CN109451778A - 电力变换装置以及风力发电系统 - Google Patents

电力变换装置以及风力发电系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109451778A
CN109451778A CN201680087255.3A CN201680087255A CN109451778A CN 109451778 A CN109451778 A CN 109451778A CN 201680087255 A CN201680087255 A CN 201680087255A CN 109451778 A CN109451778 A CN 109451778A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
packaging container
converting device
power converter
insulating oil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201680087255.3A
Other languages
English (en)
Inventor
小南勉
后藤研吾
森田裕
菊池辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of CN109451778A publication Critical patent/CN109451778A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

在电力变换器中为了确保不同的电位间的绝缘距离以及沿面距离而使用了空气绝缘的现有技术中，随着输入电压以及输出电压被高压化而招致电力变换器的大型化。另外，在为了实现电力变换器小型化而从空气绝缘变为油绝缘的情况下，存在难以进行构件更换这样的课题。将构成电力变换器的各构件(用于连接半导体元件、平滑电容器、半导体元件的驱动电路以及各构件的布线或者金属导体板)进行分割，且收纳于填充有绝缘油的多个单独箱，连接各单独箱而构成的电力变换器收纳于填充有绝缘油的框体箱，从而实现电力变换器的小型化。通过分割成多个单独箱，从而提高构件更换的作业性。

