CN102723878B - 一种大功率太阳能三相并网逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能发电领域，特别是一种大功率太阳能三相并网逆变器。本发明是通过以下技术方案得以实现的：大功率太阳能三相并网逆变器，包括机箱、电气柜、工作变压器、正极铜排、负极铜排、接触器一、电流传感器一、逆变模块、电抗器、三相电容、电流传感器二、滤波器、接触器二、断路器，所述逆变模块包括至少一组功率模块组，所述功率模块组包括每个都用于实现一个相位变流的三个功率模块，每个功率模块都具有单独的叠层母排。此种逆变器所需的散热风机功率较低，且具有较好的散热效果。

Description

一种大功率太阳能三相并网逆变器

技术领域

本发明涉及太阳能发电领域，特别是一种大功率太阳能三相并网逆变器。

背景技术

现有技术中的逆变设备，如一台500kw的太阳能三相并网逆变器，一般包括两个250kw的功率模块，每个功率模块都包含安装有3个相位功率开关器件的叠层母排和散热器，由3个相位开关损耗引起的热量通过同一个散热器和同一个风冷风道散热，热量的过于集中和风道形成过长导致每个功率模块组的散热效率低、效果差，为了使功率开关器件能够工作在较合理的温度区间内，现有技术往往采用大功率的散热风机来弥补由于散热效率低下而带来的工作温度升高。

又如中国专利号为200710029765.8的发明专利所公开的风冷大功率逆变器功率柜，包括柜体和安装在柜体内腔的功率单元，柜体的相对两侧设有进风门，柜体的顶部设有抽风机;功率单元在柜体的内腔呈点状分布或条状分布，使功率单元之间形成间隙，这些间隙及功率单元的散热风道在柜体的内腔形成风道，抽风机的吸风口正对风道。

又如中国专利号为200910075267.6的发明专利所公开的变频器功率模块，包括基板，基板后部固定有热管散热器，热管散热器的底部设置有吹风机，顶部设置有引风管道，引风管道内设置有抽风机；其在运行过程中，功率器件发出的热量通过基板传导到热管散热器上，在热管散热器底部吹风机的作用下，热量散发到引风管道里，之后在引风管道内抽风机的作用下，热量被迅速抽到变频器柜体外部。

上述两个专利所公开的功率柜一般也是由多个功率模块层叠构成，每个功率模块都实现A、B、C三个相位的变流，且包含用于实现3个相位变流的若干个功率开关器件、1块叠层母排、1块散热器和若干电容，在这种系统中，ABC三个相位的变流将通过同一块叠层母排输出，变流产生的热损耗将通过同一块散热器散发，因此，整个功率模块采用同一个风道和同一块散热器散热，因此，此种风冷形式风程一般为纵向且较长，且需采用功率较大的抽风机，从而能耗较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种大功率太阳能三相并网逆变器，此种逆变器所需的散热风机功率较低，且具有较好的散热效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：大功率太阳能三相并网逆变器，包括机箱、电气柜、工作变压器、正极铜排、负极铜排、与正极铜排连接的接触器一、检测接触器一出线端电流的电流传感器一、与接触器一及负极铜排都连接的逆变模块、与逆变模块连接的电抗器、与电抗器并联的三相电容、检测电抗器与三相电容输出端电流的电流传感器二、与电抗器输出端连接的滤波器、与滤波器连接的接触器二、与接触器二连接的断路器，所述逆变模块包括至少一组功率模块组，所述功率模块组包括每个都用于实现一个相位变流的三个功率模块，每个功率模块都具有单独的叠层母排。

此种三相并网逆变器的功率模块组的三个功率模块都具有独立的叠层母排，因此，每个功率模块都可以具有独立的散热器；现有技术中，由于三个相位的大功率开关器件都集中于一个块叠层母排上通过同一个散热器散热，热量的过于集中和由于散热器面积巨大而导致的风道形成过长使得每个功率模块组的散热效率低、效果差，因此，需要采用较高功率的散热风机；本发明由于三个功率模块相互独立设置，每个风道的散热功率和风程都大大的减小，所以采用较小功率的风机就能得到较好的散热效果。

作为本发明的优选，每个功率模块都包括位于对应叠层母排上部的IGBT组件、位于叠层母排下部的电容组件。

在纵向位置上，现有技术中电容组件一般都设置于机箱上部，由于热量都会向外辐射，特别是向上辐射，因此，特别是下方的IGBT组件也会对电容组件有较大的热辐射影响，因此，现有技术中的电容组件散热较差；本发明由于每个功率模块都为独立设置，因此不同相位的功率模块之间的散热影响较小，且由于电容组件与IGBT组件的上述分布形式，使得电容组件受IGBT组件热辐射的影响更小。

