本发明专利技术涉及一种电压源换流器基本功能单元，其特征在于所述基本功能单元包括开关器件功能块、旁路功能模块、开关器件保护功能块、二次控制保护功能块和储能单元，所述二次控制保护功能块、储能单元和旁路功能模块均固定于底板上，底板的下方设有滑轨，底板可以在滑轨上来回移动；基于此种单元的电压源换流器高度模块化、对开关器件参数不敏感、输出电压变化率低、设备dv/dt应力小、噪声低、无需滤波器、安装与检修方便。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子器件，具体地讲，涉及用于电力系统的基于IGBT器件的交直流变换及功率控制基本功能单元。
技术介绍
随着功率半导体开关器件的性能不断提高，电力电子器件从早期电力电子装置广泛使用的半控型功率半导体开关——普通晶闸管(Thyristor)发展到如今性能优异的全控型开关，从而带动了电力电子变流技术的迅速发展，出现了以脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)控制为基础的各类变流装置。电压源换流器(VSC)技术是一种以可关断器件IGBT (绝缘栅双极晶体管)和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型换流技术。因为IGBT具备自关断能力，所以柔性直流输电系统能够工作在无源逆变方式下，不需要外加换相电压，受端可以是无源网络；VSC可以同时且相互独立地控制有功功率和无功功率，控制灵活方便；VSC非但不需要交流侧提供无功功率还能起到STATC0M的作用，动态补偿交流母线无功功率，稳定交流电压；VSC换流站间无需通讯，易于构成多端系统。基于晶闸管阀的常规高压直流输电在电力系统中取得了广泛的应用，它在高压远距离输电、大区电网互联方面优势明显。但是受开关器件不能控制关断的限制，晶闸管阀容易发生换相失败，无法用于弱交流系统互联。而基于全控器件的电压源换流器，具备自关断能力，无需外加换相电压，受端可以是无源网络；具备有功功率和无功功率的快速独立控制能力及无功功率的动态补偿能力，紧急状况下能够为系统提供无功功率支撑和电压支撑； 换流站间无需通讯，可实现无人值守，有助于智能电网建设。目前运行的基于电压源换流器的输电工程均采用两电平或三电平换流器结构，但此种结构存在一些问题。(1)两电平电压源换流器采用脉宽调制技术，换流器输出电压高频跃变，由此带来设备dv/dt应力大、系统损耗大、噪声高和电磁环境严酷等一系列问题。即便是三电平电压源换流器也只能一定程度上缓解上述问题。(2)两电平和三电平电压源换流采用开关器件串联技术，由于开关器件本身参数分散性，设计时需要给每个开关器件配备复杂的静态均压电路、动态均压电路和吸收电路， 给阀运行造成潜在故障隐患。此外，开关器件串联技术对压装工艺要求很高，零件制造难度大，组装易产生缺陷。(3)两电平和三电平电压源换流输出电压波形畸变率大，谐波含量高，需要配置专门的滤波电路以降低谐波对系统造成的不良影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型的电压源换流器基本功能单元，基于此种单元的电压源换流器高度模块化、对开关器件参数不敏感、输出电压变化率低、设备dv/dt应力小、噪声低、无需滤波器、安装与检修方便。本专利技术采用商用全控型器件IGBT，将一次主电路、二次控制保护、冷却和屏蔽依次有序集成在一起，形成具备电压源换流器完整功能的最小单元，进而通过此种功能单元的有序级联，形成一个适用不同电压等级和功率等级场合的电压源换流器。为了实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案本专利技术提供的一种电压源换流器基本功能单元，其改进之处在于所述基本功能单元包括开关器件功能块、旁路功能模块、开关器件保护功能块、二次控制保护功能块和储能单元，所述二次控制保护功能块、储能单元和旁路功能模块均固定于底板上，底板的下方设有滑轨，底板可以在滑轨上来回移动。本专利技术提供的第一优选的电压源换流器基本功能单元，所述开关器件功能块为 IGBT开关，所述旁路功能模块为一旁路开关，所述开关器件保护功能块为用于保护IGBT开关的晶闸管开关，所述IGBT开关器件保护用晶闸管开关与旁路开关通过电气连接。