一种适用于贯通式同相供电装置的功率系统

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112532022A(43)申请公布日2021.03.19(21)申请号202011348222.4H05K7/20(2006.01)(22)申请日2020.11.26(71)申请人许继集团有限公司地址461000河南省许昌市许继大道1298号申请人许继电气股份有限公司(72)发明人翟超　刘刚　孙健　祁招　石鹏　许恩泽　张文锦　贾雪　(74)专利代理机构北京中政联科专利代理事务所(普通合伙)11489代理人朱晓娟(51)Int.Cl.H02M1/00(2007.01)H02M7/00(2006.01)H02M5/458(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种适用于贯通式同相供电装置的功率系统(57)摘要一种适用于贯通式同相供电装置的功率系统，包括H桥功率模块、放电电阻、旁路开关、真空接触器、取能模块和控制模块；所述H桥功率模块包括母线支撑电容、散热器、多个IGBT；所述放电电阻用于在功率系统不工作时对母线支撑电容残存电压进行放电；所述旁路开关用于当功率系统检测到故障时，使功率系统退出运行；所述真空接触器用于当功率系统满足运行条件时，自行闭合真空接触器，实现并网运行；所述取能模块用于为控制模块供电；所述控制模块包括驱动电路板和保护电路板。通过外部通讯所发指令，实现功率系统的切除与投入，该功率系统具有体积小、主电路杂散电感低、功率密度高的特点。CN112532022ACN112532022A权　利　要　求　书1/1页1.一种适用于贯通式同相供电装置的功率系统，其特征在于，包括H桥功率模块、放电电阻、旁路开关、真空接触器、取能模块和控制模块；所述H桥功率模块包括母线支撑电容、散热器、多个IGBT；所述放电电阻用于在功率系统不工作时对母线支撑电容残存电压进行放电；所述旁路开关用于当功率系统检测到故障时，使功率系统退出运行；所述真空接触器用于当功率系统满足运行条件时，自行闭合真空接触器，实现并网运行。所述取能模块用于为控制模块供电；所述控制模块包括驱动电路板和保护电路板，用于检测功率系统中的直流电压，并根据功率系统的故障状态发出故障信号，同时控制旁路开关投入。2.根据权利要求1所述的功率系统，其特征在于，所述母线支撑电容是直流支撑电容，所述散热器是水冷散热器。3.根据权利要求2所述的功率系统，其特征在于，两个所述H桥功率模块之间采用镜像连接方式。4.根据权利要求3所述的功率系统，其特征在于，所述镜像连接方式是：在两个H桥功率模块的两个散热器之间放置两个叠形母排，两个叠形母排之间使用绝缘板隔离。5.根据权利要求4所述的功率系统，其特征在于，所述叠形母排采用对冲结构，叠形母排连接2个并联的IGBT，叠型母排与IGBT的距离和交流出线端正负出线端的换流距离相等。6.根据权利要求5所述的功率系统，其特征在于，所述母线支撑电容采用叠形母排设计，每个母线支撑电容有多个出线端。7.根据权利要求6所述的功率系统，其特征在于，包括两个H桥功率模块，第一个H桥功率模块包括第一组IGBT、第二组IGBT和第一散热器，第二个H桥功率模块包括第三组IGBT、第四组IGBT和第二散热器，每一组IGBT由两个IGBT组成。8.根据权利要求7所述的功率系统，其特征在于，两个所述H桥功率模块的出线排采用T型结构，两个H桥功率模块的母线支撑电容通过叠形母排连接。9.根据权利要求8所述的功率系统，其特征在于，还包括顶盖。10.根据权利要求9所述的功率系统，其特征在于，所述母线支撑电容采用L型叠形母排设计，共有4个出线端，分别是两个正极和两个负极。