一种静止无功发生器功率模块及静止无功发生器的制作方法

1.本实用新型涉及电力设备技术领域，特别涉及一种静止无功发生器功率模块及静止无功发生器。


背景技术：

2.近年来，随着电力电子技术的快速发展，柔性交直流输电、新能源发电、分布式发电、储能电站、电气化轨道交通、大型工业负载等新型负荷大量接入电网。电网的无功补偿和谐波治理问题一直受到各个科研单位和企业的关注；静止无功发生器(svg)，作为最新一代的无功补偿设备，相较于传统的tcr、fc、svc、apf等无功补偿设备，不仅其兼具无功补偿、谐波治理、不平衡补偿等多种功能，还具有更加优越的动态性能。实际应用中还有多种控制模式供用户根据需要进行选择。因此，自进入市场以来，就迅速得到各方电力用户的青睐。
3.对于静止无功发生器(svg)，作为一种高压、大容量的电力电子设备，目前广泛采用h桥级联的电路拓扑。工程应用中，一般将h桥主回路、控制、散热等功能集成设计为功率模块。因此，功率模块的设计就成为各大静止无功发生器设计、制造厂商的一项核心技术。
4.然而，随着技术的不断进步和用户需求的不断提高，功率密度更高、设备占地面积更小、设备成本更低已成为当下和未来svg发展的必然方向。而功率模块作为svg中数量最多，占用空间最大的组合器件，对功率模块的优化成为提高svg功率密度、减小设备占地面积的必由之路。
5.专利cn 205792262 u中提出了一种svg功率单元，包括壳体、设置在壳体内的隔板、交流输入铜排、第一组功率模块、第二组功率模块、第一直流母排、第二直流母排、第一直流母线电容组、第二直流母线电容组、风冷散热器、电源板、交流输出铜排；该实用新型主要适用于风冷结构的svg，且两组h桥组件未进行绝缘隔离。
6.专利cn 212063821 u中公开了一种svg功率模块，一种双h桥水冷功率单元模块，涉及功率单元模块技术领域，解决了功率单元模块体积大的问题，包括一个水冷基板、两组数量相同的滤波电容、两组数量相同的功率器件、两组数量相同的叠层母排、两个驱动控制板和固定架，所述的水冷基板的正反两面分别固定有一组功率器件，功率器件通过叠层母排与滤波电容相连接，驱动控制板、滤波电容和水冷基板通过固定架连接在一起；两h桥电路共用一个水冷基板散热，减小了体积，提高了功率密度，通用性好。
7.现有技术存在如下缺陷：第一、现有的多数静止无功发生器功率模块设计方案多为单个模块包含一个h桥组件，设计上难以同时兼容风冷和水冷，设计容量相对固定，结构成本相对较高；实际应用中占用空间大，成本高；第二、专利cn 205792262 u虽然分别提出了一种在单个功率模块中包含两个h桥组件的设计方案，但根据其内容描述仅适合风冷静止无功发生器使用；第三、专利cn 212063821 u中设计的功率模块中两个h桥组件采用单散热器结构，母线电容采用上、下布置方案，模块级联之后采用交错连接，控制板卡安装于母线电容上方，系统干扰大；第四、上述两个专利中对于模块的兼容性和人机友好性设计很少。


