CN211790790U - 一种直流耗能装置阀模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种直流耗能装置阀模块，包括：矩形架和设于所述矩形架一侧的串联子模块；所述子模块包括串联的电气模块；本实用新型提供的直流耗能装置阀模块电气连接，结构易装配、易维护。

Description

一种直流耗能装置阀模块

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种直流耗能装置阀模块。

背景技术

直流输电线路能够高效便捷地把大量电能从能源基地传输到负荷中心，对于运行中直流输电工程来说，对于运行中直流输电工程来说，受端消纳的电能与送端发出的电能相平衡，送端的电网的电压和工作频率维持恒定。当受端电力系统发生扰动或故障，无法消纳送端送出的电能时，送端电网的电压和频率将发生扰动，可以通过快速调节发电机的出力来减少这种扰动；若送端的电源是火力发电机或水力发电机，发电机的出力可以调节，但是调节过程需要一定的时延，无法做到即时响应，电网的电压和频率仍会出现扰动；若送端电源是风力发电机组，由于自然界的风力无法控制，无法根据运行需要调节风力发电机组的出力，送端电网的电压和频率将出现严重扰动，严重时可能造成发电机组解裂，引起严重电网事故。

特高压直流输电技术的发展使直流输电的输电容量提升至8000～12000MW，送端电网传统火力和水力发电机装机容量随之水涨船高，发电机出力的快速调节日趋困难，风、光、水、火电打捆外送更加重了这种困难；柔性直流输电技术的发展使得风力发电并网规模的日益扩大，受端电网故障引起送受端功率不匹配而导致风力发电机组解裂的风险日益增大。

目前直流耗能装置拓扑主要分为三种：1、集中电阻方式；2、分散电阻方式；3、混合电阻方式。其中，集中电阻方式电容容量较大，阀体占地面积大，成本较高；分散电阻方式每个模块中电阻较大，阀体占地面积大。混合式电阻方式与其余两种拓扑相比成本较低、占地面积小，直流耗能装置阀模块是根据混合电阻方式的拓扑设计。其拓扑如图17所示，元器件数量多，电气连接复杂。

电气子模块的5个半导体元器件都需要较大压装力满足其电气性能，传统的元器件压装都采用大组件压装，单元内元器件间连接线难度大，这对模块的装配和维护带来很大困难。

实用新型内容

为了解决现有技术中所存在的不足，本实用新型提供一种直流耗能装置阀模块的结构设计，以3个子单元为独立个体进行设计，安装、维护以压装组件为单位，提高了结构的易装配、易维护性。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的：

本实用新型提供了一种直流耗能装置阀模块，包括：矩形架(1)和设于所述矩形架(1)一侧的串联子模块(2)；

所述子模块(2)包括：串联的电气模块。

优选的，所述矩形架(1)的两侧为绝缘梁(11)，所述矩形架(1)的两端和中间为金属梁(12)。

优选的，所述子模块(2)和所述矩形架(1)的绝缘梁(11)通过子模块安装件(3)连接。

优选的，相邻的所述子模块(2)间通过子模块连接件(4)连接；

所述子模块(2)与所述矩形架(1)的金属梁(12)通过所述金属梁连接件(5)连接。

优选的，所述电气模块由串联的电路子单元组成。

优选的，所述电路子单元包括：第一二极管(221)、第二二极管(222)、第三二极管(223)、第一IGBT(231)、第二IGBT(232)、第一电阻(24)、第二电阻(27)和电容(21)；

