极管D2的阴极、晶闸管D3的阴极连接。电容C1的一端与第一IEGT T1的集电极连接，电容C1的另一端与第二IEGT T2的发射极连接。

图4为本实用新型一实施例中一种逆变器的电气连接示意图。如图4所示，该逆变器包括并联的三相桥臂。其中，每一相桥臂均包括上桥臂和下桥臂。上桥臂包括至少一个上述实施例中的IEGT功率组件100，下桥臂包括至少一个上述实施例中的IEGT功率组件100。

具体的，该逆变器可为模块化多电平逆变器(Modular Multilevel Converter，MMC)。

图5为本实用新型一实施例中一种风力发电场的电气连接示意图。如图5所示，该风力发电场包括多台风力发电机组20、直流断路器30、直流母线40和上述实施例中的逆变器10。多台风力发电机组20通过直流母线40与直流断路器30连接。逆变器10与直流断路器30连接。

该风力发电场还可包括换流变压器50和交流断路器60。换流变压器50可与逆变器10连接，交流断路器60与换流变压器50连接。其中，换流变压器50分别与逆变器10中的三相桥臂连接。

该风力发电场具体可为柔直风力发电场。其中的风力发电机组可具体为中压直流风力发电机组。

风力发电场中可能会发生直流短路故障。比如，当直流输电线路的架空线出现短路情况时，短路电流通过直流断路器和短路点，和逆变器中的三相桥臂形成短路功率回路。

在发生直流短路故障的情况下，风力发电场会进行闭锁，封锁各个桥臂中的IEGT。在直流短路故障还未结束的时间内，快速断开直流断路器，再断开在换流变压器50和电网之间的交流断路器60，断开输电系统，从而结束直流短路故障过程。在故障检测的可接受时间内，若直流短路故障消除，则风力发电场接触闭锁，继续运行。

如图3、图4和图5所示，对于每一相桥臂来说，针对投入运行的IEGT功率组件，在进行闭锁前，与该IEGT功率组件并联的电容C1通过IEGT功率组件放电，并对该相桥臂上的电感L充电，桥臂电流升高，会造成切出运行的IEGT功率组件中的第二反并联二极管D2和投入运行的IEGT功率组件中的第一IEGT T1过电流。在进行闭锁后，IEGT功率组件切出运行，各相桥臂上的电感释放能量，桥臂电流通过下桥臂的第二反并联二极管D2续流，且桥臂电流逐渐衰减。

比如，如图5所示，在进行闭锁前，假设上桥臂中的第一个IEGT功率组件投入运行，最后一个IEGT功率组件切出运行；下桥臂中的第一个IEGT功率组件投入运行，最后一个IEGT功率组件切出运行。

如图3、图4和图5所示，对于投入运行的IEGT功率组件，电容通过第一IEGT T1快速放电，并对桥臂上的电感L充电，使得桥臂电流升高。

对于切出运行的IEGT功率组件，短路电流通过第二反并联二极管D2传输。短路电流在短时间对第二反并联二极管D2造成极大的过电流，可能会导致二极管损坏。

在进行闭锁后，所有IEGT功率组件切出运行，直流回路的短路电流和交流回路的电流均通过各个IEGT功率组件中的第二反并联二极管D2续流。在这种情况下，晶闸管D3被触发导通。由于晶闸管D3的低导通压降及大功率的通流能力，直流回路的短路电流和交流回路的电流大部分会从晶闸管D3的阳极到达阴极。直流回路的短路电流和交流回路的电流小部分从IEGT功率组件中的第二反并联二极管D2流过，从而保护IEGT功率组件及逆变器。

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。对于逆变器实施例和风力发电场实施例而言，相关之处可以参见IEGT功率组件实施例的说明部分。本实用新型并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本实用新型的精神之后，作出各种改变、修改和添加。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

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；不定冠词“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IEGT功率组件，其特征在于，包括相对设置的第一压接板和第二压接板，所述第一压接板与所述第二压接板之间依次设置有第一冷却板、第一反并联二极管、第二冷却板、第一IEGT、第三冷却板、第二IEGT、第四冷却板、第二反并联二极管、第五冷却板、晶闸管单元、第六冷却板和绝缘支撑件；