Description

电力变换装置以及风力发电系统
技术领域
本发明涉及电力变换装置以及风力发电系统，特别涉及主电路结构(半导体元件、母线、冷却器、电容器等)或者适合于绝缘的电力变换装置以及风力发电系统。
背景技术
近年来，为了可变速地控电动机，或者为了得到一定频率的电力，多使用电力变换器。在该电力变换器中，为了变换效率、送电损耗降低，要求增高发电机输出、送电电压。
例如，根据可再生能量的比率提高的观点，利用了太阳光、风力等自然能量的发电受到关注，特别是在风力发电中，为了将电力变换器设置于风车塔架内或者导流罩(nacelle)内，要求电力变换器的小型、轻量化。另一方面，为了降低风车塔架设置数，风车单体的发电容量有增大趋势，为了变换效率、送电损耗降低，要求提高发电机输出、增高送电电压。
在这样增高发电机输出、送电电压的情况下，为了确保不同的电位间的绝缘距离、沿面距离而设置空隙，所以招致电力变换器的大型化。为了实现电力变换器的小型化，采用油来使不同的电位间绝缘的电力变换器记载于日本特开2012-235904号公报中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-235904号公报
发明内容
在电力变换器中，在为了确保不同的电位间的绝缘距离以及沿面距离而使用了空气绝缘的情况下，随着输入电压以及输出电压被高压化而招致电力变换器的大型化，所以在为了实现电力变换器小型化而从空气绝缘变为油绝缘的情况下，例如在进行构件更换时，需要去掉一下绝缘油，在残留有绝缘油的状态下进行与布线相关的作业等，产生难以进行构件更换这样的问题。
本发明的目的在于提供能够通过使用油绝缘而实现电力变换装置的小型化，并提高被油绝缘的电力变换装置中的构件的更换作业性的电力变换装置以及风力发电系统。
为了达到上述目的，在本发明中，提供一种电力变换装置，包括多个半导体元件和电容器，将所述多个半导体元件和电容器中的一部分的结构构件收纳于预定的收纳体，将所述多个半导体元件和电容器中的另一部分的结构构件收纳于其它收纳体，所述预定的收纳体经由连接布线而与其它结构构件连接，所述其它收纳体经由连接布线而与其它结构构件连接，所述预定的收纳体被绝缘油充满，所述其它收纳体被绝缘油充满，所述预定的收纳体与所述其它收纳体由绝缘油绝缘，所述预定的收纳体和所述其它收纳体中的至少一方构成为能够在充满所述绝缘油的状态下装卸。
更具体而言，在包括叶片、导流罩、塔架、发电机以及基座的风力发电设备中，在该风力发电设备内具有用于将发电机输出连接于体系的电力变换器，利用绝缘油进行存在于该变换器内的不同的电位间的绝缘，针对构成电力变换器的半导体元件、电容器、用于驱动半导体元件的驱动电路等各结构构件的每个结构构件而收纳于箱，从该箱引出用于将该箱彼此进行连接的布线或者金属板，该箱内部被绝缘油充满，将连接该箱彼此而构成的电力变换器收纳于框体，做成该金属框体内部被绝缘油充满的结构。
根据本发明，能够实现电力变换器的小型、轻量化，且能够提高构件更换等维护作业性。
附图说明
图1是本发明中的整体系统的结构例。
图2是示出本发明中的电力变换器的结构的图。
图3是本发明中的电力变换器的结构例。
图4是本发明的实施例中的电力变换器的结构。
图5是本发明的实施例中的金属导体板的结构。
图6是本发明的实施例中的金属导体板的结构。
图7是本发明中的电力变换器的结构例。
图8是本发明的实施例中的电路结构。
图9是本发明的实施例中的动作。
图10是本发明的实施例中的动作。
图11是本发明的实施例中的外观。
附图标记说明
101：风车塔架；102：在风车塔架内划分阶层的地板至顶棚；103：电力变换器；103a、103b、103c、103d：收纳有构成电力变换器的构件的单独箱；104、104a、104b：收纳单独箱的框体箱；105a、105b：布线；106：绝缘油；107：托盘；201：从单独箱引出的布线或者金属导体板；202：布线或者金属导体板的连接部；203：绝缘油；204：将单独箱与框体箱进行连接的布线或者金属导体板；301a：金属导体板的长边；301b：金属导体板的短边；401：抬起单独箱的机构；402：框体箱顶棚部的开口机构；403：布线的剩余部位；501：油罐；502：配管；503a、503b：配管；504：冷却器；A100：叶片；A101：导流罩；A102：塔架；A103：发电机；A104：基座；A701a、A701b、A701c：收纳有构成电力变换器的相的要素的元件箱；A202：收纳有直流平滑用电容器的单独箱；A204：三相量的半导体开关元件以及栅极驱动器电路；A205a1、A205a2、A205a3、A205b1、A205b2、A205b3：布线或者金属导体板；A300：二极管；A301：IGBT；A302：栅极驱动器电路；A303：直流平滑用电容器；A400：直流电压部(正极)；A401：直流电压部(负极)
具体实施方式
以下，使用附图，说明用于实施本发明的方式。
实施例1
以下，说明应用于风力发电系统的例子。图1示出将电力变换器(还称为电力变换装置)搭载于风力发电设备的示意图。风力发电设备主要由基座(A104)、塔架(A102)、导流罩(A101)以及叶片(A100)构成，通过叶片(A100)的旋转使搭载于导流罩(A101)内的发电机(A103)发电。在图1中，叶片(A100)的旋转轴与发电机(A103)直接连结，但在增速机、齿轮搭载于旋转轴的情况下也相同。在发电机(A103)发电的过程中，叶片(A100)的旋转从属于风力而转速发生变动，所以关于供给到发电机(A103)的励磁中所施加的电压或者从发电机(A103)输出的输出电压，利用搭载于塔架(A102)内部或者导流罩(A101)的电力变换器(总称为104a至104b；104)的电力变换，以将供给到体系的频率保持为恒定的方式控制。
图2示出风力发电设备中的电力变换器(104)的结构。框体箱(104)内设置于地板面(102)与顶棚面(102)之间(将框体箱、以下所示的单独箱、元件箱总称为收纳箱或者收纳体。)。电力变换器(103)设置于收纳该电力变换器的框体箱(104)内，该框体箱填充有绝缘油(106)。与发电机(A103)连接的布线(105a)、以及在该例中与体系连接的布线(105b)(将布线(105a)和布线(105b)总称为布线(105)。以下在其它附图标记中也同样地使用)在该框体箱(104)内与电力变换器(103)连接。由此，布线端部以及电力变换器的输入输出端子由绝缘油绝缘，与利用绝缘子以及空气来确保绝缘、沿面距离的情况相比，能够使电力变换器小型化。在图1中，向电力变换器(103)的输入输出布线(105a、105b)用3相交流记载，但在3相4线、单相或者直流的形式下都能够做成该结构。
框体箱(104)设置于托盘(107)之上，以避免来自该框体箱的绝缘油泄漏对其它仪器造成影响。
