一种柔性直流换流阀结构制造技术

本发明专利技术提供了一种柔性直流换流阀结构，包括：塔式结构的换流阀组件，以及设置于所述塔式结构层间和下方的竖直绝缘支撑，所述竖直绝缘支撑间设有交叉十字拉杆；塔式结构的换流阀组件的每层包括：平行放置的两个口字型绝缘槽梁；背靠背设置并串联在一起的功率单元模块，功率单元模块位于所述绝缘槽梁上形成换流阀组件；位于该层外围的层间屏蔽结构。本发明专利技术提供的技术方案能满足无限扩展需求；口字型绝缘槽梁重量轻、结构稳定、承重力增加，有效节约材料，降低成本，提高换流阀整体抗震能力；紧凑型IGBT压装结构，空间上最大限度的减小了占地；屏蔽式均压电路，实现了串联功率单元电压均衡分布，降低杂散电容对换流阀中串联功率单元电压分布的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流换流阀结构
本专利技术涉及柔性直流输电
，具体涉及一种柔性直流换流阀结构。
技术介绍
柔性直流输电技术由于其技术性和经济性，近十年来在世界范围内得到大量应用。柔性直流输电是构建智能电网的重要装备，与传统方式相比，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。柔性直流换流阀是柔性直流输电系统的核心设备，采用模块化多电平电压源换流器技术制造，该技术利用若干独立的低电压功率单元模块串联，组成高电压等级大功率电力装备，实现大功率直流电力、交流电力之间的变换和传输。随着柔性直流输电电压等级的升高，作为柔性直流输电中的关键设备——换流阀，其体积越来越大，重量越来越大，为保证换流阀稳定、安全、可靠运行，必须优化其设计，使其具备抗震能力，且内部功率单元空间布置合理。因此，需要提供一种柔性直流换流阀结构来解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种柔性直流换流阀结构，通过优化绝缘槽梁提高了换流阀的抗震能力，通过紧凑型IGBT压装结构设计减小了空间占用，通过无限级联设计优化了换流阀内部功率单元的布置形式。一种柔性直流换流阀结构，所述结构包括：塔式结构的换流阀组件，以及设置于所述塔式结构层间和下方的竖直绝缘支撑，所述竖直绝缘支撑间设有交叉十字拉杆；所述塔式结构的换流阀组件的每层包括：平行放置的两个口字型绝缘槽梁；背靠背设置并串联在一起的功率单元模块，所述功率单元模块位于所述绝缘槽梁上形成换流阀组件；以及位于该层外围的层间屏蔽结构。进一步的，所述口字型绝缘槽梁包括：左凹型梁、右凹型梁、方形梁和上下连接板；所述左凹型梁、右凹型梁和方形梁高度相等；所述左凹型梁和所述右凹型梁背靠背设置；所述方形梁位于左凹型梁和右凹型梁中间；所述上下连接板位于所述左凹型梁、右凹型梁和方形梁的上下，并与所述左凹型梁、右凹型梁和方形梁的梁臂重合。进一步的，所述绝缘槽梁的材料为环氧玻璃布材料。进一步的，所述塔式结构的换流阀组件至少为两层。进一步的，所述功率单元模块采用紧凑型绝缘栅双极型晶体管IGBT压装结构，包括：一个晶闸管、两个IGBT和四个散热器；所述晶闸管由压装金属件上下压装形成第一压装结构；所述IGBT上下连接散热器形成IGBT组件，两个IGBT组件叠堆由压装金属件上下压装形成第二压装结构；所述第一压装结构与所述第二压装结构叠堆形成紧凑型IGBT压装结构。进一步的，所述层间屏蔽结构包括：应用于该层换流阀组件的屏蔽式均压电路；所述屏蔽式均压电路包括主电路和与主电路并联的辅助电路；所述主电路包括功率单元间互电容和功率单元对地电容；所述辅助电路包括屏蔽结构间互电容、屏蔽结构对地电容和组件电容。进一步的，所述功率单元间互电容设有N个，N个功率单元间互电容Cs(in)串联；所述功率单元对地电容Cg(in)一端连接在相邻两个功率单元间互电容Cs(in)之间，其另一端接地。进一步的，所述屏蔽结构间互电容Cs(out)和组件电容Cm并联，组成Cs(out)//Cm支路；N个所述Cs(out)//Cm支路串联；所述屏蔽结构对地电容Cg(out)一端连接在两个Cs(out)//Cm支路之间，其另一端接地。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：本专利技术提供的柔性直流换流阀新型结构能满足现有柔性直流换流阀抗震需求，无限扩展需求；本专利技术提供的底层下方的竖直绝缘支撑间的交叉十字拉杆使得本专利技术的换流阀的抗震能力增强；本专利技术提供的口字型绝缘槽梁重量轻、抗震动能力强，与相同长度的槽梁，能有效节约材料，降低成本，改善功率单元模块的受力状况，提高换流阀整体抗震能力；本专利技术提供的口字型绝缘槽梁中的左凹型梁、右凹型梁和方形梁的设计，使得结构更加稳定，承重能力更强；本专利技术提供的紧凑型IGBT压装结构，空间上最大限度的减小了占地；本专利技术提供的屏蔽式均压电路，首末端电位与屏蔽罩电位连接，屏蔽罩电位固定点与换流阀主电路没有电气连接关系，屏蔽罩其他电位点固定在电容上。附图说明图1为本专利技术柔性直流换流阀结构示意图；图2为本专利技术的工字型绝缘槽梁主视图；图3为本专利技术的工字型绝缘槽梁俯视图；图4为本专利技术的工字型绝缘槽梁左视图；图5为本专利技术的工字型绝缘槽梁截面示意图；图6为本专利技术的紧凑型IGBT压装结构图；图7为本专利技术的屏蔽式均压电路结构图；图8为本专利技术的柔性直流换流阀结构中屏蔽罩的具体位置；图9为具体实施例示意图；其中，1-左凹型梁，2-右凹型梁，3-方形梁，4-上连接板，5-下连接板。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种具备抗震功能的无限级联柔性直流换流阀新型结构如图1所示。其形式是将所需要串联的若干功率单元模块塔式布置，且功率单元模块背靠背，形成一个独立的换流阀阀塔；所述阀塔的两端安装有屏蔽罩如图8所示。由于本专利技术的阀塔绝缘支撑具备可扩展设计，所以根据实际需要换流阀阀塔侧面可排列布置同型号的换流阀阀塔，共用绝缘支撑，实现可无限扩展性能。为了提高换流阀阀塔抗震性能，竖直绝缘支撑之间增加了交叉十字拉杆。本换流阀新型结构实际安装示意图如图9所示。在换流阀内部，每层都采用口字型绝缘槽梁如图2-5所示，口字型绝缘槽梁重量轻、刚度高、抗震动能力强，由环氧玻璃布材料制成。其创新之处在于绝缘槽梁横截面为口字型，其由左凹型梁、右凹型梁以及中间方形三个绝缘槽梁拼接而成。功率单元模块采用紧凑型IGBT压装结构，将两个压接型IGBT、一个晶闸管和四个水冷散热器实现整体压接，由于晶闸管与IGBT所需要的压力不同，通过将两个独立压力装置串联连接实现(图6)。本专利技术基于换流阀冲击电压分布机理，提供了一种应用于换流阀塔的屏蔽式均压电路如图7所示，其中Cs(in)和Cg(in)分别表示主电路导体间互电容和导体对地电容，Cs(out)和Cg(out)分别表示阀模块屏蔽罩互电容和屏蔽罩对地电容，Cm表示换流阀内元器件寄生电容或组件电容。由图可得，Cg(out)与单阀主电路只是首尾相连，而中间杂散电容与主电路无电气连接关系，因此不会影响主电路各模块电压分布不均匀。能够实现宽频域下换流阀串联功率单元电压均匀分布，提高了元器件可靠性及绝缘耐受欲度，具有很强的工程应用价值。本专利技术设计的零畸变度、高可靠性换流阀均压电路主要基于如下两项技术：换流阀系统冲击电压分析技术：换流阀中的功率单元采用链式串联结构，其结构尺寸与高频冲击电压波长可以比拟，不能视为集中参数电路，需要采用传输线理论，建立分布参数模式分析波过程。换流阀可简化为T型的电容链网络。根据电路传输方程可求得换流阀各连接点的电压，其计算公式如下：换流阀第k级节点电压计算公式如下：其中，中间量Cg表示导体对地电容，Cs表示导体间互电容，则当Cg＜＜Cs，即b→0时，有：由公式(2)可以得出，当对地电容与互电容之比趋近于零时，各节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性直流换流阀结构，其特征在于，所述结构包括：塔式结构的换流阀组件，以及设置于所述塔式结构层间和下方的竖直绝缘支撑，所述竖直绝缘支撑间设有交叉十字拉杆；所述塔式结构的换流阀组件的每层包括：平行放置的两个口字型绝缘槽梁；背靠背设置并串联在一起的功率单元模块，所述功率单元模块位于所述绝缘槽梁上形成换流阀组件；以及位于该层外围的层间屏蔽结构。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流换流阀结构，其特征在于，所述结构包括：塔式结构的换流阀组件，以及设置于所述塔式结构层间和下方的竖直绝缘支撑，所述竖直绝缘支撑间设有交叉十字拉杆；所述塔式结构的换流阀组件的每层包括：平行放置的两个口字型绝缘槽梁；背靠背设置并串联在一起的功率单元模块，所述功率单元模块位于所述绝缘槽梁上形成换流阀组件；以及位于该层外围的层间屏蔽结构。2.如权利要求1所述的一种柔性直流换流阀结构，其特征在于，所述口字型绝缘槽梁包括：左凹型梁、右凹型梁、方形梁和上下连接板；所述左凹型梁、右凹型梁和方形梁高度相等；所述左凹型梁和所述右凹型梁背靠背设置；所述方形梁位于左凹型梁和右凹型梁中间；所述上下连接板位于所述左凹型梁、右凹型梁和方形梁的上下，并与所述左凹型梁、右凹型梁和方形梁的梁臂重合。3.如权利要求2所述的一种柔性直流换流阀结构，其特征在于，所述绝缘槽梁的材料为环氧玻璃布材料。4.如权利要求1所述的一种柔性直流换流阀结构，其特征在于，所述塔式结构的换流阀组件至少为两层。5.如权利要求1所述的一种柔性直流换流阀结构，其特征在于，所述功率单元模块采用紧凑型绝缘栅双极型晶体管IGBT压装结构，包括：一个晶闸管、两个IG...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗文志，谢剑，吕铮，李强，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11