所述第一IGBT(231)的集电极与所述第一二极管(221)的正极连接；

所述第一二极管(221)的负极经过所述电容(21)与所述第一IGBT(231)的发射极连接，经过第一电阻(24)与所述第二IGBT(232)的集电极连接；

所述第二二极管(222)并联于所述第一电阻(24)两端；

所述第二电阻(27)并联于所述电容(21)两端；

所述第二IGBT(232)的发射极与所述第一IGBT(231)的发射极连接；

所述第三二极管(223)反向并联在所述第一IGBT(231)两端。

优选的，所述子模块的电阻设有进水口和出水口；

相邻或间隔的所述子模块电阻的进水口与所述子模块电阻的出水口通过水管(28)连接。

优选的，所述子模块的IGBT压装结构上侧设有与板卡光纤(19)连接的板卡(26)。

优选的，所述子模块的IGBT压装结构(23)为按照IGBT压板(234)、IGBT绝缘板(235)、IGBT、IGBT绝缘板(235)、IGBT、IGBT绝缘板(235)、IGBT碟簧(233)、IGBT压板(234)顺序的压装结构。

优选的，所述子模块的二极管压装结构(22)是按照二极管压板(225)、二极管绝缘板(226)、二极管、二极管绝缘板(226)、二极管、二极管绝缘板(226)、二极管碟簧(224)、二极管压板(225)顺序的压装。

与最接近现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型提供的一种直流耗能装置阀模块包括：矩形架和设于所述矩形架一侧的串联子模块；所述子模块包括串联的电气模块；本实用新型提供的直流耗能装置阀模块电气连接，结构易装配、易维护；

2、子模块单个压装结构尽量多的压装半导体器件，减小了压装结构重量。

附图说明

图1：本实用新型的阀模块俯视图；

图2：本实用新型的阀模块框架结构图；

图3：本实用新型的阀模块斜侧安装视图；

图4：本实用新型的子模块主视图；

图5：本实用新型的子模块斜侧导电板视图；

图6：本实用新型的子模块俯视图；

图7：本实用新型的子模块斜侧视图；

图8：本实用新型的子模块采用的拓扑结构图；

图9：本实用新型的IGBT压装结构图；

图10：本实用新型的二极管压装结构图；

图11：本实用新型的二极管压装结构斜侧视图；

图12：本实用新型的反并联二极管压装结构图；

图13：本实用新型的第一电阻结构图；

图14：本实用新型的水管结构图；

图15：本实用新型的板卡光纤结构图；

图16：本实用新型的连接件结构图；

图17：目前混合电阻方式的拓扑结构图。

附图标记：

1-矩形架，2-子模块，3-子模块安装件，4-子模块连接件，5-金属梁连接件，11-绝缘梁，12-金属梁，21-电容，22-二极管压装结构，23-IGBT压装结构，24-第一电阻，25-反并联二极管压装结构，26-板卡，27-第二电阻，28-水管，29-板卡光纤，221-第一二极管，222-第二二极管，223-第三二极管，224-二极管碟簧，225-二极管压板，226-二极管绝缘板，231-第一IGBT，232-第二IGBT，233-IGBT碟簧，234-IGBT压板，235-IGBT绝缘板。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

直流耗能装置阀模块结构如图1所示，由矩形架1和子模块2组成，如图2所示，矩形架由三根金属梁12和四根绝缘梁11组装，如图3所示，子模块2通过子模块安装件3将子模块2与绝缘梁11组装。每个阀模块由12个子模块2组成。

子模块结构如图4至图7所示，电容21、二极管、IGBT、电阻、板卡26和多个导电板等元器件安装在子模块安装件上。

结构子模块拓扑结构如图8所示，下文均按照本拓扑结构进行进一步解释，有2级电气子模块组成，其中二极管1、二极管2、二极管3、二极管1＇、二极管2＇、二极管3＇均为二极管，IGBT–1和IGBT-1＇控制模块在主回路中是否分压，IGBT–2和IGBT-2＇控制电容两端电压维持在一定范围内，电容C和电容C＇是保持电压恒定的元件，电阻R1和电阻R2分别并联在二极管2和电容C两侧，电阻R1＇和电阻R2＇分别并联在二极管2＇和电容C＇两侧。