图3示出电力变换器(103)的结构例。电力变换器由用于使半导体元件、平滑电容器、半导体元件进行动作的驱动电路、用于连接各构件的布线或者金属导体板、以及未图示的各种传感器、保护器等构成。将各结构构件针对任意的每个构件而收纳于单独箱(103a、103b、103c、103d)(分别在电路上作为A204、A202发挥功能)，使绝缘油(203)填充于该单独箱内部。从该单独箱引出用于将各单独箱彼此进行连接的布线或者金属导体板(201)(在电路上作为A400发挥功能)，在绝缘油(106)之中进行连接。通过将这些构件设置于被绝缘油(106)填充的框体箱(104)内，从而实现电力变换器的小型化。此外，绝缘油也可以鉴于收纳于单独箱以及框体箱内部的构件的特性，使用不同的种类的绝缘油。
来自发电机(A103)的电力经由布线(105a1、105a2、105a3)供给到转换器(103a)(A204)，变换为直流。变换为直流后的电力经由布线(202)以及布线(201)被平滑电容器(103b)(A202)以及平滑电容器(103c)(A202)平滑。被平滑的电力经由金属导体板(202)以及金属导体板(201)供给到逆变器(103d)(A204)，变换为任意的频率的交流。变换为交流后的电力经由布线(105b1、105b2、105b3)供给到体系。
关于收纳于单独箱的构件，考虑将逆变器(103d)以及转换器(103a)进一步分为不同的箱，或者将平滑电容器(103b)和平滑电容器(103c)收纳于相同的箱等，未必需要形成为如图3所示的4分割。此外，关于在电力变换器之中与框体电位相等的部位，考虑经由布线或者金属导体板(204)连接于框体箱的结构。
图4示出本发明的电力变换器的立体图。在本图中，使各单独箱横向排列地配置，但鉴于电力变换器的设置场所，能够进行任意的配置。具有在框体箱顶棚部开口的机构(402)。另外，设置于向框体箱(104)外抬起的机构(401)。
图5以及图6示出从收纳有构成电力变换器的各构件的每个构件的单独箱(103a～d)(A202、A204)引出的金属导体板(201)的结构例。金属导体板做成具有长边(301a)以及短边(301b)的结构，以使长边(301a)与水平方向垂直的方式从单独箱(103a、103d)引出。由此，能够防止残留于绝缘油的气泡积存于金属导体板周边，防止绝缘性能下降。此外，在图5以及图6中，记载有1个金属导体板，但在引出多个的情况下也最好做成同样的结构。
图7示出单独箱(103a、103d)的结构例。单独箱(103a、103d)由包括半导体元件和用于使半导体元件进行动作的驱动电路的元件箱(701a、701b、701c)构成。将各结构构件(或者使构件复合化)单元化针对任意的每个构件而收纳于元件箱(701a、701b、701c)，使绝缘油(603)填充于元件箱内部。从该元件箱引出用于将各箱彼此进行连接的布线或者金属导体板(201)以及金属导体板(202)，在绝缘油(106)之中进行连接。通过将这些构件设置成由绝缘油(603)填充，从而实现电力变换器的小型化。
绝缘油也可以鉴于收纳于单独箱以及元件箱内部的构件的特性，使用不同的种类的绝缘油。关于收纳于元件箱的构件，例如考虑3相电力变换器的1相量至3相量的每个相量、寿命不同的每个构件等，未必需要形成为如图7所示的3分割。此外，关于在电力变换器之中与框体电位相等的部位，考虑经由布线或者金属导体板(204)连接于框体箱的结构。
单独箱(103b、103c)(A202)收纳有图8所示的直流平滑用电容器(A303)。在单独箱(103b、103c)中，与元件箱(701a、701b、701c)同样地，关于电容器，用于将各箱彼此进行连接的布线或者金属导体板(201)被引出，在绝缘油(106)之中进行连接。
在此，布线(A400、A401)在与其它元件箱连接的情况下作为金属导体板(201、202)的一部分而构成。布线(A205a1～a3)(A205b1～b3)在与发电机或者体系连接的情况下作为布线(105)的一部分而构成。
从构成电力变换器的各构件的每个构件引出的金属导体板(201、202)的结构与图5以及图6所示的例子相同。金属导体板做成具有长边(301a)以及短边(301b)的结构，以使长边(301a)与水平方向垂直的方式从单独箱(103d)引出。
图8示出元件箱(701a、701b、701c)的电力变换电路图。此外，在本实施例中，做成2电平的三相电力变换器，但包含3电平的另一个方式的电力变换器也相同。在本实施例中，各元件箱(701a、701b、701c)收纳有构成相的IGBT(A301)、二极管(A300)以及栅极驱动器电路(A302)。在此，直流电路部(A400、A401)、成为各相的输出的布线(A205a1、A205a2、A205a3)、栅极驱动器电路(A302)以及半导体开关元件(A300、A301)各自的电位不同。因此，各单独箱内由绝缘油绝缘。
在元件箱(701a、701b、701c)中，在成为共同的直流电压部(正极)(A400)与直流电压部(负极)(A401)之间，串联地连接半导体开关元件(A300、A301)。串联的半导体开关元件(A300、A301)的连接点分别作为布线(A205a1、A205a2、A205a3)而构成。
鉴于应用的电压电平、构件的更换周期、单独箱的大小，考虑多个分割方法。即，考虑不是如上所述单独地收纳各相而是将三相量的电路收纳于共同的箱的方式、单独地收纳包括直流平滑用电容器的三相电力变换器的方式。
元件箱(701a、701b、701c)构成为相对于单独箱(103b、103c)(A202)能够装卸，构成为当将元件箱(701a、701b、701c)例如向上方提起时，金属导体板(201)与金属导体板(202)的结合能够简单地脱离而分离。
图9以及图10示出与构件更换方法有关的实施例。在图9中，具有在框体箱顶棚部开口的机构(402)。在图10中，将收纳有构成电力变换器的各构件的每个构件的单独箱(103a、103b、103c、103d)设置于向框体箱(104)外抬起的机构(401)。通过向该开口部抬起单独箱，从而易于更换构件。此外，为了防止在抬起单独箱时，与发电机或者体系连接的布线(105a、105b)被拉伸，最好具有富余(403)。也可以将元件箱(701a、701b、701c)做成同样的结构。
图11示出从上方观察电力变换器时的图。用配管(502)连接的油罐(501)以及用配管(503a、503b)连接的冷却器(504)设置于收纳有电力变换器的框体箱(104)。在此，油罐(501)在构件更换时等作为绝缘油的缓冲器发挥功能。由此，不需要抬起单独箱的机构，或者能够降低抬起的高度。
接下来，冷却器(504)用于冷却在框体箱(104)内部产生的热，绝缘油经由配管(503a、504b)在框体箱(104)内部与冷却器(504)之间循环。也可以将元件箱(701a、701b、701c)做成同样的结构。此外，在图11中，记载为冷却器(504)在框体箱(104)的附近，但也可以配置于离开很远的场所。

