专利名称：一种基于igbt模块的通用换流器平台的制作方法
技术领域：
本实用新型属于大功率电力电子技术领域，特别是提供了一种由多个IGTB模 块构成的通用换流器平台。
技术背景在电力系统的发展迫切需要先进的输配电技术来提高电能质量和系统稳定性 的时候， 一种改变传统输电能力的新技术一一柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission System——FACTS)技术逐渐兴起。这是一种将电力电子技术、微机处理技术、控制技术等高新技术应用于高压输 电系统，以提高系统可靠性、可控性、运行性能和电能质量，并可获取大量节电效 益的新型综合技术，世界各国电力界对这项具有革命性变革作用的新技术格外重 视。FACTS技术的良好发展势头来自于良好的背景条件，可以概括为输电线运行 需要、电力电子技术和元器件的发展支持、己有FACTS技术产品的研制和运行经验 的积累等四个方面。第一个是发展FACTS的需求压力；后两个是支持性条件。FACTS技术发展顺利的原因就在于两种条件的较完美的结合。电力电子技术是实现FACTS的关键。近年来，由于电力电子技术及计算机控制 技术的迅猛发展，直接对高电压、大功率的输电系统进行可靠和快速控制已成为可 能。今天人们已有能力改变电压、相位、阻抗、频率和相数等参数来有效地满足对 电力的各种需求。 一种与传统电力系统差别很大的真正实现灵活控制的新型电力系 统，在不远的将来将展现在人们面前。但与上述背景展现的研究热点和广阔应用前景不相适应的是目前的研究手段 基本上采用数字仿真技术和设计专用的控制器，研究设计周期长，投资大，效率低。 因此，我们提出了综合考虑各种FACTS应用的、基于全控器件绝缘栅双极晶体管 (IGBT)模块的通用换流器平台的概念。发明内容本实用新型发明的目的在于提供一种由多个IGTB模块构成的通用换流器平台，在通用换流器平台上可构造级联与非级联结构实现装置高压大容量化研究。本实用新型的技术方案为，设计一种由双IGBT串联构成的模块，然后由24个 该模块组屏构成通用换流器平台。每个模块内集成了以下单元驱动电路和驱动电 源；电磁兼容和抗干扰环节；具有器件保护、预警及复位功能；故障状态输出；测 量主要电量(电压、电流、驱动信号)传感器输出；控制信号的光电转换接口；模 块散热系统。每个IGBT模块包括正极性直流母线l，负极性直流母线2，连接正极直流母 线电容单元3，连接负极直流母线电容单元4，直流电压传感器5，连接正极直流母 线IGBT单元6，连接负极性直流母线IGBT单元7，电流传感器8几个部分。正极性直流母线1和负极性直流母线2之间接有三个并联支路，从左到右看， 最左侧支路为直流电容支路，由连接正极直流母线电容单元3和连接负极直流母线 电容单元4串联而成，其中连接正极直流母线电容单元3由铝电解电容CP和均压 电阻RP并联构成，连接负极直流母线电容单元4由铝电解电容CN和均压电阻RN 并联构成；中间支路为直流电压传感器5支路，由一支直流电压霍尔元件构成；最 右侧支路为IGBT支路，由连接正极直流母线IGBT单元6和连接负极性直流母线IGBT 单元7串联而成，其中连接正极直流母线IGBT单元6由一只IGBT管TAP和一只与 它反并联的续流二极管DP构成，连接负极性直流母线IGBT单元7由一只IGBT管 TAN和一只与它反并联的续流二极管DN构成；IGBT管TAP和IGBT管TAN的连接点 引出线和一只电流传感器8的一个端子连接，电流传感器8的另一端子引出。本实用新型的优点在于将24组上述IGBT模块进行组屏，构成通用换流器平 台，通过模块间的不同连接，可构成单桥臂、单相H桥、三相三桥臂、三相四桥臂、 单相和三相功率因数校正、升降压直流斩波、三电平、多电平、H桥链式等主电路 拓扑。从而可构造出级联与非级联结构实现装置高压大容量化研究；在大容量换流 器的其他关键技术方面，如多电平、多重化、控制保护技术、器件串联等方面，奠 定从理论到实验到装置的全面而深入的研究基础；形成较完整的技术体系，如系统 要求、技术经济评价、系统集成、控制、保护、维护等。可通过增加IGBT模块扩大换流器平台规模，实现更复杂装置的研究开发。有 效延伸了目前电力电子技术的研究手段，克服了孤立采用数字仿真技术和研发专用 电力电子装置控制器的不足，使得电力电子装置及其控制的研究设计周期大大缩 短，减少投资，提高开发效率。