以级1为例，子模块结构间连接件有n导电板2-R1、m导电板2-R1、a导电板1-IGBT_1、b导电板C-IGBT_1、m导电板1-C、n导电板2-IGBT_2。

以级1电流流动方向为例。

IGBT_1导通时：

级1被短路，电流路径为a→IGBT_1→b。

IGBT_1关断时：

IGBT_2关断级1给电容充电，电流路径为a→二极管1→m→电容C→b；

当电容电压大于所需维持电压上限IGBT_2导通，电容通过放电回路降压，放电回路电流方向为m→R1→IGBT_2→b；

当电容电压小于所需维持电压下线IGBT_2关断，电容再次充电。

级2与级1电流流动方向一致。

本实用新型通过多个小碟簧替代大碟簧的方式将大组件压装变为小组件压装。

IGBT压装结构如图9所示，此结构零部件组成为：IGBT_1、IGBT_2、IGBT_1＇、IGBT_2＇、IGBT压板1、IGBT压板2、IGBT绝缘板1、IGBT绝缘板2、IGBT绝缘板3、4根IGBT紧固螺钉和4套IGBT碟簧。IGBT压装结构外接排以级1为例，包括a导电板_IGBT1、b导电板IGBT1_IGBT2、n导电板_IGBT2。IGBT_1和IGBT_2的E级对合压在一起，两个C级朝外，a导电板_IGBT1引出IGBT1的C级电位、b导电板IGBT1_IGBT2引出IGBT1和IGBT_2的E级电位、n导电板_IGBT2引出IGBT2的C级电位。IGBT压装结构通过对IGBT压板1和IGBT压板2施加压力，压缩碟簧达到相应压装力后将IGBT紧固螺钉拧紧后松开压装力，完成压装过程。

二极管压装结构如图10所示，包括：二极管1、二极管2、二极管1＇、二极管2＇、二极管压板1、二极管压板2、二极管绝缘板1、二极管绝缘板2、二极管绝缘板3、2根二极管_紧固螺钉，1组二极管_碟簧。二极管压装结构外接排以级1为例，如图11所示，包括a导电板_二极管1、m导电板_二极管1_2、n导电板_二极管2。二极管1和二极管2阴极对合压在一起，两个阳极朝外，a导电板_二极管1引出二极管1阳极电位、m导电板_二极管1_2引出二极管1和二极管阴极电位、n导电板_二极管2引出二极管2阳极电位。对二极管压板1、二极管压板2施加压装力，压缩碟簧达到相应压装力后将二极管紧固螺钉拧紧后松开压装力，完成压装过程。

反并联二极管压装结构25如图12所示，二极管3和二极管3＇分两个独立压装结构，以级1中二级管3为例，压装结构将二极管3压装完成，并引出a导电板_二极管3、b导电板_二极管3。a导电板_二极管3引出二极管3的阴极电位、b导电板_二极管3引出二极管3的阳级电位。

电阻R2、R2＇分别固定在电容端子两侧，结构如图13所示，以级1中R2为例，通过m导电板_R2、b导电板_R2，将R2两端电位与电容两端电位固定，m导电板_R2连接电容C正极，b导电板_R2连接电容C负极

以级1为例，导电排连接为：

n导电板2-R1，连接R1一端与n导电板_二极管2；

m导电板2-R1，连接R1一端与m导电板_二极管1_2；

a导电板1-IGBT_1，连接a导电板_二极管1与a导电板_IGBT1；

b导电板C-IGBT_1，连接电容C负极与b导电板IGBT1_IGBT2；

m导电板1-C，连接m导电板_二极管1_2与电容C正极；

n导电板2-IGBT_2，连接n导电板_二极管2与n导电板_IGBT2。

a导电板_二极管3与a导电板_IGBT1直接连接。

b导电板_二极管3与b导电板IGBT1_IGBT2直接连接。

阀模块水路结构如图14所示，依次对子模块进行A-L的编号。模块中电阻需要水冷却，冷却方式采用大串联方案，水路流通路径为A进→A出→C进→C出→E进→E出→G进→G出→I进→I出→K进→K出→L进→L出→J进→J出→H进→H出→F进→F出→D进→D出→B进→B出。