本专利技术提供的第二优选的电压源换流器基本功能单元，所述二次控制保护功能块包括IGBT控制板、中控板和电源，所述IGBT控制板、中控板和电源的外部均设有一屏蔽盒构成IGBT控制板盒、中控板盒和电源盒，所述电源盒与底板连接，中控板盒和IGBT控制板盒位于电源盒的上方。本专利技术提供的第三优选的电压源换流器基本功能单元，IGBT控制板盒内设有两个 IGBT控制板，且IGBT控制板盒通过螺栓与其下方的散热器连接；所述散热器与IGBT控制板的数量一致，且两散热器的中间设有两个IGBT，且两个IGBT面对面安装；两个IGBT的两侧设有IGBT防爆板，且散热器上也设有IGBT防爆板。本专利技术提供的第四优选的电压源换流器基本功能单元，所述旁路开关采用快速开关，动作时间彡3msο本专利技术提供的第五优选的电压源换流器基本功能单元，二次控制保护功能块包括供电单元、驱动单元和中央逻辑控制单元，所述供电单元位于电源盒内，所述中央逻辑控制单元位于中控板盒内，且每个单元均各自独立；所述驱动单元固定于IGBT与散热器的外围。本专利技术提供的第六优选的电压源换流器基本功能单元，所述储能单元为电容器， 采用直流电容器，与其它设备相对分开。本专利技术提供的第七优选的电压源换流器基本功能单元，基本功能单元水冷系统包括安装冷却IGBT的散热器及水管，水管的一端与IGBT的散热器连接，另一端连接水源。9、 根据权利要求1所述的基本功能单元，其特征在于旁路功能模块、开关器件保护功能块分别包括旁路开关驱动和晶闸管驱动，两驱动均安装于同一板盒内构成晶闸管及开关控制板盒，且集成于一块板卡上面。散热器用于带走均压电阻及IGBT导通与开断过程中产生的热量，从而避免开关器件由于结温过高造成损坏甚至爆炸。均压电阻用于均衡基本功能单元级联时子模块上的电压，避免子模块分压不均造成损坏。此外，IGBT的外围加装了防爆保护板，用于降低开关器件爆炸造成的影响；同时顶部防爆板做成防漏水装置，用于防止子模块水路漏水对关键器件IGBT及其驱动的附属电路——适配板造成影响。旁路功能块为一旁路开关，旁路开关采用快速开关，动作时间< :3ms，单元故障时可快速切除故障单元，以防止单元故障造成系统崩溃。开关器件保护功能块采用晶闸管开关，该晶闸管与开关器件电气连接，故障时可导通故障电流，起到保护IGBT开关的作用。基本功能单元的水冷系统，它包括散热器和连接水管(散热器上安装有IGBT，对 IGBT起散热作用，同时作为IGBT防爆板，连接水管一头与散热器相连，另一头与外部主水管连接，起导通冷却液的作用。)，连接水管对外由一个进水管和一个回水管组成。此外，基本功能单元还包含均压回路、防爆、冷却、防漏水、支撑结构等辅助组件; 全控器件IGBT是整个基本功能单元的核心设备，是产生交直流变换的基础。各部件的作用如下每个基本功能单元包括两个IGBT，每个IGBT都安装在一块散热器上，散热器用于带走IGBT和其它器件运行中产生的高热量，从而避免开关器件由于结温过高造成损坏甚至爆炸。均压回路用于均衡基本功能单元级联时基本功能单元上的电压，避免由于分压不均造成设备损坏。此外，开关器件外围加装了防爆层，用于降低开关器件爆炸造成的影响；器件顶部防爆层兼备防漏水功能，用于防止子模块水路漏水对关键器件IGBT及其驱动电路造成影响。旁路功能块采用了一种特殊设计的快速开关，动作时间C3ms，与开关器件功能块并联连接；当多个基本功能单元级联成换流器运行过程中，某个基本功能单元发生故障时， 旁路功能块用于快速旁路该故障基本功能单元，从而避免对非故障基本功能单元造成影响和事故扩大化。开关器件保护功能块也与旁路功能块并联连接，对于由若干基本功能单元级联本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电压源换流器基本功能单元，其特征在于所述基本功能单元包括开关器件功能块、旁路功能模块、开关器件保护功能块、二次控制保护功能块和储能单元，所述二次控制保护功能块、储能单元和旁路功能模块均固定于底板上，底板的下方设有滑轨，底板可以在滑轨上来回移动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汤广福，贺之渊，栾洪洲，李强，李云鹏，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：11
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