技术实现要素：

8.本实用新型实施例的目的是提供一种静止无功发生器功率模块及静止无功发生器，通过二合一结构的两个级联h桥单元，提高了功率模块的功率密度，实现了多个方面的兼容设计，提高了维护和更换的便捷性。
9.为解决上述技术问题，本实用新型实施例的第一方面提供了一种静止无功发生器功率模块，包括：级联连接的第一h桥组件和第二h桥组件；
10.所述第一h桥组件和所述第二h桥组件为左右对称设置；
11.所述第一h桥组件的交流输出通过铜排与所述第二h桥组件的交流输入连接；
12.所述第一h桥组件的交流输入铜排设置于在所述功率模块正面的左部位置；所述第二h桥组件的交流输出铜排设置于在所述功率模块正面的右部位置。
13.进一步地，所述第一h桥组件和所述第二h桥组件分别包括：模块控制单元、高压电源、igbt、驱动板、直流母线电容、散热器、泄放电阻；
14.所述模块控制单元通过光纤与上位机进行连接通讯、高压电源板卡通过导线与母线电容的正负极连接，从母线自取能；
15.所示igbt正负极与所述母线电容连接，第一h桥组件的交流输出端与第二h桥组件的输入端连接；
16.所述泄放电阻与所述母线电容正负极连接，完成子模块的均压及泄放；
17.所述igbt固定于所述散热器面板上；
18.所述散热器采用双面冷却方式；
19.所述驱动板与所述igbt通过锡焊连接；
20.所述直流母线电容通过铜排与igbt器件连接，其数量与静止无功发生器容量相对应。
21.进一步地，所述第一h桥组件和所述第二h桥组件均为单散热器对称布置、双面散热结构。
22.进一步地，所述散热器的进水管和出水管均设置于所述功率模块的正面。
23.进一步地，所述静止无功发生器功率模块还包括：滑轨、插销和把手；
24.所述滑轨设置于所述功率模块相对的侧面；
25.所述插销和所述把手设置于所述功率模块的正面。
26.进一步地，所述功率模块的直流母排采用叠层母排结构。
27.进一步地，所述功率模块的模块框架采用镀铝锌板。
28.相应地，本实用新型实施例的第二方面提供了一种静止无功发生器，包括上述任一所述的静止无功发生器功率模块。
29.本实用新型实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
30.1.模块功率密度大幅度提升，本使用新型有效提升了svg模块的功率密度；为进一步缩小设备体积和现场占地面积提供了可行的解决方案。
31.2.采用兼容设计方案，本实用新型充分考虑当下svg市场需求变化，在功率模块设计层面采用了多种兼设计；第一，直流母线电容可根据svg容量灵活配置；第二，可兼容安装不同规格的igbt模块；第三，散热器采用水冷双面冷却双h桥共用方式。
32.3.安装维护方便，该功率模块在设计时还充分考虑到维护和更换的便捷性，采用
插拔式设计方式，增加了便于模块插拔所需的滑轨、插销、把手等；整体上模块设计不仅性能可靠，而且设计更加人性化。
附图说明
33.图1是本实用新型实施例提供的无功发生器功率模块的外形图；
34.图2是本实用新型实施例提供的无功发生器功率模块侧视图；
35.图3a是本实用新型实施例提供的无功发生器功率模块的正视图；
36.图3b是本实用新型实施例提供的无功发生器功率模块的侧视图；
37.图3c是本实用新型实施例提供的无功发生器功率模块的底视图。
38.附图标记：
39.1、泄放电阻，2、高压电源，3、sce板卡，4、第一h桥组件入，5、第二h桥组件，6、叠层母排，7、母线电容，8、igbt，9、散热器，10、把手，11、镀铝锌板，12、插销，13、滑轨。
具体实施方式
40.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
41.请参照图1、图2、图3a、图3b和图3c，本实用新型实施例的第一方面提供了一种静止无功发生器功率模块，包括：级联连接的第一h桥组件4和第二h桥组件5；第一h桥组件4和第二h桥组件5为左右对称设置；第一h桥组件4的交流输出通过铜排与第二h桥组件5的交流输入连接；第一h桥组件4的交流输入铜排设置于在功率模块正面的左部位置；第二h桥组件5的交流输出铜排设置于在功率模块正面的右部位置。
42.具体的，功率模块中的两个级联的h桥组件为左右对称布置。第一h桥组件4的交流输入铜排布置在模块正面的左部位置；第二h桥组件5的交流输出铜排布置在模块右部的位置，便于与下一个模块的输入进行级联；模块内部第一h桥组件4的交流输出与第二h桥组件5的交流输入，通过铜排在模块内部完成连接。
43.进一步地，第一h桥组件4和第二h桥组件5分别包括：模块控制单元、高压电源2、igbt8、驱动板、直流母线电容7、散热器9、泄放电阻1；模块控制单元(sce板卡3)通过光纤与上位机进行连接通讯、高压电源2板卡通过导线与母线电容7的正负极连接，从母线自取能；igbt8器件正负极与母线电容7连接，第一h桥组件4的交流输出端与第二h桥组件5的输入端连接；的泄放电阻1与母线电容7正负极连接，完成子模块的均压及泄放；igbt8固定于散热器9面板上；散热器9采用双面冷却方式；驱动板与igbt8通过锡焊连接；直流母线电容7通过铜排与igbt8器件连接，其数量与静止无功发生器容量相对应。
44.功率模块中的两个h桥组件器件采用相同的结构布局。从模块正视，从左至右主要为散热器9和交流侧进出铜排、模块把手10及模块对外的二次接口。从模块左视，从前至后依次为sce板卡3、高压电源2、igbt8器件及散热器9。从模块右视，从前至后分别布置sce板卡3、高压电源2、igbt8器件及散热器9；其中igbt8固定于散热器9面板上散热器9采用双面冷却方式，驱动板与igbt8通过锡焊连接。母线电容7通过排与igbt8器件连接，电容安装数
量可根据svg容量进行匹配。
45.上述技术方案采用新的二合一结构布局方式，相较常规svg功率模块，模块体积缩小50％，功率密度大幅度提升，占用空间大幅缩小。其还通过采用兼容设计方案，考虑了三种兼容设计，第一，直流母线电容7可根据svg容量灵活配置；第二，可兼容安装不同规格的igbt8；第三，散热器9采用水冷双面冷却双h桥共用方式。
46.进一步地，第一h桥组件4和第二h桥组件5均为单散热器9对称布置、双面散热结构。
47.进一步地，散热器9的进水管和出水管均设置于功率模块的正面。
48.进一步地，静止无功发生器功率模块还包括：滑轨13、插销12和把手10；滑轨13设置于功率模块相对的侧面；插销12和把手10设置于功率模块的正面。
49.进一步地，功率模块的直流母排采用叠层母排6结构，有效减少了回路的杂散电感，性能满足尖峰电压指标要求。
50.进一步地，功率模块的模块框架采用镀铝锌板11。
51.上述技术方案中的功率模块在设计时还充分考虑到维护和更换的便捷性，采用插拔式设计方式，增加了便于模块插拔所需的滑轨13、插销12、把手10等；整体上模块设计不仅性能可靠，而且设计更加人性化。
52.相应地，本实用新型实施例的第二方面提供了一种静止无功发生器，包括上述任一的静止无功发生器功率模块。
53.本实用新型实施例旨在保护一种静止无功发生器功率模块及静止无功发生器，具备如下效果：
54.1.模块功率密度大幅度提升，本使用新型有效提升了svg模块的功率密度；为进一步缩小设备体积和现场占地面积提供了可行的解决方案。
55.2.采用兼容设计方案，本实用新型充分考虑当下svg市场需求变化，在功率模块设计层面采用了多种兼设计；第一，直流母线电容可根据svg容量灵活配置；第二，可兼容安装不同规格的igbt模块；第三，散热器采用水冷双面冷却双h桥共用方式。
56.3.安装维护方便，该功率模块在设计时还充分考虑到维护和更换的便捷性，采用插拔式设计方式，增加了便于模块插拔所需的滑轨、插销、把手等；整体上模块设计不仅性能可靠，而且设计更加人性化。
57.应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。