Claims (8)

1.一种电力变换装置，包括多个半导体元件和电容器，所述电力变换装置的特征在于，
将所述多个半导体元件和电容器中的一部分的结构构件收纳于预定的收纳体，将所述多个半导体元件和电容器中的另一部分的结构构件收纳于其它收纳体，所述预定的收纳体经由连接布线而与其它结构构件连接，所述其它收纳体经由连接布线而与其它结构构件连接，所述预定的收纳体被绝缘油充满，所述其它收纳体被绝缘油充满，所述预定的收纳体与所述其它收纳体由绝缘油绝缘，所述预定的收纳体和所述其它收纳体中的至少一方构成为能够在充满所述绝缘油的状态下装卸。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
从所述收纳体引出的金属导体板由具有长片和短片的四棱柱构成，以使该金属导体板的长片与水平面垂直的方式从该单独箱内部引出。
3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述电力变换装置具有进行升降的机构，至少一部分的结构构件能够经由所述收纳体的开口进行升降。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述电力变换装置具有将填充于所述收纳体的绝缘油从经由配管连接的油罐取出或者装入到该油罐的机构。
5.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述电力变换装置具有使所述绝缘油循环到经由配管而与所述收纳体连接的冷却器的机构。
6.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述收纳体的材质为金属，结构构件中的、成为所述收纳体的电位的部位与所述收纳体利用布线或者金属导体板连接。
7.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
将所述收纳体设置于覆盖下部整体的托盘之上。
8.一种风力发电系统，包括叶片、导流罩、塔架、发电机以及基座，所述风力发电系统的特征在于，
在该风力发电设备内具有用于将发电机输出连接于体系的电力变换装置，所述电力变换装置包括多个半导体元件和电容器，将所述多个半导体元件和电容器中的一部分的结构构件收纳于预定的收纳体，将所述多个半导体元件和电容器中的另一部分的结构构件收纳于其它收纳体，所述预定的收纳体经由连接布线而与其它结构构件连接，所述其它收纳体经由连接布线而与其它结构构件连接，所述预定的收纳体被绝缘油充满，所述其它收纳体被绝缘油充满，所述预定的收纳体与所述其它收纳体由绝缘油绝缘，所述预定的收纳体和所述其它收纳体中的至少一方构成为能够在充满所述绝缘油的状态下装卸。
CN201680087255.3A 2016-07-08 2016-07-08 电力变换装置以及风力发电系统 Pending CN109451778A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/070206 WO2018008137A1 (ja) 2016-07-08 2016-07-08 電力変換装置及び風力発電システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109451778A true CN109451778A (zh) 2019-03-08

