10kV 系統中，每個功率單元（子模塊）的 IGBT 耐壓需≥1.7kV（考慮 2 倍裕量，實際選用 3.3kV 等級模塊），通過 “18 個功率單元串聯”（每相 6 個）實現 10kV 高壓輸出（單個單元輸出電壓≈577V，18 個串聯總電壓≈10kV）。
模塊需通過反向耐壓測試（施加 4.5kV 反向電壓 1min 無擊穿），抵御電網暫態過電壓（如雷擊產生的 2 倍額定電壓沖擊）。
額定電流選擇：根據裝置額定無功容量（如 10Mvar）計算相電流（I = Q/(√3×U) ≈ 577A），IGBT 模塊額定電流需≥1.2 倍相電流（選用 650A 等級模塊），并滿足浪涌電流耐受能力（10ms 內承受 3 倍額定電流，即 1950A）。
封裝形式：采用壓接式封裝（而非焊接式），通過壓力接觸降低導通電阻（≤1.5mΩ@650A），提升散熱效率（熱阻≤0.05℃/W），適應高頻開關下的溫升需求。
裝置通過 IGBT 的 PWM（脈沖寬度調制）控制輸出電流的相位與幅值：開關頻率越高（通常 10~20kHz），電流波形越接近正弦波（THD≤3%），且調節步長越小（如 20kHz 開關頻率下，每 50μs 可更新一次輸出電流指令）。
10kHz 開關頻率下，IGBT 從 “關斷” 到 “導通” 的切換時間（t_on）需≤500ns，從 “導通” 到 “關斷” 的切換時間（t_off）需≤700ns，確保在 100μs 內完成一次無功指令的執行（從接收指令到輸出電流達到目標值）。
采用隔離式柵極驅動器（如 2SC0435T），通過磁隔離（隔離電壓≥5kV）實現低壓控制信號（15V）與高壓側 IGBT 的安全耦合，避免共模干擾導致的誤觸發。
柵極電阻動態調節：導通時選用小電阻（5Ω）加速開通（減小 t_on），關斷時選用大電阻（15Ω）抑制電壓尖峰（dv/dt≤500V/μs），平衡開關速度與電磁兼容性。
導通損耗：由模塊飽和壓降（V_CE (sat)）決定，選用低飽和壓降模塊（V_CE (sat)≤1.8V@650A），使導通損耗（P_con = I×V_CE×D，D 為導通占空比）降低 20%。
開關損耗：通過優化柵極電壓（開通時 + 15V，關斷時 - 10V），將開關損耗（E_on≈50mJ，E_off≈80mJ@10kHz）控制在總損耗的 40% 以內；同時采用 “軟開關技術”（如諧振式 PWM），在 IGBT 關斷前通過諧振使電流降至零，進一步降低關斷損耗。
模塊安裝在水冷散熱板上（流道設計為蛇形，流量≥2L/min），通過 “溫差控制”（散熱板與模塊結溫差≤30℃）確保結溫≤125℃；水冷系統與 IGBT 結溫傳感器（NTC）聯動，當結溫＞110℃時自動提升水流速（最高 3L/min）。
極端工況（如夏季環境溫度 40℃）下，通過 “降額運行”（開關頻率從 20kHz 降至 15kHz）降低損耗，避免模塊過熱觸發保護停機。
電氣參數監測：通過柵極驅動器實時采集 IGBT 的集電極 - 發射極電壓（V_CE）、柵極電壓（V_GE），當 V_CE 在導通時＞2.5V（正常≤1.8V），判定為模塊老化；V_GE 偏離 - 10V±0.5V 時，預警柵極驅動故障。
溫度監測：模塊內部集成光纖溫度傳感器（精度 ±1℃），采樣頻率 1kHz，當結溫＞120℃時觸發一級告警（降額運行），＞125℃時觸發二級告警（緊急停機）。
硬件保護：當檢測到 IGBT 短路（短路電流＞4 倍額定電流）時，快速熔斷器（響應時間≤5μs）熔斷隔離故障模塊，同時驅動板立即施加 - 15V 關斷電壓，避免模塊雪崩擊穿。
冗余設計：每相功率單元預留 “1 個備用單元”，當檢測到某單元 IGBT 故障時，通過旁路開關（晶閘管）將故障單元短接，備用單元在 10ms 內投入運行，確保裝置仍能輸出 95% 額定容量（僅損失單個單元的 5.5% 容量）。