所述第一压接板、所述第一冷却板、所述第一反并联二极管、所述第二冷却板、所述第一IEGT、所述第三冷却板、所述第二IEGT、所述第四冷却板、所述第二反并联二极管、所述第五冷却板、所述晶闸管单元、所述第六冷却板、所述绝缘支撑件和所述第二压接板压接连接。

2.根据权利要求1所述的IEGT功率组件，其特征在于，

所述第一压接板和所述第一反并联二极管分别与所述第一冷却板两侧的导电安装面压接接触；

所述第一反并联二极管和所述第一IEGT分别与所述第二冷却板两侧的导电安装面压接接触；

所述第一IEGT和所述第二IEGT分别与所述第三冷却板两侧的导电安装面压接接触；

所述第二IEGT和所述第二反并联二极管分别与所述第四冷却板两侧的导电安装面压接接触；

所述第二反并联二极管和所述晶闸管单元分别与所述第五冷却板两侧的导电安装面压接接触；

所述晶闸管单元和所述绝缘支撑件分别与所述第六冷却板两侧的导电安装面压接接触。

3.根据权利要求2所述的IEGT功率组件，其特征在于，

所述第一压接板与所述第一冷却板一侧的导电安装面电位相同，所述第一反并联二极管的阳极与所述第一冷却板另一侧的导电安装面电位相同，

所述第一反并联二极管的阴极与所述第二冷却板一侧的导电安装面电位相同，所述第一IEGT的集电极与所述第二冷却板另一侧的导电安装面电位相同，

所述第一IEGT的发射极与所述第三冷却板一侧的导电安装面电位相同，所述第二IEGT的集电极与所述第三冷却板另一侧的导电安装面电位相同，

所述第二IEGT的发射极与所述第四冷却板一侧的导电安装面电位相同，所述第二反并联二极管的阳极与所述第四冷却板另一侧的导电安装面电位相同，

所述第二反并联二极管的阴极与所述第五冷却板一侧的导电安装面电位相同，所述晶闸管单元的阴极与所述第五冷却板另一侧的导电安装面电位相同，

所述晶闸管单元的阳极与所述第六冷却板一侧的导电安装面电位相同。

4.根据权利要求1所述的IEGT功率组件，其特征在于，

所述第一冷却板、所述第二冷却板、所述第三冷却板、所述第四冷却板、所述第五冷却板和第六冷却板设置有电气接口；

其中，所述第一冷却板的电气接口与所述第三冷却板的电气接口通过第一短接母排连接，所述第三冷却板的电气接口与所述第五冷却板的电气接口通过第二短接母排连接，所述第四冷却板的电气接口与所述第六冷却板的电气接口通过第三短接母排连接。

5.根据权利要求1所述的IEGT功率组件，其特征在于，所述第一冷却板、所述第二冷却板、所述第三冷却板、所述第四冷却板、所述第五冷却板和第六冷却板均为水冷板。

6.根据权利要求5所述的IEGT功率组件，其特征在于，

所述水冷板内设置有散热流道，所述水冷板的进水接口与所述散热流道连通，所述水冷板的出水接口与所述散热流道连通。

7.根据权利要求1所述的IEGT功率组件，其特征在于，还包括与所述第一IEGT连接的第一IEGT驱动器，以及与所述第二IEGT连接的第二IEGT驱动器。

8.根据权利要求1所述的IEGT功率组件，其特征在于，还包括用于固定连接所述第一压接板和所述第二压接板的多根金属杆，每根所述金属杆对应设有绝缘套管，所述绝缘套管套设于所述金属杆上。

9.一种逆变器，其特征在于，包括并联的三相桥臂，每一相桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂包括至少一个如权利要求1至8中任意一项所述的IEGT功率组件，所述下桥臂包括至少一个如权利要求1至8中任意一项所述的IEGT功率组件。

10.一种风力发电场，包括多台风力发电机组、直流断路器以及直流母线，所述多台风力发电机组通过所述直流母线与直流断路器连接，其特征在于，所述风力发电场还包括如权利要求9所述的逆变器，所述逆变器与所述直流断路器连接。

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