CN212695909U - 转换器装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种具有转换器(11)的转换器装置(10)，该转换器具有转换器阀，转换器阀分别包括功率半导体开关。本实用新型的特征在于至少一个液密的封装壳体(17‑19)，功率半导体开关中的至少一些布置在所述封装壳体中以形成模块化的转换器单元(12‑14)，并且为了使布置在封装壳体中的功率半导体开关电绝缘，封装壳体至少部分地填充有电绝缘的绝缘流体。

Description

转换器装置
技术领域
本实用新型涉及一种具有转换器的转换器装置，该转换器具有转换器阀，转换器阀分别包括功率半导体开关。
背景技术
这种转换器装置例如从WO 2016/155850 A1中已知。已知的转换器装置的转换器是所谓的模块化多电平转换器(Modular Multilevel Converter MMC)。MMC的特征尤其在于模块化的构造方式。转换器阀分别在MMC的交流电压接头和两个直流电压极中的一个之间延伸。MMC的转换器阀分别具有双极开关模块的串联电路，其中每个开关模块包括能够接通和断开的功率半导体开关和优选以转换器电容器形式的能量存储器。每个开关模块可以借助控制器设备单独进行控制。在转换器阀上下降的电压等于在相关的开关模块上下降的电压的总和。借助MMC能够产生特别有利的阶梯形的转换器电压。开关模块通常被设计为半桥电路或全桥电路。半桥电路中的开关模块具有两个可断开的半导体开关和能量存储器，其中这些半导体开关与能量存储器连接，使得可以在开关模块的输出端子上产生在能量存储器上下降的能量存储器电压或零电压。通常将这种类型的转换器装置用于电流转变，例如在高压直流电传输中，以及将其用于交流电压网的无功功率补偿或稳定。在这些情况下，例如将转换器臂布置在转换器的两个交流电压接头之间。
从EP 0 299 275 B1中已知一种通用类型的转换器装置的另外的示例。在那里描述了一种转换器，该转换器的转换器阀包括以模块形式布置在壳体中的晶闸管。这些模块组合成阀塔，阀塔被安装在阀厅中。
阀厅处于接地电位。与此相对，在变流器的运行中，半导体电路的晶闸管处于不同的高压电位，使得半导体电路的晶闸管必须相对于彼此并且相对于阀厅壁电绝缘。通常通过提供足够的空气间隙来实现这一点。从文献中已知的最小间距是1至10mm/kV。对于在半导体电路上存在高电压差的情况，这必然导致阀厅的尺寸较大。通常，阀厅的宽度和长度长达数米。例如，在电压为1.4MV的高压直流电传输设备中，需要不同高压部件与厅壁之间的距离高达14m。
在图1中示出了这种阀厅1的示意性结构，在该阀厅中可以布置通用类型的转换器装置的转换器。
图1的阀厅1具有大约40m×60m的平面图。在其中布置的阀塔距处于接地电位的阀厅壁2具有大约15m的间距。将转换器与交流电压侧的变压器3、4和5连接的线路借助高压套管(未在图1中明确示出)被引出阀厅1。相应地，借助另外的高压套管从阀厅1引出的另外的线路将转换器与直流电压侧的设备部分6、例如扼流圈或开关设备连接。用于对位于阀厅1中的转换器装置1的部件进行冷却的冷却设备8位于独立的箱体中。阀厅1用于保护转换器的电力电子器件免受湿气、空气质量和温度的影响，并且附加地，通常还需要在阀厅外部安装大型的空气过滤器和冷却器。此外，每个功率半导体开关需要自身的水冷接头，该水冷接头连接到泵循环。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提出一种通用类型的转换器装置，该转换器装置在生产、启动和运行中是尽可能简单且低成本的。
在通用类型的转换器装置的情况下，该技术问题通过至少一个液密的封装壳体来解决，功率半导体开关中的至少一些布置在封装壳体中以形成模块化的转换器单元，并且为了使布置在封装壳体中的功率半导体开关电绝缘，封装壳体至少部分地填充有电绝缘的绝缘流体。