阀模块光纤结构如图15所示，光纤从模块光纤槽入口进入，模块光纤槽在每个模块板卡光纤进口处设有豁口，板卡光纤在豁口处引出插在板卡上。

如图16所示，模块间连接排将两个结构子模块的a电位与d电位连接在一起，模块与边梁连接排1将第一个结构子模块的a电位与模块金属梁电位连接在一起，模块与边梁连接排2将最后一个结构子模块的d电位与模块金属梁电位连接在一起。

本实用新型提供的直流耗能装置电气连接线简单，数量少；子模块方案结构巧妙地将多个元器件集成为一体，易于安装和维护；子模块单个压装结构尽量多的压装半导体器件，减小了压装结构重量。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种直流耗能装置阀模块，其特征在于，所述直流耗能装置阀模块包括：矩形架(1)和设于所述矩形架(1)一侧的串联子模块(2)；

所述子模块(2)包括：串联的电气模块。

2.如权利要求1所述的一种直流耗能装置阀模块，其特征在于，所述矩形架(1)的两侧为绝缘梁(11)，所述矩形架(1)的两端和中间为金属梁(12)。

3.如权利要求2所述的一种直流耗能装置阀模块，其特征在于，所述子模块(2)和所述矩形架(1)的绝缘梁(11)通过子模块安装件(3)连接。

4.如权利要求3所述的一种直流耗能装置阀模块，其特征在于，相邻的所述子模块(2)间通过子模块连接件(4)连接；

所述子模块(2)与所述矩形架(1)的金属梁(12)通过金属梁连接件(5)连接。

5.如权利要求1所述的一种直流耗能装置阀模块，其特征在于，所述电气模块由串联的电路子单元组成。

6.如权利要求5所述的一种直流耗能装置阀模块，其特征在于，所述电路子单元包括：第一二极管(221)、第二二极管(222)、第三二极管(223)、第一IGBT(231)、第二IGBT(232)、第一电阻(24)、第二电阻(27)和电容(21)；

所述第一IGBT(231)的集电极与所述第一二极管(221)的正极连接；

所述第一二极管(221)的负极经过所述电容(21)与所述第一IGBT(231)的发射极连接，经过第一电阻(24)与所述第二IGBT(232)的集电极连接；

所述第二二极管(222)并联于所述第一电阻(24)两端；

所述第二电阻(27)并联于所述电容(21)两端；

所述第二IGBT(232)的发射极与所述第一IGBT(231)的发射极连接；

所述第三二极管(223)反向并联在所述第一IGBT(231)两端。

7.如权利要求6所述的一种直流耗能装置阀模块，其特征在于，所述子模块的电阻设有进水口和出水口；

相邻或间隔的所述子模块电阻的进水口与所述子模块电阻的出水口通过水管(28)连接。

8.如权利要求1所述的一种直流耗能装置阀模块，其特征在于，所述子模块的IGBT压装结构上侧设有与板卡光纤(19)连接的板卡(26)。

9.如权利要求1所述的一种直流耗能装置阀模块，其特征在于，所述子模块的IGBT压装结构(23)为按照IGBT压板(234)、IGBT绝缘板(235)、IGBT、IGBT绝缘板(235)、IGBT、IGBT绝缘板(235)、IGBT碟簧(233)、IGBT压板(234)顺序的压装结构。

10.如权利要求1所述的一种直流耗能装置阀模块，其特征在于，所述子模块的二极管压装结构(22)是按照二极管压板(225)、二极管绝缘板(226)、二极管、二极管绝缘板(226)、二极管、二极管绝缘板(226)、二极管碟簧(224)、二极管压板(225)顺序的压装。

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