2CN112532022A说　明　书1/4页一种适用于贯通式同相供电装置的功率系统技术领域[0001]本发明涉及供电技术领域，尤其涉及一种适用于贯通式同相供电装置的功率系统。背景技术[0002]随着我国高速铁路和重载铁路运行对供电电网的容量需求增加，对电网不平衡影响也随之增加，对目前的牵引供电系统存在极大的挑战。在这种情况下牵引变电如采用现在的两相供电方式和两相无功补偿的滤波方式将难以满足供电部门对电气指标的要求。[0003]根据牵引系统的需要，同相供电技术应运而生。同相供电技术就是在区段上各牵引臂均由同一相电压供电，由贯通式同相供电装置连接双边或多边贯通供电，同时采用以对称补偿技术为核心的贯通式同相供电装置，可以最大限度的取消电分相环节，并使牵引变电所负序、功率因数、电网电压指标得以综合解决。可以有效的解决牵引供电系统本身结构的制约而难以实现高速铁路和重载铁路运行问题。发明内容[0004]为了解决以上问题，本发明提供一种适用于贯通式同相供电装置的功率系统。[0005]本发明公开了一种适用于贯通式同相供电装置的功率系统，包括H桥功率模块、放电电阻、旁路开关、真空接触器、取能模块和控制模块；[0006]所述H桥功率模块包括母线支撑电容、散热器、多个IGBT；[0007]所述放电电阻用于在功率系统不工作时对母线支撑电容残存电压进行放电；[0008]所述旁路开关用于当功率系统检测到故障时，使功率系统退出运行；所述真空接触器用于当功率系统满足运行条件时，自行闭合真空接触器，实现并网运行。[0009]所述取能模块用于为控制模块供电；[0010]所述控制模块包括驱动电路板和保护电路板，用于检测功率系统中的直流电压，并根据功率系统的故障状态发出故障信号，同时控制旁路开关投入。[0011]进一步的，所述母线支撑电容是直流支撑电容，所述散热器是水冷散热器。[0012]进一步的，两个所述H桥功率模块之间采用镜像连接方式。[0013]进一步的，所述镜像连接方式是：在两个H桥功率模块的两个散热器之间放置两个叠形母排，两个叠形母排之间使用绝缘板隔离。[0014]进一步的，所述叠形母排采用对冲结构，叠形母排连接2个并联的IGBT，叠型母排与IGBT的距离和交流出线端正负出线端的换流距离相等。[0015]进一步的，所述母线支撑电容采用叠形母排设计，每个母线支撑电容有多个出线端。[0016]进一步的，包括两个H桥功率模块，第一个H桥功率模块包括第一组IGBT、第二组IGBT和第一散热器，第二个H桥功率模块包括第三组IGBT、第四组IGBT和第二散热器，每一组IGBT由两个IGBT组成。3CN112532022A说　明　书2/4页[0017]进一步的，两个所述H桥功率模块的出线排采用T型结构，两个H桥功率模块的母线支撑电容通过叠形母排连接。[0018]进一步的，还包括顶盖。[0019]进一步的，所述母线支撑电容采用L型叠形母排设计，共有4个出线端，分别是两个正极和两个负极。[0020]本发明的上述技术包括如下有益的技术效果：[0021]功率系统是两个完整的H桥变换模块，可以通过外部通讯所发指令，实现功率系统的切除与投入等；[0022]该功率系统还有自我旁路功能，当其出现故障，可以闭合旁路开关退出运行，使贯通式同相供电装置在功率系统出现故障时运行不受影响；[0023]该功率系统具有体积小、主电路杂散电感低、功率密度高等特点。附图说明[0024]图1为本发明的功率模块原理图；[0025]图2为本发明的叠排结构示意图；[0026]图3为本发明的IGBT摆放方式示意图；[0027]图4为本发明的功率模块侧视示意图；[0028]图5为本发明的功率模块俯视示意图；[0029]图6为本发明的功率模块外壳示意图。具体实施方式[0030]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。[0031]本发明提供了一种适用于贯通式同相供电装置的功率系统。