相应地，借助绝缘流体使转换器装置的转换器或其转换器阀相对于接地电位电绝缘。此外，转换器的功率半导体开关布置在至少一个液密的封装壳体中，使得它们形成一个或多个模块化的转换器单元。转换器单元相比于已知的阀厅是可运输的。因此，可以有利地简化转换器装置的启动。例如可以想到，每个转换器阀与相关联的封装壳体一起形成模块化的转换器单元。模块化的转换器单元可以彼此连接以形成转换器。由于流体绝缘，封装壳体有利地具有比已知的阀厅明显更小的尺寸。例如，绝缘间隔可以减小为大约三分之一，在特别有利的情况下甚至可以减小十倍。简单的构造和较小的尺寸相比于迄今已知的技术方案有利地可以实现成本优势。
特别地，可以将所有的功率半导体开关安置在一个或多个封装壳体中。该一个或多个封装壳体可以完全填充有绝缘流体。
优选地，至少一个封装壳体液密地绝缘，其中绝缘流体是绝缘液。液密的封装壳体比相应的气密的封装壳体更易于制造并且因此成本更低。相比于气体绝缘，在使用绝缘液的情况下有利地可以进一步缩小绝缘间隔。
优选地，绝缘液包括酯。绝缘液例如是酯液。酯已被证明是良好的电绝缘体。
根据本实用新型的一种实施方式，功率半导体开关是晶闸管。转换器例如是具有电流中间电路的电网换相的转换器(Line Commutated Converter，LCC)。
根据另外的实施方式，功率半导体开关是能够接通和断开的功率半导体开关。这些功率半导体开关例如可以是IGBT、IGCT等。通过使用可断开的功率半导体开关可以提供自换相的转换器(selbstgeführte Umrichter)。
但是还可以想到变形方案，其中转换器包括晶闸管和可断开的功率半导体开关。
根据本实用新型的一种实施方式，每个转换器阀具有双极开关模块的串联电路，其中每个开关模块包括至少两个功率半导体开关以及能量存储器，其中开关模块中的至少一些布置在至少一个封装壳体中。以这种方式，提供了转换器的两级的模块构造方式，其中转换器阀以开关模块模块化地构造(模块化的第一级)，并且转换器此外还具有模块化的转换器单元(模块化的第二级)。转换器例如可以是开头描述的模块化的多电平转换器。在此，转换器阀可以包括具有半桥电路和/或具有全桥电路的开关模块，其中还可以想到其他开关模块拓扑结构。
优选地，转换器装置包括多个模块化的转换器单元，其中模块化的转换器单元中的至少一些可以借助气体绝缘或液体绝缘的电气线路彼此连接以形成转换器装置的转换器、例如模块化的多电平转换器。通过使用气体绝缘或液体绝缘的电气线路来连接各个转换器单元，有利地可以省去高压套管的使用。这降低了转换器装置的成本。线路的绝缘介质优选地与封装壳体中的绝缘介质相同。
适宜地，转换器装置还包括至少一个另外的高压部件，其中模块化的转换器单元可以借助至少一个气体绝缘或液体绝缘的电气线路与高压部件电连接。相应地，与模块化的转换器单元彼此连接一样，转换器装置的另外的部件、例如变压器或开关设备借助类似的线路与转换器连接。由此可以实现转换器装置的结构的进一步简化。
优选地，模块化的转换器单元、特别是每个转换器单元包括冷却设备，该冷却设备具有用于冷却功率半导体的冷却液，其中冷却液是绝缘液。在此，绝缘液用于将转换器的电力电子部件冷却。以此方式，有利地可以省去昂贵的外部冷却设备。特别优选地，将绝缘液的对流运动用于热传递。由此可以省去主动的泵回路(被动的绝缘材料运动)。特别地，可以将绝缘液的导热性和储存能力用于从功率半导体开关至例如封装壳体以及向外部的热传递。但是，还可以想到借助合适的泵的主动的绝缘材料运动。
根据本实用新型的一种实施方式，冷却设备包括用于排出热量的散热器，该散热器布置在至少一个封装壳体的外部。散热器优选地由导热良好的材料组成，使得从绝缘液导出的热量可以进一步传导到转换器装置的周围环境。
附图说明
下面参照图2进一步解释本实用新型。
图2以示意图示出了根据本实用新型的转换器装置的实施例。
具体实施方式