图1为本实用新型的构成通用换流器的IGBT模块的电路接线图。其中，正极 性直流母线l，负极性直流母线2，连接正极直流母线电容单元3，连接负极直流母 线电容单元4，直流电压传感器5，连接正极直流母线IGBT单元6，连接负极性直 流母线IGBT单元7，电流传感器8。岡？为本实用新型的构成通用换流器的IGBT模块的结构图。其中，直流电容 中性点9，散热器IO,直流电容托板ll。
具体实施方式
图1为本实用新型的一种具体实施方式
。包括正极性直流母线l,负极性直流母线2，连接正极直流母线电容单元3，连接负极直流母线电容单元4，直流电压
传感器5，连接正极直流母线IGBT单元6，连接负极性直流母线IGBT单元7，电流 传感器8几个部分。正极性直流母线1和负极性直流母线2之间接有三个并联支路，从左到右看， 最左侧支路为直流电容支路，由连接正极直流母线电容单元3和连接负极直流母线 电容单元4串联而成，其中连接正极直流母线电容单元3由铝电解电容CP和均压 电阻RP并联构成，连接负极直流母线电容单元4由铝电解电容CN和均压电阻RN 并联构成；中间支路为直流电压传感器5支路，由一支直流电压霍尔元件构成；最 右侧支路为IGBT支路,，由连接正极直流母线IGBT单元6和连接负极性直流母线IGBT 单元7串联而成，其中连接正极直流母线IGBT单元6由一只IGBT管TAP和一只与 它反并联的续流二极管DP构成，连接负极性直流母线IGBT单元7由一只IGBT管 TAN和一只与它反并联的续流二极管DN构成；IGBT管TAP和IGBT管TAN的连接点 引出线和一只电流传感器8的一个端子连接，电流传感器8的另一端子引出。将24组上述IGBT模块进行组屏，构成通用换流器平台，通过模块间的不同连接， 可构成单桥臂、单相H桥、三相三桥臂、三相四桥臂、单相和三相功率因数校正、 升降压直流斩波、三电平、多电平、H桥链式等主电路拓扑。从而可构造出级联与 非级联结构实现装置高压大容量化研究；在大容量换流器的其他关键技术方面，如 多电平、多重化、控制保护技术、器件串联等方面，奠定从理论到实验到装置的全 面而深入的研究基础；形成较完整的技术体系，如系统要求、技术经济评价、系统 集成、控制、保护、维护等。
权利要求1、基于IGBT模块的通用换流器平台，其特征在于由双IGBT串联构成的模块，由24个该模块组屏构成通用换流器平台，每个IGBT模块包括正极性直流母线(1)，负极性直流母线(2)，连接正极直流母线电容单元(3)，连接负极直流母线电容单元(4)，直流电压传感器(5)，连接正极直流母线IGBT单元(6)，连接负极性直流母线IGBT单元(7)，电流传感器(8)。
2、 按照权利要求1所述的基于IGBT模块的通用换流器平台，其特征在 于正极性直流母线(1)和负极性直流母线(2)之间接有三个并联支路， 从左到右看，最左侧支路为直流电容支路，由连接正极直流母线电容单元(3) 和连接负极直流母线电容单元(4)串联而成，其中连接正极直流母线电容单 元(3)由铝电解电容CP和均压电阻RP并联构成，连接负极直流母线电容单 元(4)由铝电解电容CN和均压电阻RN并联构成；中间支路为直流电压传感 器(5)支路，由一支直流电压霍尔元件构成；最右侧支路为IGBT支路，由 连接正极直流母线IGBT单元(6)和连接负极性直流母线IGBT单元(7)串 联而成，其中连接正极直流母线IGBT单元(6)由一只IGBT管TAP和一只与 它反并联的续流二极管DP构成，连接负极性直流母线IGBT单元(7)由一只 IGBT管TAN和一只与它反并联的续流二极管DN构成；IGBT管TAP和IGBT管 TAN的连接点引出线和一只电流传感器(8)的一个端子连接，电流传感器(8) 的另一端子引出。
专利摘要本实用新型提供了一种基于IGBT模块的通用换流器平台，属于大功率电力电子技术领域。由双IGBT串联构成的模块，由24个该模块组屏构成通用换流器平台，每个IGBT模块包括正极性直流母线(1)，负极性直流母线(2)，连接正极直流母线电容单元(3)，连接负极直流母线电容单元(4)，直流电压传感器(5)，连接正极直流母线IGBT单元(6)，连接负极性直流母线IGBT单元(7)，电流传感器(8)。优点在于有效延伸了目前电力电子技术的研究手段，克服了孤立采用数字仿真技术和研发专用电力电子装置控制器的不足，使得电力电子装置及其控制的研究设计周期大大缩短，减少投资，提高开发效率。
文档编号H02M7/48GK201054549SQ20072010318
公开日2008年4月30日 申请日期2007年1月11日 优先权日2007年1月11日
发明者季建辉, 尹忠东, 斐 沈, 肖湘宁 申请人:华北电力大学;北京四方清能电气电子有限公司