一种非对称配置的MMC子模块制造技术

本发明专利技术提供了一种非对称配置的MMC子模块，所述非对称配置的MMC子模块应用于逆变工况下；非对称配置的MMC子模块的上桥臂包括第一IGBT模块和第一FRD模块，第一IGBT模块包括m个并联连接的IGBT芯片，第一FRD模块包括n个并联连接的FRD芯片；其中，m、n为正整数，且m<n；非对称配置的MMC子模块的下桥臂包括第二IGBT模块和第二FRD模块；第二IGBT模块包括i个并联连接的IGBT芯片，第二FRD模块包括j个并联连接的FRD芯片；其中，i、j为正整数，且i>j。本发明专利技术通过对不同工况下的MMC子模块配置不同的上桥臂和下桥臂的芯片数量，能够有效降低芯片平均结温，从而降低MMC子模块的温度，继而降低其失效概率，提高了MMC子模块的可靠性和稳定性。提高了MMC子模块的可靠性和稳定性。提高了MMC子模块的可靠性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种非对称配置的MMC子模块


[0001]本专利技术涉及电平转换
，尤其是涉及一种非对称配置的MMC子模块。

技术介绍

[0002]模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)因为具有输出平滑、易更换、输送损耗低等优点，是柔性直流输电中最常使用的拓扑模式，目前也在直流配电网领域飞速发展。作为换流器中最容易出现故障的部件MMC子模块，其可靠性影响着整个系统的安全运行。
[0003]将多个直流模块并入低压直流母线，通过升压变流器再接入中压直流母线，最后再借助MMC汇入中压交流电网，此处不存在潮流反向的问题。远海风力发电场也是MMC的典型应用场景。风电场产生的交流电就地通过换流站转换成直流电并输送往大陆电网。而由于其距离大陆比较遥远，维修时通常需要使用专业工程船，维修成本高。且换流站伫立在高温高盐高湿的环境中，对其间的 MMC子模块可靠性提出了更高的要求。
[0004]目前，传统的MMC子模块的拓扑结构为上、下桥臂的IGBT芯片和FRD芯片配置完全相同的对称结构，由于电流的分布是不均匀的，这种对称模块在电流分布不均匀情况下，会导致损耗分布不均匀，从而导致芯片结温分布非对称、局部过热，导致MMC子模块的可靠性和稳定性低下。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种非对称配置的MMC子模块，以解决上述技术问题，从而能够提高MMC子模块的可靠性和稳定性。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种非对称配置的MMC子模块，所述非对称配置的MMC子模块应用于逆变工况下；
[0007]所述非对称配置的MMC子模块的上桥臂包括第一IGBT模块和第一FRD模块，所述第一IGBT模块包括m个并联连接的IGBT芯片，所述第一FRD模块包括n 个并联连接的FRD芯片；其中，m、n为正整数，且m<n；
[0008]所述非对称配置的MMC子模块的下桥臂包括第二IGBT模块和第二FRD模块；所述第二IGBT模块包括i个并联连接的IGBT芯片，所述第二FRD模块包括j 个并联连接的FRD芯片；其中，i、j为正整数，且i>j。
[0009]进一步地，所述非对称配置的MMC子模块为采用压接式结构或焊接式结构。
[0010]进一步地，每一所述IGBT芯片的选型相一致，每一所述FRD芯片的选型相一致。
[0011]进一步地，所述第一IGBT模块中的IGBT芯片的数量m与所述第二FRD模块中的FRD芯片的数量j相等，所述第一FRD模块中的FRD芯片的数量n与所述第二 IGBT模块中的IGBT芯片的数量i相等。
[0012]进一步地，每一所述IGBT芯片和每一所述FRD芯片的额定电流均为25A。
[0013]为了解决相同的技术问题，本专利技术还提供一种非对称配置的MMC子模块，所述非对
称配置的MMC子模块应用于整流工况下；
[0014]所述非对称配置的MMC子模块的上桥臂包括第一IGBT模块和第一FRD模块，所述第一IGBT模块包括m个并联连接的IGBT芯片，所述第一FRD模块包括n 个并联连接的FRD芯片；其中，m、n为正整数，且m>n；
[0015]所述非对称配置的MMC子模块的下桥臂包括第二IGBT模块和第二FRD模块；所述第二IGBT模块包括i个并联连接的IGBT芯片，所述第二FRD模块包括j 个并联连接的FRD芯片；其中，i、j为正整数，且i<j。
[0016]进一步地，所述非对称配置的MMC子模块为采用压接式结构或焊接式结构。
[0017]进一步地，每一所述IGBT芯片的选型相一致，每一所述FRD芯片的选型相一致。