该功率系统包括H桥功率模块、放电电阻、旁路开关、真空接触器、取能模块和控制模块。[0032]具体的，该功率系统拓扑采用H桥结构，所述功率系统包括两个H桥功率模块，该H桥功率模块包括母线支撑电容、多个IGBT、散热器。该母线支撑电容是直流支撑电容，该散热器可以是水冷散热器。[0033]具体的，单个H桥功率模块包括1个母线支撑电容、1个散热器、4个IGBT，所述IGBT根据不同容量的贯通式同相供电装置进行选择。如图3所示，每个H桥功率模块之间采用镜像连接方式，即在两个H桥功率模块的两个散热器之间放置两个叠形母排，为保证绝缘间隙，两个叠形母排之间使用绝缘板隔离。该叠形母排采用对冲结构，叠形母排连接2个并联的IGBT，叠型母排与IGBT的距离与交流出线端的正负出线端换流距离相等。即：叠型母排链接两个IGBT，IGBT的拓扑结构为半桥拓扑，两个叠形母排及IGBT组成H桥拓扑，叠型母排链接IGBT后，每个IGBT到交流出线排的距离相等，两组IGBT到正负母线的位置相等。不仅使并联IGBT具有高均流度，而且具有低杂散电感，大大的减少了IGBT的关断尖峰电压。[0034]功率模块的母线支撑电容也采用叠形母排设计，该母线支撑电容叠形母排为L型4CN112532022A说　明　书3/4页结构，每个母线支撑电容有4个出线端，分别是两个正极和两个负极，即第一正极、第一负极、第二正极、第二负极，正负级叠在一起，叠型母排结构为上正下负，正负叠排的重合面积越多，功率系统的寄生电感越小。功率系统具有旁路开关功能，当该功率系统自身故障时，可以闭合旁路开关，闭合旁路开关后，短接功率单元级联侧的两级输出，该功率单元被短路，统仍然可以通过旁路开关形成电流回路，继续运行。功率系统具有真空接触器，当系统满足运行条件时可自行闭合真空接触器，实现并网运行。所述运行条件是：系统给出允许合闸信号以及满足电网电压相位。[0035]功率系统内部的取能模块包括直流取电电源，所述直流取电电源连接至直流母线上，当母线电压达到300V至3000V时，直流取电电源会自动启动，为控制模块供电。[0036]该控制模块包括驱动电路板和保护电路板。保护电路板用于检测功率系统中的直流电压，并根据功率系统的故障状态发出故障信号，同时控制旁路开关投入，将功率系统切出运行系统，可以保证功率系统的故障不影响系统运行。[0037]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。[0038]根据图1所示，该功率系统包括两个H桥功率模块，第一个H桥功率模块包括4个IGBT，分别是T1、T2、T3、T4，所述T1和T2是第一组IGBT、所述T3和T4是第二组IGBT；第二个H桥功率模块包括4个IGBT，分别是T5、T6、T7、T8，所述T5和T6是第三组IGBT、所述T7和T8是第四组IGBT。根据不同容量贯通式同相供电装置对IGBT的型号进行选择，根据现有的IGBT参数，贯通式同相供电装置使用本发明的功率系统，可使其容量达10Mvar。[0039]根据图1、图3所示，第一个H桥功率模块包括两组IGBT，分别是第一组IGBT、第二组IGBT和第一散热器，第二个H桥功率模块包括两组IGBT，分别是第三组IGBT、第四组IGBT和第二散热器。同相供电装置的功率系统包括两个H桥功率模块，即包括4组IGBT和2个散热器。IGBT通过叠型母排连接母线支撑电容，如图2所示，在每个H桥功率模块中，两组IGBT连接母线支撑电容的正极，1个散热器连接母线支撑电容的负极。[0040]根据图3所示，单个H桥功率模块之间采用镜像连接方式，即两个水冷散热器1之间放置两个叠形母排3。为保证绝缘间隙，两个叠形母排3之间使用绝缘板4隔离。[0041]根据图2所示，是两个水冷散热器之间放置的叠形母排的外形图。