CN105634293A

CN105634293A - 一种二极管钳位型三电平变流器及其功率系统

Info

Publication number: CN105634293A
Application number: CN201610074488.1A
Authority: CN
Inventors: 吕怀明; 季建强
Original assignee: Zhejiang Haide New Energy Co Ltd
Current assignee: Shanghai Haide Control System Co., Ltd.; Zhejiang Haide New Energy Co Ltd
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2016-06-01

Abstract

本发明公开了一种二极管钳位型三电平变流器的功率系统，包括四个IGBT模块、二极管模块以及用于固定四个IGBT模块与二极管模块的固定板；其中：四个IGBT模块与二极管模块设置于固定板的同一侧表面；四个IGBT模块依次排列于第一直线上，其中，每个IGBT模块中的集电极与发射极的设置方向均与第一直线垂直；二极管模块位于第一直线的一侧；二极管模块包括两个阳极以及两个阴极，其中，两个阳极所处的直线与第一直线垂直，两个阴极所处的直线与第一直线垂直。该系统内部器件排列合理，减小功率系统的体积，提高了功率密度，降低了换流回路间杂散电感。

Description

一种二极管钳位型三电平变流器及其功率系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种二极管钳位型三电平变流器及其功率系统。

背景技术

随着近年来海上风力发电技术的迅速发展，发电机组的性能也需要不断提高。变流器作为发电机组中的一个重要组成部分，变流器的性能是否优越直接影响到了发电机组的性能。

现有的变流器的实现方式多采用具有较小的电压变化率du/dt和THD(TotalHarmonicDistortion，总谐波失真)的二极管钳位型三电平变流器，但是该种类型的变流器中的功率系统内部的器件排列不合理，导致功率系统具有体积大、功率密度低以及换流回路间杂散电感高的问题。

因此，如何提供一种内部器件排列合理的二极管钳位型三电平变流器及其功率系统是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种二极管钳位型三电平变流器的功率系统，其内部器件排列合理，减小功率系统的体积，提高了功率密度，同时还降低了换流回路间杂散电感。本发明的另一目的是提供了一种包括上述功率系统的二极管钳位型三电平变流器。

为解决上述技术问题，本发明提供了二极管钳位型三电平变流器的功率系统，包括四个IGBT模块、二极管模块以及用于固定四个所述IGBT模块与所述二极管模块的固定板；其中：

四个所述IGBT模块与所述二极管模块设置于所述固定板的同一侧表面；

四个所述IGBT模块依次排列于第一直线上，其中，每个所述IGBT模块中的集电极与发射极的设置方向均与所述第一直线垂直；

所述二极管模块位于所述第一直线的一侧；所述二极管模块包括两个阳极以及两个阴极，其中，两个所述阳极所处的直线与所述第一直线垂直，两个所述阴极所处的直线与所述第一直线垂直。

优选地，四个所述IGBT模块中的集电极均位于对应的发射极的同一侧。

优选地，所述二极管模块位于第二IGBT模块与第三IGBT模块的垂直平分线上。

优选地，四个所述IGBT模块与所述二极管模块之间的连接关系具体为：

所述二极管模块包括两个二极管，所述二极管模块的第一阴极为第一二极管的阴极，所述二极管模块的第一阳极为所述第一二极管的阳极，所述二极管模块的第二阴极为第二二极管的阴极，所述二极管模块的第二阳极为所述第二二极管的阳极；

第一IGBT模块的集电极与直流侧母线电容组的正极端相连，其公共端作为所述功率系统的正极端；所述第一IGBT模块的发射极与所述第二IGBT模块的集电极相连，其公共端与所述二极管模块的第一阴极相连；

所述第二IGBT模块的发射极与所述第三IGBT模块的集电极相连；

所述第三IGBT模块的发射极与第四IGBT模块的集电极相连，其公共端与所述二极管模块的第二阳极相连；

所述第四IGBT模块的发射极与所述直流侧母线电容组的负极端相连，其公共端作为所述功率系统的负极端；

所述二极管模块的第一阳极与所述二极管模块的第二阴极相连，其公共端与所述直流侧母线电容组的中心端相连。

优选地，该系统还包括：

分别设置于四个所述IGBT模块上、且平行于对应的IGBT模块的集电极的四个驱动装置，用于连接所述功率系统的驱动光纤。

优选地，所述固定板为液冷板。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种二极管钳位型三电平变流器，包括以上任一项所述的功率系统。

本发明提供了一种二极管钳位型三电平变流器的功率系统，包括四个IGBT模块、二极管模块以及用于固定四个IGBT模块与二极管模块的固定板，其中，四个IGBT模块依次排列于同一条直线上，且每个IGBT模块中的发射极与集电极的设置方向均与该直线垂直，二极管模块中的两个阳极所处的直线和两个阴极所处的直线也均与该直线垂直，采用该种结构的功率系统的内部器件排列合理，不仅减小了功率系统的体积，提高了功率密度，同时还降低了换流回路间的杂散电感。本发明还提供了一种包括上述功率系统的二极管钳位型三电平变流器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种二极管钳位型三电平变流器的功率系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种二极管钳位型三电平变流器的功率系统的的内部电路示意图；

其中，图2中：

T1—第一IGBT模块、T2—第二IGBT模块、T3—第三IGBT模块、T4—第四IGBT模块、D1—第一二极管、D2—第二二极管。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种二极管钳位型三电平变流器的功率系统，其内部器件排列合理，减小功率系统的体积，提高了功率密度，同时还降低了换流回路间杂散电感。本发明的另一目的是提供了一种包括上述功率系统的二极管钳位型三电平变流器。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种二极管钳位型三电平变流器的功率系统，参见图1和图2所示，图1为本发明提供的一种二极管钳位型三电平变流器的功率系统的结构示意图；图2为本发明提供的一种二极管钳位型三电平变流器的功率系统的的内部电路示意图。该系统包括四个IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块、二极管模块15以及用于固定四个IGBT模块与二极管模块15的固定板16；其中：

