一种应用于小容量SVG的二合一功率系统的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种应用于小容量svg的二合一功率系统。

背景技术：

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。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svg设计、制造厂商的一项核心技术。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，对功率模块的优化设计就成为svg继续发展的必由之路。因此，本发明针对上述需求，提供一种应用于小容量svg的二合一功率模块设计方案。

专利cn205792262u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；该发明主要适用于风冷结构的svg，且两组h桥模块未进行绝缘隔离；专利cn208190262u中公开了一种svg功率模块，包括壳体和位于所述壳体腔内的功率单元，具有两个所述功率单元，两个功率单元沿宽度方向水平并列设置在所示壳体的壳腔内。在该svg功率模块中，壳体中集成了两个功率单元，满足风冷svg需要。现有的多数svg功率模块设计方案多为单个模块包含一个h桥模块，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。专利cn205792262u和专利cn208190262u虽然分别提出了一种在单个功率模块中包含两个h桥模块的设计方案，但根据其内容描述仅适合风冷svg使用；专利cn205792262u中设计的功率模块中两个h桥模块未进行有效的电气隔离，在高电压的svg应用场合难以保证其模块运行的稳定性；上述两个专利中的直流母线均采用叠型母排的设计，大大增加了模块的成本，影响实际应用的经济性；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：

为了解决以上问题，本发明提供一种应用于小容量svg的二合一功率系统，提升svg功率密度、减少设备占地面积，降低设备成本，同时满足兼容性强和人性化设计的需要。

本发明公开了一种应用于小容量svg的二合一功率系统，所述功率系统包括两个h桥模块；每个所述h桥模块均包括高压电源、igbt单元、模块控制单元、驱动板、驱动转接板、母线电容、散热器、泄放电阻、结构件；

所述igbt单元是半桥结构，贴装在所述散热器的表面；

所述模块控制单元是sce板；

所述驱动板将控制信号转换为驱动脉冲；

所述驱动转接板与igbt单元连接,驱动igbt单元工作；

所述母线电容是直流母线电容；

所述模块控制单元和高压电源通过绝缘螺栓固定在所述结构件上；

所述驱动转接板与所述igbt单元连接，所述母线电容与所述igbt单元连接。

进一步的，所述功率系统的框架由复合绝缘板与镀铝锌板混合制成。

进一步的，所述h桥模块包括主电路，每个h桥模块均包括两个半桥结构的igbt单元。

进一步的，两个所述h桥模块上、下叠放布置。

进一步的，两个所述h桥模块分别是第一h桥模块和第二h桥模块，第一h桥模块的交流输入铜排布置在第一h桥模块正面的上部位置，便于与上一个模块输出进行级联；第二h桥模块的交流输出铜排布置在第二h桥模块下部的位置，便于与下一个模块的输入进行级联。

进一步的，第一h桥模块的交流输出与第二h桥模块的交流输入，通过铜排在模块内部完成级联。

进一步的，h桥功率系统正面和背部采用复合绝缘板，其它位置采用镀铝锌板。

进一步的，所述散热器采用风冷和水冷两种散热方式。

进一步的，所述svg是三相系统，svg的每一相由多个h桥模块级联构成多电平逆变器。

本发明的上述技术方案包括如下有益的技术效果：

(1)模块功率密度大幅度提升。本发明将功率模块体积缩小为常规svg功率模块的50％，有效提升了模块功率密度；为进一步提升svg成套设备功率密度，缩小设备体积和现场占地面积提供了可行的解决方案。

(2)采用兼容设计，本发明充分考虑当下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，散热器可采用风冷和水冷两种散热方式。满足10kv电压等级下0.5～2.5mvar和35kv电压等级下1.75mvar～8.75mvar的风冷/水冷svg使用。

(3)直流母排采用低成本设计，直流母排设计采用简易叠型母排设计方案，有效降低了功率模块成本，且技术性能完全满足指标要求。

(4)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

图1为本发明二合一功率系统结构示意图；

图2为本发明二合一功率系统正视图；

图3为本发明二合一功率系统左视图；

图4为本发明二合一功率系统右视图；

图5为本发明二合一功率系统俯视图。

1、igbt；2、驱动板；3、驱动转接板；4、sce板；5、第一安装板；6、第二安装板；7、第一安装架板；8、第二安装架板；9、导向柱；10、第三安装板；11、第四安装板；12、第五安装板；13、第一铜排；14、散热器；15、第二铜排；16、第三铜排；17、第四铜排；18、第五铜排；19、第六铜排；20、第一绝缘板；21、第二绝缘板；22、第三绝缘板；23、第四绝缘板；24、第五绝缘板；25、第六绝缘板；26、母线电容；27、热敏电阻；28、螺母；29、内六角圆柱螺钉；30、第一十字沉头螺钉；31、第二十字沉头螺钉；32、第三十字沉头螺钉；33、线缆支撑；34、第一绝缘支柱；35、第二绝缘支柱；36、把手；37、密封条；38、电阻；39、电源板

具体实施方式

为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。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发明的概念。

本发明提供了一种应用于小容量静止无功发生器(svg)的二合一功率系统。如图1所示，本发明中的二合一h桥功率系统包括两个h桥模块，分别是第一h桥模块和第二h桥模块，两个h桥模块级联，两个h桥模块按照上下叠放的方式布置。第一h桥模块和第二h桥模块均包括高压电源、igbt单元、模块控制单元、驱动转接板、母线电容、散热器、泄放电阻、结构件，所述母线电容是直流母线电容，所述模块控制单元是sce板，功率系统的框架是由复合绝缘板与镀铝锌板混合制成，满足电气隔离和机械强度的需要。本发明为小容量紧凑型svg功率单元设计提供了可行性方案。

如图2所示，功率系统正视图可见，每个h桥模块还包括：散热通道、绝缘面板、把手、光纤插口和sce板软件下载接口。

如图3所示，功率系统左视图可见，sce板和高压电源通过绝缘螺栓固定在功率系统的结构件上。

如图4所示，功率系统右视图可见，第一h桥模块和第二h桥模块均包括主电路，每个h桥模块均包括两个半桥结构的igbt单元；igbt单元贴装在散热器表面，驱动转接板与igbt单元通过锡焊连接，igbt单元与母线电容通过简易叠排连接。

如图5所示，功率系统俯视图可见，包括两个igbt驱动板，还包括用于模块插拔的插销。

驱动板将控制信号转换为驱动脉冲，驱动转接板与igbt直接连接,驱动igbt工作。

第一h桥模块和第二h桥模块在整体设计时，采用两个独立的散热器和散热通道。当模块选择风冷时，模块正面为进风口，背部为出风口；当模块选择水冷时，模块进出水管均在正面安装。

每个h桥功率模块中的两个级联的h桥模块为上、下叠放布置。第一h桥模块的交流输入铜排布置在第一h桥模块正面的上部位置，便于与上一个模块输出进行级联；第二h桥模块的交流输出铜排布置在第二h桥模块下部的位置，便于与下一个模块的输入进行级联；每个h桥模块内部第一h桥模块的交流输出与第二h桥模块的交流输入，通过铜排在模块内部完成级联。

具体的，h桥功率系统正面和背部采用复合绝缘板，其它位置采用镀铝锌板，来满足第一h桥模块和第二h桥模块的电气隔离和模块整体机械强度的需要。

所述两个h桥模块器件采用相同的结构布局。从模块正视，从上至下主要为两个散热通道和交流侧进出铜排、模块把手及模块对外的二次接口。从模块左视，从前至后依次为sce板、高压电源，且上述器件均通过绝缘螺栓固定在模块结构件上。从模块右视，从前至后分别布置散热器、igbt、驱动转接板、电容、母线铜排；其中igbt固定于散热器面板上，驱动转接板与igbt通过锡焊连接。母线铜排叠放安装，电容安装数量可根据svg容量进行匹配。从模块顶部俯视，从前至后分别为两个igbt驱动板，铝壳电阻、母线铜排和电容。从模块背部正视，从上至下分别为两个散热通道的出风口及用于模块插拔的插销、滑轨。

具体的，所述功率模块采用了多种兼设计，直流母线电容可根据svg容量灵活配置，可兼容安装不同规格的igbt，散热器可采用风冷和水冷两种散热方式。满足10kv电压等级下0.5～2.5mvar和35kv电压等级下1.75mvar～8.75mvar的风冷/水冷svg使用。

具体的，两个h桥模块级联作为本发明的静止无功发生器(svg)的电路拓扑。主电路连接方式可以是星形连接或三角形连接，svg是三相系统，svg的每一相由多个h桥模块级联构成多电平逆变器。

在svg运行过程中，当h桥模块电容电压为udc时，单个h桥模块输出udc、-udc和0三个电平，每相输出电压由多个h桥模块输出的电压叠加而成，因此，如果每相输出电压由n个h桥模块输出的电压叠加而成，每相能够输出从-nudc至nudc共2n+1个电平。通过控制h桥模块输出的叠加电压，即可控制svg侧输出电压，再经由电抗器与电网进行感性或容性无功交换，解决h桥单元数量多，占用空间大、成本高、稳定性低等问题。

具体的，所述功率模块直流母排采用低成本设计。直流母排设计采用简易叠型母排设计方案，有效降低了功率模块成本，且技术性能完全满足指标要求。

具体的，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。

综上所述，本发明提供一种应用于小容量svg的二合一功率系统，所述功率系统包括两个h桥模块；每个所述h桥模块均包括高压电源、igbt单元、模块控制单元、驱动板、驱动转接板、母线电容、散热器、泄放电阻、结构件。igbt单元是半桥结构，贴装在所述散热器的表面；模块控制单元是sce板；驱动板将控制信号转换为驱动脉冲；驱动转接板与igbt单元连接,驱动igbt单元工作；母线电容是直流母线电容；模块控制单元和高压电源通过绝缘螺栓固定在所述结构件上；驱动转接板与所述igbt单元连接，母线电容与所述igbt单元连接。本发明能够提升svg功率密度、减少设备占地面积，降低设备成本，同时满足兼容性强和人性化设计的需要。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明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。