所述叠形母排采用对冲结构，叠形母排连接2个并联的IGBT，叠形母排与IGBT与交流出线端正负出线端的换流距离等长，不仅使并联IGBT具有高均流度，而且具有低杂散电感，大大的减少了IGBT的关断尖峰电压。[0042]母线支撑电容C1、C2的作用是支撑母线电压使功率系统稳定换流；[0043]放电电阻R1的作用是在功率系统不工作时可以尽快对母线电容残存电压进行放电，避免检修时出现危险；[0044]旁路开关的作用是当功率系统检测到故障时，功率系统自触发旁路开关闭合，使功率系统退出系统运行，避免功率系统对整个装置的正常运行造成影响，从而干扰电网的运行；[0045]真空接触器用于功率系统并网及故障时将功率系统切除系统。[0046]根据图4所示，取能模块可以是直流取电电源3，直流取电电源可以实现功率系统避免由于外界引入供电造成的系统故障。保护电路板3用于检测功率系统中直流母线的电压和接收驱动故障，并将信号传递给驱动电路板，同时当功率系统出现故障时可以控制旁5CN112532022A说　明　书4/4页路开关和接触器的投入使功率系统退出系统运行，避免影响系统的正常运行。[0047]根据图4、图5所示，2个H桥功率模块均通过结构件固定在一个结构架上，旁路开关和真空接触器分别设置于功率系统的前方。2个H桥功率模块的出线排采用T型结构，母线支撑电容C1、C2通过叠形母排进行连接，进一步减小功率系统内部的寄生电感。[0048]根据图6所示，该功率系统在设计时采用孔型散热方式，用于功率系统内部控制模块的散热，同时当水冷散热器顶部水管破裂或渗水时，防止溅入功率系统内部。功率系统顶部加装顶盖可以防止冷却水从上方滴入功率系统。[0049]进一步的，该功率系统的交流出线铜排和旁路开关采用特定的布局，使功率系统具有旁路功能，可以在自身故障时，旁路退出运行；该功率系统的交流出线铜排和真空接触器采用特定的布局，使功率系统具有并网功能，当系统具备条件允许并网时，功率系统可以自行并网；该功率系统采用孔型散热器同时顶部加装顶盖，可防止由于冷却水故障造成的冷却水滴入或者溅入。[0050]每组功率模块包括1个母线电容、4个IGBT，组成半桥结构。该功率系统的叠形母排采用对冲结构，叠形母排连接2个并联的IGBT，通过设计使叠型母排与IGBT与交流出线端正负出线端的换流距离等长，正负路径的重合面积更大，降低了功率系统的杂散电感，大大的减少了IGBT的关断尖峰电压。[0051]母线支撑电容采用叠形母排设计，该叠形母排为L型结构，母线支撑电容共有4个出线端，分别是两个正极和两个负极，即分别为正极一、负极一、正极二、负极二。[0052]具体的，2组功率模块的出线排采用T型结构，一端连接本功率模块，另一端连接级联的功率系统，剩余一端连接旁路开关。使本功率系统具有旁路开关功能。[0053]综上所述，本发明提供了一种适用于贯通式同相供电装置的功率系统，包括H桥功率模块、放电电阻、旁路开关、真空接触器、取能模块和控制模块；所述H桥功率模块包括母线支撑电容、散热器、多个IGBT；所述放电电阻用于在功率系统不工作时对母线支撑电容残存电压进行放电；所述旁路开关用于当功率系统检测到故障时，使功率系统退出运行；所述真空接触器用于当功率系统满足运行条件时，自行闭合真空接触器，实现并网运行；所述取能模块用于为控制模块供电；所述控制模块包括驱动电路板和保护电路板。通过外部通讯所发指令，实现功率系统的切除与投入，该功率系统具有体积小、主电路杂散电感低、功率密度高的特点。[0054]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。6CN112532022A说　明　书　附　图1/3页图1图27CN112532022A说　明　书　附　图2/3页图3图48CN112532022A说　明　书　附　图3/3页图5图69