CN110299853B - 变流器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变流器，包括：机侧功率柜与网侧滤波柜分别设置在变流器的相对的两侧上，中间电容柜与网侧功率柜分别设置在机侧功率柜与网侧滤波柜之间，机侧滤波柜设置在中间电容柜的正后方，且机侧滤波柜的侧面紧靠中间电容柜的后侧面设置，水冷柜设置在网侧滤波柜的正后方，且机侧滤波柜的侧面紧靠网侧滤波柜的后侧面设置，机侧功率柜用于装置机侧功率单元，中间电容柜用于装置支撑电容，网侧功率柜用于装置网侧功率单元，网侧滤波柜用于装置网侧断路器、网侧滤波器及网侧避雷器，机侧滤波柜用于装置机侧断路器、机侧滤波器及机侧避雷器，水冷柜用于装置变流器的水冷单元。本发明提供的变流器，能够满足在风机塔筒的放置要求。

Description

变流器

技术领域

本发明涉及一种能源供电技术领域，尤其涉及一种变流器。

背景技术

目前，海上风电机组主流为3～5MW，一般大于4MW，最大的为8MW。随着我国海上风电建设从潮间带往近海方向发展，出于对成本和运维的考虑，风电机组单机容量4.0MW及以上将会成为长期趋势,从国外的海上风电机组装机情况可看出大功率风电机组在逐渐增多，例如风电机组可达到6MW、7MW和8MW等，且均已经进入商业化运营阶段，而10MW风电机组也有了实验样机。由此可见，海上风电机组朝单机更大功率发展是未来趋势，同时在长远考虑中压变流器的方案在功率越大的情况下越具有优势。

然而，现有的采用IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors，集成门极换流晶闸管)器件做的中压海上风电变流器整体尺寸偏大，可维护性不好，海上风电变流器包含众多部件，占地面积较大，不够紧凑，并且市场上对变流器的功率密度要求越来越高，如何在保证变流器性能前提下使得IGCT变流器更为紧凑是目前急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种变流器，通过对各个柜体的合理布局，使得变流器在长度上得到压缩，满足在风机塔筒的放置要求，以节省空间。

本发明提供一种变流器，所述变流器包括机侧功率柜、中间电容柜、网侧功率柜、网侧滤波柜、机侧滤波柜及水冷柜，所述机侧功率柜与所述网侧滤波柜分别设置在所述变流器的相对的两侧上，所述中间电容柜与所述网侧功率柜分别设置在所述机侧功率柜与所述网侧滤波柜之间，且所述中间电容柜的一侧紧靠所述机侧功率柜的一侧设置，所述网侧功率柜的一侧紧靠所述网侧滤波柜的一侧设置，所述机侧滤波柜设置在所述中间电容柜的正后方，且所述机侧滤波柜的侧面紧靠所述中间电容柜的后侧面设置，所述水冷柜设置在所述网侧滤波柜的正后方，且所述机侧滤波柜的侧面紧靠所述网侧滤波柜的后侧面设置，所述机侧功率柜用于装置机侧功率单元，所述中间电容柜用于装置支撑电容，所述网侧功率柜用于装置网侧功率单元，所述网侧滤波柜用于装置网侧断路器、网侧滤波器及网侧避雷器，所述机侧滤波柜用于装置机侧断路器、机侧滤波器及机侧避雷器，所述水冷柜用于装置所述变流器的水冷单元。

进一步地，所述机侧功率柜与所述网侧功率柜的结构相同，且所述机侧功率柜与所述网侧功率柜的后侧面上均设置有背板。

进一步地，所述变流器还包括第一水风换热器、第二水风换热器及第三水风换热器，所述第一水风换热器、第二水风换热器及第三水风换热器均布置在所述变流器的顶面上；所述机侧功率柜与所述中间电容柜通过设置在所述变流器的顶面上的所述第一水风换热器形成一个内部的循环；所述中间电容柜与所述机侧滤波柜通过设置在所述变流器的顶面上的所述第二水风换热器形成一个内部的循环；所述网侧滤波柜与所述网侧功率柜通过设置在所述变流器的顶面上的所述第三水风换热器形成一个内部的循环。

进一步地，所述第一水风换热器、第二水风换热器及第三水风换热器中的水路分别由所述变流器的顶部进出到相应的柜体内，并与相应的主进出水管连接。

进一步地，所述变流器还包括制动电阻，所述制动电阻设置在所述网侧滤波柜的上方，并且所述制动电阻的底面紧靠所述变流器的顶面设置。

进一步地，所述制动电阻通过电缆分别连接至斩波模块与直流母排上。

进一步地，所述变流器还包括斩波模块，所述斩波模块布置在所述网侧滤波柜内。

进一步地，所述变流器还包括充电电路及接地开关，所述充电电路经由所述接地开关后接地，所述充电电路与所述接地开关均布置在所述网侧滤波柜内。

进一步地，所述变流器还包括固放电阻，所述固放电阻布置在所述机侧滤波柜内。

进一步地，所述变流器还包括底架，所述机侧功率柜、中间电容柜、网侧功率柜、网侧滤波柜、机侧滤波柜及水冷柜的底面均装置在所述底架上，所述底架上装置有可沿轴向活动的多个套环，每个套环的外壁上开设有环形凹槽。