具体地，在图2中示出了转换器装置10。转换器装置10包括转换器11。转换器11包括三个模块化的转换器单元12、13和14。模块化的转换器单元12-14在该示例中被相同地构造，但是通常不必相同地构造。每个转换器单元包括转换器的两个转换器阀，其分别在转换器的第一或第二直流电压极15或16与转换器的交流电压接头之间延伸，以将转换器与转换器装置的交流电压侧的部件连接。在图2所示的实施例中，转换器单元在交流电压侧与变压器3-5连接。
每个模块化的转换器单元12-14包括液密的封装壳体17、18或19。每个封装壳体17-19填充有酯液。酯液一方面用于将布置在封装壳体中的转换器阀的电力电子部件电绝缘。酯液另一方面用于热传递，并且因此用于冷却转换器11的功率半导体开关。此外，每个封装壳体17-19还包括散热器20、21或22，其改善了向外部的热传递。
转换器单元12-14彼此之间的电连接以及与直流电压侧的部件6(例如扼流圈或开关设备)以及与交流电压侧的部件3-5(在所示的示例中为变压器)的电连接借助流体绝缘的电气线路23-28实现。为了清楚起见，在图2中仅图形地示出了转换器装置10的一些电连接，而没有示出所有的电连接。变压器3-5分别具有液密的变压器壳体。可以通过诸如绝缘油或酯液的绝缘液来提供变压器壳体内的电绝缘。
转换器装置具有用于将转换器装置10连接到三相交流电压网的接头29。

Claims (10)

1.一种具有转换器(11)的转换器装置(10)，所述转换器具有转换器阀，所述转换器阀分别包括功率半导体开关，
其特征在于，
至少一个液密的封装壳体(17-19)，所述功率半导体开关中的至少一些布置在所述封装壳体中以形成模块化的转换器单元(12-14)，并且为了使布置在封装壳体中的功率半导体开关电绝缘，所述封装壳体(17-19)至少部分地填充有电绝缘的绝缘流体。
2.根据权利要求1所述的转换器装置(10)，其特征在于，所述至少一个封装壳体(17-19)液密地绝缘，并且所述绝缘流体是绝缘液。
3.根据权利要求2所述的转换器装置(10)，其特征在于，所述绝缘液包括酯。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转换器装置(10)，其特征在于，所述功率半导体开关是晶闸管。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的转换器装置(10)，其特征在于，所述功率半导体开关是能够接通和断开的功率半导体开关。
6.根据权利要求5所述的转换器装置(10)，其特征在于，每个转换器阀具有双极开关模块的串联电路，其中每个开关模块包括至少两个功率半导体开关以及能量存储器，其中所述开关模块中的至少一些布置在至少一个封装壳体中。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的转换器装置(10)，其特征在于，所述转换器装置(10)包括多个模块化的转换器单元(12-14)，其中所述模块化的转换器单元(12-14)中的至少一些能够借助气体绝缘或液体绝缘的电气线路(27，28)彼此连接以形成所述转换器(11)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的转换器装置(10)，其特征在于，所述转换器装置(10)还包括至少一个另外的高压部件(3-6)，其中所述模块化的转换器单元能够借助至少一个气体绝缘或液体绝缘的电气线路(23-26)与高压部件(3-6)电连接。
9.根据权利要求2或3所述的转换器装置(10)，其特征在于，所述模块化的转换器单元(12-14)还包括冷却设备，所述冷却设备具有用于冷却功率半导体的冷却液，其中所述冷却液是绝缘液。
10.根据权利要求9所述的转换器装置(10)，其特征在于，所述冷却设备包括用于排出热量的散热器(20-22)，所述散热器布置在所述至少一个封装壳体(17-19)的外部。
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