[发明专利]大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置及方法

说明书

本发明涉及一种大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置及方法，属于柔性直流输电领域，大功率开关器件与IEGT散热器连接，半导体制冷片设置于热端散热器和IEGT散热器之间，半导体制冷片的热端与热端散热器贴合，冷端与IEGT散热器贴合，第一温度传感器测量大功率开关器件温度，控制器根据大功率开关器件温度调节半导体制冷片的输入电压，降低大功率开关器件的温度，使用半导体制冷片来实现局部制冷和器件运行前的预制冷，将半导体制冷片冷端产生的冷量降低大功率开关器件温度，从而降低器件结温，达到提升大功率器件短时脉冲性能的效果，本发明无需提升门极电压，无需使用水冷，解决了直流断路器的寿命问题，并降低了成本。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电领域，特别是涉及一种大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置及方法。

背景技术

近年来，柔性直流输电技术发展迅速，已有很多工程陆续投入运行。特别随着国内舟山五端、厦门工程以及豫鄂柔性直流输电工程顺利投运，将柔性直流输电技术又推向一个新的应用台阶。由于直流系统的阻尼相对较低，相比于交流系统，直流系统的故障发展更快，控制保护难度更大。因此为快速限制并切断故障电流，以维持直流电网安全稳定运行并保护电网中的关键设备，高压直流断路器成为有效甚至唯一技术手段。分断速度快、分断电流大以及智能重合闸等优点，是高压直流断路器的研究热点。

直流断路器的核心部件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，是典型的大功率开关器件，在许多工程中，由于IGBT的通流能力在特定情况下有限，所以以并联的形式提升通流能力，即提升退饱和电流。结合张北柔直工程对直流断路器整体的技术要求，转移支路阀组需要承受和关断电流高达25kA，持续时间约3ms，关断过电压达到800kV。但是常规IGBT的可关断能力远远不能达到转移支路阀组对IGBT的关断能力要求。当前直流断路器处于的环境温度大约为50℃左右，由于IGBT受环境温度影响，环境温度的升高会使得通态退饱和电流值减小，降低短时脉冲性能。而现有技术大多数是通过门极电压去提升IGBT的短时脉冲性能，而这种技术极大可能会降低IGBT的寿命，从而影响直流断路器的使用。且当前对于IGBT等大功率开关器件的降温现状大多数为水冷和自然冷却，而大规模的水冷会导致制造成本的提高，自然冷却也只能降温到室温，降温效果不显著。

发明内容

本发明的目的是提供一种大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置及方法，在保证直流断路器使用寿命的基础上，通过降低大功率开关器件的结温来提升直流断路器的短时脉冲性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置，所述局部制冷装置包括：大功率器件连接装置、半导体制冷片、热端散热器、第一温度传感器和控制器；

大功率开关器件与所述大功率器件连接装置的IEGT散热器连接；

热端散热器与所述IEGT散热器连接，半导体制冷片设置于热端散热器和IEGT散热器之间，半导体制冷片的热端与热端散热器贴合，半导体制冷片的冷端与IEGT散热器贴合；第一温度传感器设置在IEGT散热器上；

第一温度传感器的信号输出端与控制器的输入端连接，控制器的输出端与半导体制冷片的输入电压控制端连接；所述控制器用于根据第一温度传感器测量的大功率开关器件温度，调节半导体制冷片的输入电压，使大功率开关器件的温度下降，实现大功率开关器件的局部制冷。

可选的，所述局部制冷装置还包括：第二温度传感器和散热风扇；

第二温度传感器设置在热端散热器上；散热风扇的风向与热端散热器翅片的方向平行；

第二温度传感器的信号输出端与控制器的输入端连接，散热风扇的输入电压控制端与控制器的输出端连接；