由此可见，本发明实施例提供的变流器，通过机侧功率柜、中间电容柜、网侧功率柜、网侧滤波柜、机侧滤波柜及水冷柜采用背靠背的方式紧靠设置在一起，并且在变流器的第一侧面上依次布置机侧功率柜、中间电容柜、网侧功率柜及网侧滤波柜，在变流器的第二侧面上依次布置机侧滤波柜及水冷柜，使得变流器的转换主功率部件安装电路的拓扑方式满足交流-直流-交流的方式排布。同时将中间电容柜与机侧滤波柜相对并紧靠设置，将网侧滤波柜与水冷柜相对并紧靠设置，从而使得变流器在长度上得到压缩，满足在风机塔筒的放置要求，以节省空间。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例提供的变流器的结构框图。

图2为本发明实施例提供的变流器的电路拓扑结构示意图。

图3为本发明实施例提供的变流器的主视结构示意图。

图4为本发明实施例提供的变流器的后视结构示意图。

图5为本发明实施例提供的变流器的俯视结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预期目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1为本发明实施例提供的变流器100的结构框图，图2为本发明实施例提供的变流器100的电路拓扑结构示意图，图3为本发明实施例提供的变流器100的主视结构示意图，图4为本发明实施例提供的变流器100的后视结构示意图，图5为本发明实施例提供的变流器100的俯视结构示意图。本发明实施例提供的变流器100采用了如图2所示的电路拓扑结构。如图1至图5所示，变流器100包括机侧功率柜10、中间电容柜20、网侧功率柜30、网侧滤波柜40、机侧滤波柜50及水冷柜60。具体地，在本实施例中，机侧功率柜10、中间电容柜20、网侧功率柜30、网侧滤波柜40、机侧滤波柜50及水冷柜60分别紧靠布置在一起构成变流器100的柜体，以用于装置变流器100中的各个零部件，如图2所示的各个电子元器件等。

具体地，在本实施例中，变流器100还包括底架81与顶架82，具体地，机侧功率柜10、中间电容柜20、网侧功率柜30、网侧滤波柜40、机侧滤波柜50及水冷柜60的底面(图未标示)装置在底架81上，并且机侧功率柜10、中间电容柜20、网侧功率柜30、网侧滤波柜40、机侧滤波柜50及水冷柜60的顶面103均装置在顶架82上，以通过底架81与顶架82及紧固件将机侧功率柜10、中间电容柜20、网侧功率柜30、网侧滤波柜40、机侧滤波柜50及水冷柜60进行固定。进一步地，底架81上装置有可沿轴向活动的多个套环83，每个套环83的外壁上开设有环形凹槽(图未标示)，从而方便操作人员移动变流器100。具体地，底架81具有一端面(图未标示)，在底架81的端面上开设有用于安装套环83的安装孔(图未标示)，套环83装置于安装孔内，并可在安装孔内沿轴向活动，从而在不需要使用套环83时可将套环83推入安装孔内，以节省空间。

具体地，在本实施例中，机侧功率柜10、中间电容柜20、网侧功率柜30、网侧滤波柜40、机侧滤波柜50及水冷柜60采用背靠背布局，具体地，在变流器100的第一侧面101上依次布置机侧功率柜10、中间电容柜20、网侧功率柜30及网侧滤波柜40，而在变流器100的第二侧面102上依次布置机侧滤波柜50及水冷柜60，其中，第一侧面101与第二侧面102为相对的两侧面。具体地，本实施例提供的变流器100，通过采用背靠背的方式使得变流器100在长度上得到压缩，满足在风机塔筒的放置要求。

具体地，在一实施方式中，机侧功率柜10与网侧滤波柜40分别设置在变流器100的相对的两侧上。中间电容柜20与网侧功率柜30分别设置在机侧功率柜10与网侧滤波柜40之间，且中间电容柜20的一侧紧靠机侧功率柜10的一侧设置，网侧功率柜30的一侧紧靠网侧滤波柜40的一侧设置，这时中间电容柜20的另一侧与网侧功率柜30的另一侧紧靠设置。具体地，机侧功率柜10、中间电容柜20、网侧功率柜30及网侧滤波柜40的前侧面均位于第一侧面101上。