Family

ID=60912537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680087255.3A Pending CN109451778A (zh) 2016-07-08 2016-07-08 电力变换装置以及风力发电系统

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPWO2018008137A1 (zh)
CN (1) CN109451778A (zh)
WO (1) WO2018008137A1 (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49103162A (zh) * 1973-02-05 1974-09-30
JPS56123597U (zh) * 1980-02-20 1981-09-19
JPS59217348A (ja) * 1983-05-25 1984-12-07 Kansai Electric Power Co Inc:The 電気機器
JP2804640B2 (ja) * 1991-06-21 1998-09-30 富士通株式会社 半導体装置の冷却装置及び冷却方法
JPH07312805A (ja) * 1994-05-17 1995-11-28 Toyota Autom Loom Works Ltd 車両搭載用充電器
DE102012215422A1 (de) * 2012-08-30 2014-03-06 Wobben Properties Gmbh Windpark

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2018008137A1 (ja) 2019-01-17
WO2018008137A1 (ja) 2018-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Blaabjerg et al. Wind energy systems
CN102016301B (zh) 风电设备和包括复数个风电设备的风电场
Liserre et al. Overview of multi-MW wind turbines and wind parks
US9473046B2 (en) Electrical power conversion system and method
US8587141B2 (en) Frequency converter
US11846277B2 (en) Solar drive control system for oil pump jacks
KR101835192B1 (ko) 다이오드 정류기를 구비한 변환기 스테이션
US20040119292A1 (en) Method and configuration for controlling a wind energy installation without a gearbox by electronically varying the speed
CN105673329A (zh) 船舶风光储波浪能综合利用发电装置
US20160254668A1 (en) System for transmitting electrical power
US10060426B2 (en) Solar drive control system for oil pump jacks
US9960603B2 (en) Installation for transmitting electrical power
US9683540B2 (en) Electric unit for a pumped-storage power plant having components within and outside of an underground cavern
CN107947222A (zh) 直流风机输电系统
US20160013732A1 (en) Converter Station With Diode Rectifier
SE514818C2 (sv) Konstantfrekvensmaskin med varierande/varierbart varvtal samt förfarande vid dylik maskin
Blaabjerg et al. Renewable energy systems with wind power
CN109451778A (zh) 电力变换装置以及风力发电系统
CN201869080U (zh) 供电结构可变飞轮储能电机装置
SE1050181A1 (sv) Kraftförsörjningssystem vid kuggstångsburna hissar och förfarande för kraftförsörjning av sådana.
Saborío-Romano et al. Novel energisation method for offshore wind farms connected to HVdc via diode rectifiers
CN102142733B (zh) 供电结构可变飞轮储能电机装置
DE10210164A1 (de) Vorrichtung zur mehrfachen Gleichrichterspeisung eines Synchrongenerators in einer Kraftanlage
CN207559579U (zh) 直流风机输电系统
WO2016167816A1 (en) Dynamic wind turbine energy storage device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190308

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication