CN211530991U - 一种大容量换流阀功率单元组件及大容量换流阀功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大容量换流阀功率单元组件及大容量换流阀功率模块，包括箱体以及设置在箱体内的IGBT、水冷散热器、电源模块组件、控制组件、旁路开关、晶闸管、母排组件、进出管路；IGBT安装于水冷散热器的一侧面，电源模块组件安装于与IGBT相对的水冷散热器上另一侧面，控制组件安装于水冷散热器的前侧上方，旁路开关安装于水冷散热器的前侧下方；本实用新型具体实施例最大限度利用空间，针对功率单元组件，合理布局以IGBT为核心的主要器件，采用旁路开关前置、控制组件上置、进出管路靠与母排组件中下放置等方式，极大的优化了整个功率模块的布局方式、提升整个功率密度，减少占地面积。

Description

一种大容量换流阀功率单元组件及大容量换流阀功率模块

技术领域

本实用新型涉及直流输电领域，具体涉及一种大容量换流阀功率单元组件及大容量换流阀功率模块。

背景技术

柔性直流输电是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术，特点是采用全控性电力电子器件构成的电压源换流器，取代常规直流输电中基于半控型器件的电流源换流器。相比于交流输电和常规直流输电，在传输能量的同时，还能灵活地调节与之相连的交流系统电压，具有可控性较好、运行方式灵活、适用场合多等显著优点，因此柔性直流输电技术在孤岛供电、城市电网供电、分布式能源并网等方面具有很高的应用价值，目前的柔性直流输电多采用模块化设计，换流阀功率模块是柔性直流输电以及无功补偿系统中的核心单元，其性能的优劣关系着整个系统性能的优劣。

现有的换流阀功率模块结构不紧凑、功率密度不高，内部功率器件及电气元件的组合、布局及连接方式复杂，导致体积大，拆装不便，功率模块自身防护性能不高。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种通过改变布局提升功率密度的大容量换流阀功率单元组件及功率模块。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种大容量换流阀功率单元组件，包括箱体以及设置在所述箱体内的 IGBT、水冷散热器、电源模块组件、控制组件、旁路开关、晶闸管、母排组件、进出管路；

所述IGBT安装于水冷散热器的一侧面，所述电源模块组件安装于与所述 IGBT相对的水冷散热器上另一侧面，所述控制组件安装于所述水冷散热器的前侧上方，所述旁路开关安装于所述水冷散热器的前侧下方；

所述晶闸管与水冷散热器压接成一组件，所述母排组件一端与所述IGBT 连接、另一端延伸出所述箱体外作为功率单元组件的输入输出端，所述进出管路一端接入所述水冷散热器的进出口、另一端延伸出所述箱体外作为功率单元组件的换热冷却液进出口。

进一步，所述箱体的前侧具有可拆卸的上面板、中面板、下面板，所述上面板与所述控制组件位置对应，所述中面板与所述进出管路位置对应以固定其延伸出箱体的一端，所述下面板与所述母排组件、所述旁路开关位置对应且开设有开关操作孔位。

进一步，所述箱体顶部具有可拆卸的顶板，所述电源模块组件采用从箱体顶部下插式安装结构。

进一步，所述进出管路和所述水冷散热器的接头处皆设置有集液槽。

进一步，所述集液槽包括主集液槽和多个分集液槽，多个所述分集液槽通过管路或垂直滴落方式将所收集的冷却液引入所述主集液槽。

进一步，所述控制组件具有位于所述上面板的光纤接口，所述光纤接口安装有防护堵头。

进一步，还包括电阻，所述电阻安装于所述水冷散热器上另一侧面且位于所述电源模块组件下侧。

一种大容量换流阀功率模块，包括底座、母线电容以及所述大容量换流阀功率单元组件，所述大容量换流阀功率单元组件设置于所述底座的前侧，所述母线电容设置于所述底座的后侧，所述母线电容通过叠层母排与所述IGBT连接。