四个IGBT模块与二极管模块15设置于固定板16的同一侧表面；

四个IGBT模块依次排列于第一直线上，其中，每个IGBT模块中的集电极与发射极的设置方向均与第一直线垂直；

二极管模块15位于第一直线的一侧；二极管模块15包括两个阳极以及两个阴极，其中，两个阳极所处的直线与第一直线垂直，两个阴极所处的直线与第一直线垂直。

其中，这里的四个IGBT模块依次排列于第一直线上指的是四个IGBT模块的排列顺序依次为第一IGBT模块11、第二IGBT模块12、第三IGBT模块13、第四IGBT模块14。

可以理解的是，四个IGBT模块依次设置于同一直线上可以减小IGBT模块之间的距离，降低换流回路的杂散电感，且四个IGBT模块以及二极管模块15均位于固定板16的同一侧表面，操作与维护更加方便。

另外，四个IGBT模块中的集电极与发射极的设置方向均与第一直线垂直，能够减小四个IGBT模块之间的距离，减小固定板16的宽度，从而降低功率系统的体积，提高功率密度，同时还降低了杂散电感，提高了四个IGBT模块之间的内部均流效果。

同理可知，二极管模块15中的两个阳极所处的直线以及两个阴极所处的直线均与第一直线垂直，能够减小固定板16的宽度，从而降低功率系统的体积，提高功率密度，同时还降低了杂散电感，提高了二极管模块15之间的内部均流效果。

进一步可知，这里的四个IGBT模块与二极管模块15之间的连接关系具体为：

二极管模块15包括两个二极管，二极管模块15的第一阴极为第一二极管的阴极，二极管模块15的第一阳极为第一二极管的阳极，二极管模块15的第二阴极为第二二极管的阴极，二极管模块15的第二阳极为第二二极管的阳极；

第一IGBT模块11的集电极与直流侧母线电容组的正极端相连，其公共端作为功率系统的正极端；第一IGBT模块11的发射极与第二IGBT模块12的集电极相连，其公共端与二极管模块15的第一阴极相连；

第二IGBT模块12的发射极与第三IGBT模块13的集电极相连；

第三IGBT模块13的发射极与第四IGBT模块14的集电极相连，其公共端与二极管模块15的第二阳极相连；

第四IGBT模块14的发射极与直流侧母线电容组的负极端相连，其公共端作为功率系统的负极端；

二极管模块15的第一阳极与二极管模块15的第二阴极相连，其公共端与直流侧母线电容组的中心端相连。

作为优选地，四个IGBT模块中的集电极均位于对应的发射极的同一侧，二极管模块15中的两个阴极也均位于对应的阳极的同一侧。

可以理解的是，由于四个IGBT模块为串联连接，故四个IGBT模块的集电极均位于对应的发射极的同一侧的话更便于进行连接。

进一步可知，这里的位于同一侧可以是四个IGBT模块中的集电极均位于对应的发射极的上方，另外，二极管模块15中的两个阴极也均位于对应的阳极的上方；当然，本发明对此不作特别限定。

可以理解的是，这里的上方指的是当固定板16处于竖直方向且第一IGBT模块11处于第二IGBT模块12的上方时，每个IGBT模块的集电极位于对应的发射极的上方。

作为优选地，这里的二极管模块15位于第二IGBT模块12与第三IGBT模块13的垂直平分线上。

可以理解的是，与IGCT(IntegratedGateCommutatedThyristors，集成门极换流晶闸管)或IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor，增强注入栅晶体管)等压接式半导体器件相比，IGBT不仅成本低，且不采用压接式连接，工艺要求低，且工艺成熟。

另外，这里的第一IGBT模块11的集电极还与直流侧母线铜排的正极相连；第四IGBT模块14的发射极与直流侧母线铜排的负极相连。

其中，这里的直流侧母线电容组包括两个直流侧母线电容：

第一直流侧母线电容的第一端作为直流侧母线电容组的正极端；第一直流侧母线电容的第二端与第二直流侧母线电容的第一端相连，其公共端作为直流侧母线电容组的中心端；

第二直流侧母线电容的第二端作为直流侧母线电容组的负极端。

作为优选地，该系统还包括：

分别设置于四个IGBT模块上、且平行于对应的IGBT模块的集电极的四个驱动装置，用于连接功率系统的驱动光纤。

可以理解的是，这里的驱动装置的连接端可与二极管模块15位于第一直线的不同侧，从而便于驱动装置连接外部的驱动光纤，避免影响固定板16内部设置的电路线路，且容易进行操作和维护。当然，以上仅为优选方案，本发明对此不作过多限定。

其中，这里的固定板16为液冷板。当然，本发明对此不作过多限定。

本发明还提供了一种二极管钳位型三电平变流器，该变流器包括以上功率系统。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种二极管钳位型三电平变流器的功率系统，其特征在于，包括四个IGBT模块、二极管模块以及用于固定四个所述IGBT模块与所述二极管模块的固定板；其中：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，四个所述IGBT模块中的集电极均位于对应的发射极的同一侧。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述二极管模块位于第二IGBT模块与第三IGBT模块的垂直平分线上。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，四个所述IGBT模块与所述二极管模块之间的连接关系具体为：

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定板为液冷板。

7.一种二极管钳位型三电平变流器，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的功率系统。