作为本发明的优选，所述每个功率模块的IGBT组件与电容组件都位于对应叠层母排的同一侧。

本发明的上述设置，则有利于使功率模块组的体积更为紧凑，有利于减小功率模块组的体积。

作为本发明的优选，所述功率模块横向并排分布；每个功率模块都还包括用于对IGBT组件散热的散热器；每个功率模块组的其中一对相邻功率模块的散热器相向分布。

上述设置，使得散热器相向分布的两个相邻功率模块可以同时使用一组风机进行散热，两个相向的散热器正好形成一个用于风冷的风道；在变流功率需要两组功率模块组的时候，虽然本发明需要三组风机进行散热，而现有技术虽只需要两组风机，但由于现有技术中一组风机同时需要对三个功率模块同时散热，所以其所需散热总量约是本发明的150%，同时由于现有技术中所采用的叠层母排面积约是本发明的3倍，所以现有技术风冷的行程是本发明的2倍左右；因此，相比现有技术，本发明具有更高的散热效率，同时所需的风扇功率较小，散热能耗更低，同时，相比现有技术，本发明更有利于降低IGBT组件的工作温度；在现有技术中，功率模块呈较扁的长方体形状，体积为本发明中使用模块的3-4倍，所以在安装时很难综合考虑机箱内部横向、纵向和深度方向的空间利用率，本发明中的功率模块因为体积较小，所以较为灵活，因此，本发明的空间利用率更高，设备体积和占地面积则更小；在现有技术中，为了满足散热的需要，设备往往会采用较大功率的散热风机和较宽的风道，而机箱内部的空间又不是很宽裕，所以这些风机往往被安装于机箱外部，本发明中功率模块的风道和散热风机都可以安装于机箱内部，所以本发明中设备具有更规则的外形和更低的风噪；其次，本发明这种小型模块化的设计也使得本发明更便于拆装及维修、维护。

作为本发明的优选，每个功率模块都还包括与散热器固定连接的模块支架,所述IGBT组件固定于散热器。

上述设置，使得IGBT组件、散热器的重量都由模块支架承担；IGBT组件的重量并不是由叠层母排承担，从而减少叠层母排的负重，在长期使用中，避免叠层母排的形变，从而提高叠层母排的使用寿命。

作为本发明的优选，每个功率模块都还包括固定于模块支架下部的且用于固定连接电容组件的电容支架。

上述设置，使得电容组件的重量通过电容支架转嫁到模块支架上，而不是由叠层母排承担，从而进一步减少叠层母排的负重，在长期使用中，进一步避免叠层母排的形变，从而提高叠层母排的使用寿命。

作为本发明的优选，所述叠层母排的电极接触都位于叠层母排的下端。

本发明中，每个功率模块都具有独立的输出端；现有技术中的功率模块组由于只具有一个叠层母排，因此，出线相对集中，软硬铜排的布线难度也更大；本发明叠层母排的电极接触都位于叠层母排的下端，且叠层母排出线位置和电抗器进线位置在纵深方向都位于同一平面，因此可以直接将相位输出接入电抗器，从而在降低布线难度的同时减少了接线铜排的使用，节省了成本。

综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明体积小、散热效率较高并便于单面维修、维护及拆装，空间利用率高，且具有良好的散热效果；另外，由于散热风机功率小且可以安装于机箱内部，所以，本设备的噪音也较小；本发明具有较好的散热效果，从而有利于降低IGBT组件的工作温度，进而有利于提高逆变效率。

附图说明

图1是实施例正视图，为显示内部器件，机箱正面的箱门未示出；

图2是实施例后视图，为显示内部器件，机箱背面的箱门未示出；

图3是实施例单个功率模块结构轴视图；

图4是散热器相向分布的两个相邻功率模块的分布示意图，为更清楚地示出此两个相邻功率模块的结构，图中只示出功率模块的内部器件。

    图中，101、机箱，5、逆变模块，12、负极铜排，2、接触器一，11、正极铜排，41、电流传感器一，6、电抗器，3、三相电容，42、电流传感器二，7、滤波器，8、接触器二，9、断路器，103、输出铜排，1011、左室，1012、右室，1013、隔板，102、电气柜，10、工作变压器，51、模块支架，514、散热器，52、电容支架，512、IGBT组件，513、电容组件，511、叠层母排，515、盖板，5111、电极接触，1041、风冷风道，104、散热风机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例：一种变流功率为500kw的太阳能三相并网逆变器，如图1-2所示，包括机箱101、设于机箱101内的逆变模块5；逆变模块5包括两个都可以实现三相逆变的功率模块组，每个功率模块组可以实现250kw的逆变功率;每个功率模块组包括三个分别可以实现一个相位逆变的功率模块。

两个功率模块组的负极输入端直接连接有负极铜排12；两个功率模块组的正极输入端都分别连接有接触器一2，两个接触器一2分别连接有正极铜排11；且每个接触器一2的输出端还设有用于检测该端电流的电流传感器一41；每个功率模块组的三个相位输出都连接至相应的电抗器6，电抗器6还并联有三相电容3，电抗器6与三相电容3的输出端还设有用于检测该端电流的电流传感器二42，电抗器6与三相电容3的输出端连接有滤波器7，滤波器7连接有接触器二8，接触器二8连接有断路器9，断路器9连接输出铜排103。

机箱101在横向分布上具有左室1011与右室1012；逆变模块5位于左室1011上部，电抗器6位于左室1011下部，且左室1011在电抗器6的一侧设有隔板1013，两个接触器一2左右并排设置于隔板1013上，且三相电容3设于两个接触器一2之间；右室1012的上部还设有电气柜102，电气柜102的下方为滤波器7及接触器二8，右室1012的下部还设工作变压器10。

如图3所示，每个功率模块都包括模块支架51、固定于模块支架51上的散热器514、固定于模块支架51下部的电容支架52、固定于散热器514的IGBT组件512、固定于电容支架52的电容组件513、连接IGBT组件512与电容组件513的叠层母排511、固定于模块支架51的盖板515；IGBT组件512位于电容组件513上方，且IGBT组件512与电容组件513都位于对应叠层母排511的同一侧；散热器514用于对IGBT组件512进行散热；叠层母排511的电极接触5111都位于叠层母排511的下端，电极接触5111为正负输入接触及相位输出接触。

参见图1、2和图4，功率模块横向并排分布；其中具有三对散热器514相向分布的相邻功率模块，每对相向分布的散热器514之间形成风冷风道1041，针对每一个风冷风道1041设有一组位于该对散热器514侧边的散热风机104。

Claims (4)

1.一种大功率太阳能三相并网逆变器，包括机箱（101）、电气柜（102）、工作变压器（10）、正极铜排（11）、负极铜排（12）、与正极铜排（11）连接的接触器一（2）、检测接触器一（2）出线端电流的电流传感器一（41）、与接触器一（2）及负极铜排（12）都连接的逆变模块（5）、与逆变模块（5）连接的电抗器（6）、与电抗器（6）并联的三相电容（3）、检测电抗器（6）与三相电容（3）输出端电流的电流传感器二（42）、与电抗器（6）输出端连接的滤波器（7）、与滤波器（7）连接的接触器二（8）、与接触器二（8）连接的断路器（9），其特征在于，所述逆变模块（5）包括至少一组功率模块组，所述功率模块组包括每个都用于实现一个相位变流的三个功率模块，每个功率模块都具有单独的叠层母排（511）;

每个功率模块都包括位于对应叠层母排（511）上部的IGBT组件（512）、位于叠层母排（511）下部的电容组件（513）;

所述每个功率模块的IGBT组件（512）与电容组件（513）都位于对应叠层母排（511）的同一侧;

所述功率模块横向并排分布；每个功率模块都还包括用于对IGBT组件散热的散热器（514）；每个功率模块组的其中一对相邻功率模块的散热器（514）相向分布；

每对相向分布的散热器（514）之间形成风冷风道（1041），针对每一个风冷风道（1041）设有一组位于该对散热器（514）侧边的散热风机（104）。

2.根据权利要求1所述的一种大功率太阳能三相并网逆变器，其特征在于，每个功率模块都还包括与散热器（514）固定连接的模块支架（51）,所述IGBT组件（512）固定于散热器（514）。

3.根据权利要求2所述的一种大功率太阳能三相并网逆变器，其特征在于，每个功率模块都还包括固定于模块支架（51）下部的且用于固定连接电容组件（513）的电容支架（52）。

4.根据权利要求1所述的一种大功率太阳能三相并网逆变器，其特征在于，所述叠层母排（511）的电极接触（5111）都位于叠层母排（511）的下端。