本实用新型具体实施例的有益效果：

1.本实用新型具体实施例最大限度利用空间，针对功率单元组件，合理布局以IGBT为核心的主要器件，采用旁路开关前置、控制组件上置、进出管路靠与母排组件中下放置等方式，极大的优化了整个功率模块的布局方式、提升整个功率密度，减少占地面积；

2.本实用新型具体实施例采用功率单元组件、母线电容两段形式，母线电容一般情况下损坏概率极低，在功率单元组件遇到较大问题时，如IGBT损坏、晶闸管损坏等情况下，只需要将功率模块向前移动一段距离，即可将功率单元组件拆卸实现更换；

3.本实用新型具体实施例设置采用便于功率模块维护的理念，功率单元组件各封板可独立拆卸，尤其是前面板，设计为上中下三段形式，在换流阀功率模块不脱离整机(换流阀阀塔)情况下就可以实现功率模块内部重要元件的检测、维护和更换；具体为正面上面板拆卸后可维护和更换控制板组件、正面下面板拆卸后可维护和更换旁路开关、顶部面板拆卸后可维护和更换电源模块，以上操作功率模块均不需要排除冷却液；

4.本实用新型具体实施例充分考虑功率模块内部管路冷却液泄漏的风险，在进出管路与水冷散热器接头处均设置有集液槽，在出现冷却液泄漏时，通过集液槽分步将冷却液排除功率模块内部，最大程度降低因泄漏带来的漏电短路风险；

5.本实用新型具体实施例将控制组件的对外接口、进出管路接口、功率连接母排接口都设置在功率模块机箱的正面，在功率模块进入整机(换流阀阀塔) 后，将极大降低操作难度。

附图说明

下面通过附图及具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

图1为本实用新型换流阀模块前轴测图；

图2为本实用新型换流阀模块功率单元组件轴测图；

图3功率单元组件不含面板左前带叠层母排轴侧图；

图4功率单元组件不含面板左前拆除叠层母排轴侧图；

图5功率单元组件不含面板右前轴侧图；

图6为晶闸管与水冷散热器的压接组件轴测图。

具体实施方式

如图1-图6所示，为本实用新型具体实施例的一种大容量换流阀功率单元组件100，包括箱体101以及设置在箱体101内的IGBT102、水冷散热器103、电源模块组件104、控制组件105、旁路开关106、晶闸管107、母排组件108、进出管路109；

其中，IGBT102安装于水冷散热器103的一侧面，电源模块组件104安装于与IGBT102相对的水冷散热器103上另一侧面，控制组件105安装于水冷散热器103的前侧上方，旁路开关106安装于水冷散热器103的前侧下方；

晶闸管107与水冷散热器103压接成一组件，母排组件108一端与IGBT102 连接、另一端延伸出箱体101外作为功率单元组件100的输入输出端，进出管路109一端接入水冷散热器103的进出口、另一端延伸出箱体101外作为功率单元组件100的换热冷却液进出口。

上述结构最大限度利用空间，针对功率单元组件100，合理布局以IGBT102 为核心的主要器件，采用旁路开关106前置、控制组件105上置、进出管路109 靠中下放置等方式，极大的优化了整个功率模块的布局方式、提升整个功率密度，减少占地面积。

针对传统功率模块需要操作的面较多，当功率模块安装至整机换流阀阀塔上时，带来很大的操作难度，本实施例将箱体101的前侧设计为具有可拆卸的上面板110、中面板111、下面板112，上面板110与控制组件105位置对应，中面板111与进出管路109位置对应以固定其延伸出箱体101的一端，下面板 112与母排组件108、旁路开关106位置对应且开设有开关操作孔位，此上中下三段形式的设计方案，在换流阀功率模块不脱离整机(换流阀阀塔)情况下就可以实现功率模块内部重要元件的检测、维护和更换，具体为正面上面板110拆卸后可维护和更换控制组件105，正面下面板112拆卸后可维护和更换旁路开关106，以上操作功率模块均不需要排除冷却液，从而提高模块的更换效率。进出管路109设置在功率模块机箱正面的中面板111，在功率模块进入整机(换流阀阀塔)后，将极大降低操作难度。

此外，箱体101顶部具有可拆卸的顶板113，电源模块组件104采用从箱体101顶部下插式安装结构，顶部面板拆卸后可维护和更换电源模块，进一步提高模块的更换效率。

现有功率模块无万全的集液、排液措施，容易发生冷却液泄漏问题，本实施例在进出管路109和水冷散热器103的接头处皆设置有集液槽。在上述方案的进一步改进，集液槽包括主集液槽114和多个分集液槽115，多个分集液槽115通过管路或垂直滴落方式将所收集的冷却液引入主集液槽114，在出现冷却液泄漏时，通过集液槽分步将冷却液排除功率模块内部，最大程度降低因泄漏带来的漏电短路风险。

如图2，控制组件105具有位于上面板110的光纤接口116，光纤接口安装有防护堵头。

进一步，本实施例的一种大容量换流阀功率单元组件100还包括电阻117，电阻117安装于水冷散热器103上另一侧面且位于电源模块组件104下侧，见图5。

本技术方案还包括一种大容量换流阀功率模块，包括底座300、母线电容 200以及大容量换流阀功率单元组件100，大容量换流阀功率单元组件100设置于底座300的前侧，母线电容200设置于底座300的后侧，母线电容200通过叠层母排400与IGBT102连接。

通过采用大容量换流阀功率单元组件100、母线电容200两段形式，母线电容200一般情况下损坏概率极低，在大容量换流阀功率单元组件100遇到较大问题时，如IGBT102损坏、晶闸管107损坏等情况下，只需要将功率模块向前移动一段距离，即可将大容量换流阀功率单元组件100拆卸实现更换。

以上实施例是对本实用新型的解释，但是，本实用新型并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本实用新型的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种大容量换流阀功率单元组件，其特征在于：包括箱体以及设置在所述箱体内的IGBT、水冷散热器、电源模块组件、控制组件、旁路开关、晶闸管、母排组件、进出管路；

所述IGBT安装于水冷散热器的一侧面，所述电源模块组件安装于与所述IGBT相对的水冷散热器上另一侧面，所述控制组件安装于所述水冷散热器的前侧上方，所述旁路开关安装于所述水冷散热器的前侧下方；

所述晶闸管与水冷散热器压接成一组件，所述母排组件一端与所述IGBT连接、另一端延伸出所述箱体外作为功率单元组件的输入输出端，所述进出管路一端接入所述水冷散热器的进出口、另一端延伸出所述箱体外作为功率单元组件的换热冷却液进出口。

2.根据权利要求1所述的一种大容量换流阀功率单元组件，其特征在于：所述箱体的前侧具有可拆卸的上面板、中面板、下面板，所述上面板与所述控制组件位置对应，所述中面板与所述进出管路位置对应以固定其延伸出箱体的一端，所述下面板与所述母排组件、所述旁路开关位置对应且开设有开关操作孔位。

3.根据权利要求1所述的一种大容量换流阀功率单元组件，其特征在于：所述箱体顶部具有可拆卸的顶板，所述电源模块组件采用从箱体顶部下插式安装结构。

4.根据权利要求1所述的一种大容量换流阀功率单元组件，其特征在于：所述进出管路和所述水冷散热器的接头处皆设置有集液槽。

5.根据权利要求4所述的一种大容量换流阀功率单元组件，其特征在于：所述集液槽包括主集液槽和多个分集液槽，多个所述分集液槽通过管路或垂直滴落方式将所收集的冷却液引入所述主集液槽。

6.根据权利要求2所述的一种大容量换流阀功率单元组件，其特征在于：所述控制组件具有位于所述上面板的光纤接口，所述光纤接口安装有防护堵头。

7.根据权利要求1所述的一种大容量换流阀功率单元组件，其特征在于：还包括电阻，所述电阻安装于所述水冷散热器上另一侧面且位于所述电源模块组件下侧。

8.一种大容量换流阀功率模块，其特征在于：包括底座、母线电容以及权利要求1-7任一所述大容量换流阀功率单元组件，所述大容量换流阀功率单元组件设置于所述底座的前侧，所述母线电容设置于所述底座的后侧，所述母线电容通过叠层母排与所述IGBT连接。

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