[0018]进一步地，所述第一IGBT模块中的IGBT芯片的数量m与所述第二FRD模块中的FRD芯片的数量j相等，所述第一FRD模块中的FRD芯片的数量n与所述第二 IGBT模块中的IGBT芯片的数量i相等。
[0019]进一步地，每一所述IGBT芯片和每一所述FRD芯片的额定电流均为25A。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0021]通过对不同工况下的MMC子模块配置不同的上桥臂和下桥臂的芯片数量，能够有效降低芯片平均结温，从而降低了MMC子模块的温度，进而降低其失效概率，提高了MMC子模块的可靠性和稳定性。
附图说明
[0022]图1是本专利技术提供的非对称配置的MMC子模块的拓扑结构示意图；
[0023]图2是本专利技术提供的逆变工况下的非对称配置的MMC子模块的芯片布局示意图；
[0024]图3是本专利技术提供的整流工况下的非对称配置的MMC子模块的芯片布局示意图；
[0025]图4是现有技术中传统MMC子模块的拓扑结构示意图；
[0026]图5是现有技术中传统MMC子模块的芯片布局示意图。
具体实施方式
[0027]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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]需要说明的是，从应用的角度来看，MMC子模块中各芯片上的电流分布是不均匀的。同一位置的IGBT和二极管之间的电流幅值之差与系统功率传输产生的直流电流分量完全相同。并且各芯片的导通时间不相同，主要由电流方向和开关顺序决定。此外，上桥臂中的二极管(或IGBT)电流波形与下桥臂中的IGBT(或二极管)电流波形是互补的。实际的MMC运行工况有两种分别是逆变工况和整流工况，逆变工况下上桥臂流过二极管的电流较大，流过IGBT的电流较小，下桥臂流过二极管的电流较小，流过IGBT的电流较大，整流工况则恰好相反，而传统的MMC子模块的拓扑结构如图4所示，其是上、下桥臂的IGBT芯片配置完全相同，且FRD芯片配置完全相同的对称结构。
[0029]假设IGBT1是由两个25A的IGBT芯片并联而成，D1是由两个25A的FRD芯片并联而
成，以压接式MMC子模块为例，其上、下桥臂的芯片布局示意图如图5所示，不难看出是完全对称的。
[0030]需要说明的是，由于电流的分布是不均匀的，这种对称模块在电流分布不均匀情况下，会导致损耗分布不均匀，从而导致芯片结温分布非对称、局部过热，进而影响模块的可靠性。
[0031]可以理解的是，MMC子模块的可靠性和寿命息息相关，提高MMC子模块寿命的方法主要有降低结温波动和降低平均结温这两种手段，而结温波动主要与负荷相关。在系统功率一定的情况下，为了降低MMC子模块中芯片的平均结温，降低MMC子模块的失效概率，提升MMC子模块的寿命，提高其可靠性。有研究者通过优化控制算法的主动热管理，在分析了子模块更换个数和系统电压波动的关系之后，提出了使用闭环控制来实时更改每次调控时需要改变的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称配置的MMC子模块，其特征在于，所述非对称配置的MMC子模块应用于逆变工况下；所述非对称配置的MMC子模块的上桥臂包括第一IGBT模块和第一FRD模块，所述第一IGBT模块包括m个并联连接的IGBT芯片，所述第一FRD模块包括n个并联连接的FRD芯片；其中，m、n为正整数，且m<n；所述非对称配置的MMC子模块的下桥臂包括第二IGBT模块和第二FRD模块；所述第二IGBT模块包括i个并联连接的IGBT芯片，所述第二FRD模块包括j个并联连接的FRD芯片；其中，i、j为正整数，且i>j。2.根据权利要求1所述的非对称配置的MMC子模块，其特征在于，所述非对称配置的MMC子模块为采用压接式结构或焊接式结构。3.根据权利要求1所述的非对称配置的MMC子模块，其特征在于，每一所述IGBT芯片的选型相一致，每一所述FRD芯片的选型相一致。4.根据权利要求1所述的非对称配置的MMC子模块，其特征在于，所述第一IGBT模块中的IGBT芯片的数量m与所述第二FRD模块中的FRD芯片的数量j相等，所述第一FRD模块中的FRD芯片的数量n与所述第二IGBT模块中的IGBT芯片的数量i相等。5.根据权利要求1所述的非对称配置的MMC子模块，其特征在于，每一所述IGBT芯片和每一所述FRD芯片的额定电流均为25A。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭令其，马燕君，李盈，李歆蔚，王晓毛，马凯，赵伟，陈宇慧，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：