具体地，在一实施方式中，机侧滤波柜50设置在中间电容柜20的正后方，且机侧滤波柜50的侧面紧靠中间电容柜20的后侧面设置，水冷柜60设置在网侧滤波柜40的正后方，且机侧滤波柜50的侧面紧靠网侧滤波柜40的后侧面设置。具体地，通过将机侧滤波柜50中的前侧面与中间电容柜20的后侧面相互紧靠设置，并将水冷柜60的前侧面与网侧滤波柜40的后侧面相互紧靠设置，从而能够使得变流器100的结构紧凑，并且维修方便，使得变流器100满足风机塔筒(图未示出)的需求，例如通过将网侧功率柜30放置到第一侧面101可以有效的降低深度尺寸，网侧功率柜30内部零部件相对较大，比较占用尺寸，设计上第一侧面101的四个柜子深度要比第二侧面102的两个柜子深度大。

具体地，在本实施例中，机侧功率柜10与网侧功率柜30的结构相同，在一实施方式中，可以将机侧功率柜10与网侧功率柜30的安装位置进行互换，但并不限于此。进一步地，机侧功率柜10与网侧功率柜30的后侧面上均设置有背板75。具体地，在机侧功率柜10及网侧功率柜30的背面上均设有背板竖梁76，并通过紧固件将背板75固定在背板竖梁76上。具体地，在机侧功率柜10和网侧功率柜30的背面不设零部件，通过采用背板75进行封闭，从而可以方便对装置在机侧功率柜10内的机侧功率单元12以及装置在网侧功率柜30内的网侧功率单元32进行维护。具体地，在本实施例中，机侧功率单元12与网侧功率单元32中的电子器件相同，且在变流器100的电路拓扑结构上呈对称设置。

具体地，在本实施例中，机侧功率柜10可以但并不限于用于装置机侧功率单元12，中间电容柜20可以但并不限于用于装置支撑电容22，网侧功率柜30可以但并不限于用于装置网侧功率单元32，网侧滤波柜40可以但并不限于用于装置网侧断路器41、网侧滤波器42及网侧避雷器43，机侧滤波柜50可以但并不限于用于装置机侧断路器51、机侧滤波器52及机侧避雷器53，水冷柜60可以但并不限于用于装置变流器100的水冷单元62。具体地，水冷单元62主要是保证变流器100的内部主功率部件的热量通过水带走，保证变流器100的各个器件能够正常工作。具体地，在一实施方式中，机侧功率柜10中主要放置的是功率模块及相应配套的器件等。中间电容柜20主要包括支撑电容22和控制零部件24，具体地，支撑电容22可以但不限于为两个，例如第一支撑电容22与第二支撑电容22，第一支撑电容22的第一端与DC+母排电连接，第一支撑电容22的第二端与NP母排电连接，第二支撑电容22的第一端与NP母排电连接，第二支撑电容22的第二端与DC-母排电连接。机侧滤波柜50主要包括机侧避雷器53、机侧断路器51以及机侧滤波器52等相关部件，进一步地，为了充分利用空间，将变流器100的固放电阻也放置到机侧滤波柜50中。网侧滤波柜40中主要包括的网侧断路器41、电压/电流互感器以及网侧滤波器42相关零部件，进一步地，为了充分利用空间将斩波模块44、充电电路45以及接地开关46等部件布置到网侧滤波柜40中。

具体地，在本实施例中，变流器100还包括制动电阻74，制动电阻74设置在网侧滤波柜40的上方，并且制动电阻74的底面紧靠变流器100的顶面103设置。具体地，在本实施方式中，制动电阻74可以但不限于为两个，具体地，两个制动电阻74的一个设置在网侧滤波柜40的正上方，并且制动电阻74的底面紧靠网侧滤波柜40的顶面103设置。两个制动电阻74的另一个设置在水冷柜60的正上方，并且该制动电阻74的底面紧靠水冷柜60的顶面103设置。

具体地，在本实施例中，变流器100还包括斩波模块44。具体地，斩波模块44布置在网侧滤波柜40内。

具体地，在本实施例中，变流器100还包括充电电路45及接地开关46，充电电路45经由接地开关46后接地，充电电路45与接地开关46均布置在网侧滤波柜40内。具体地，充放电路分别与DC+母排、NP母排及DC-母排电连接后经由接地开关46接地。具体地，通过将斩波模块44、充电电路45以及接地开关46等部件布置到网侧滤波柜40中，以能够充分利用网侧滤波柜40的空间，进而使得变流器100的结构更加紧凑。

具体地，在本实施例中，两个制动电阻74分别通过电缆分别连接至斩波模块44与直流母排上。具体地，两个制动电阻74中的第一制动电阻74的第一端通过电缆与斩波模块44的第一端电连接，第一制动电阻74的第二端通过电缆与DC+母排电连接。两个制动电阻74的第二制动电阻74的第一端通过电缆与斩波模块44的第二端电连接，第二制动电阻74的第二端通过电缆与DC-母排电连接。进一步地，如图2所示，斩波模块44的第三端与NP母排电连接。具体地，在本实施例中，制动电阻74布置到顶部可以使得其与斩波模块44和直流母排的连接电缆更短，使得线路杂散电感减小，有利于器件安全工作。

具体地，在本实施例中，变流器100还包括固放电阻54，固放电阻54布置在机侧滤波柜50内。具体地，固放电阻54可以但不限于为两个，例如第一固放电阻54与第二固放电阻54，第一固放电阻54的第一端与DC+母排电连接，第一固放电阻54的第二端与NP母排电连接。第二固放电阻54的第一端与NP母排电连接，第二固放电阻54的第二端与DC-母排电连接。具体地，通过将固放电阻54放置到机侧滤波柜50中，能够充分利用机侧滤波柜50的空间，从而使得变流器100的结构更为紧凑。

具体地，在本实施例中，变流器100还包括第一水风换热器71、第二水风换热器72及第三水风换热器73。具体地，第一水风换热器71、第二水风换热器72及第三水风换热器73均布置在变流器100的顶面103上。具体地，在本实施例中，机侧功率柜10与中间电容柜20通过设置在变流器100的顶面103上的第一水风换热器71形成一个内部的循环。中间电容柜20与机侧滤波柜50通过设置在变流器100的顶面103上的第二水风换热器72形成一个内部的循环。网侧滤波柜40与网侧功率柜30通过设置在变流器100的顶面103上的第三水风换热器73形成一个内部的循环。

具体地，第一水风换热器71、第二水风换热器72及第三水风换热器73中的水路分别由变流器100的顶部进出到相应的柜体内，并与相应的主进出水管(图未示出)连接。具体地，本实施例提供的变流器100，通过将水风换热器和制动电阻74均布置在变流器100的顶面103上，使得水风换热器的水路由变流器100的顶部进出到柜体内的并相应地与主进出水管连接，同时制动电阻74的采用电缆连接到变流器100的斩波模块44和直流母排上，这种布局使得变流器100长度及宽度方向更为紧凑，

具体地，在本实施例中，机侧功率柜10将发电机传输过来的交流电转换成直流电，并将直流电输出至中间电容柜20中。中间电容柜20将接收到的直流电传输至网侧功率柜30中，网侧功率柜30将中间电容柜20的输送的直流电转换成可调的交流电，并经网侧滤波柜40将可调的交流电输出至电网。具体地，中间电容柜20中的支撑电容22主要是储能稳压。网侧滤波柜40中的斩波模块44用于直流环节过电压抑制和停机后快速放电，网侧滤波柜40中的充电电路45与接地开关46用于保护变流器100的安全。网侧滤波柜40中的网侧断路器41、网侧滤波器42及网侧避雷器43主要吸收整流侧谐波分量，使变流器100输出的可调的交流电达到并网要求。机侧滤波柜50中的机侧断路器51、机侧滤波器52及机侧避雷器53主要降低机侧电压du/dt，降低电机过电压。

本发明实施例提供的变流器100，通过机侧功率柜10、中间电容柜20、网侧功率柜30、网侧滤波柜40、机侧滤波柜50及水冷柜60采用背靠背的方式紧靠设置在一起，并且在变流器100的第一侧面101上依次布置机侧功率柜10、中间电容柜20、网侧功率柜30及网侧滤波柜40，在变流器100的第二侧面102上依次布置机侧滤波柜50及水冷柜60，使得变流器100的转换主功率部件安装电路的拓扑方式满足交流-直流-交流的方式排布。同时将中间电容柜20与机侧滤波柜50相对并紧靠设置，将网侧滤波柜40与水冷柜60相对并紧靠设置，从而使得变流器100在长度上得到压缩，满足在风机塔筒的放置要求，以节省空间。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离发明技术方案内容，依据发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种变流器，其特征在于，所述变流器包括机侧功率柜、中间电容柜、网侧功率柜、网侧滤波柜、机侧滤波柜及水冷柜，所述机侧功率柜与所述网侧滤波柜分别设置在所述变流器的相对的两侧上，所述中间电容柜与所述网侧功率柜分别设置在所述机侧功率柜与所述网侧滤波柜之间，且所述中间电容柜的一侧紧靠所述机侧功率柜的一侧设置，所述网侧功率柜紧的一侧靠所述网侧滤波柜的一侧设置，所述机侧滤波柜设置在所述中间电容柜的正后方，且所述机侧滤波柜的侧面紧靠所述中间电容柜的后侧面设置，所述水冷柜设置在所述网侧滤波柜的正后方，且所述机侧滤波柜的侧面紧靠所述网侧滤波柜的后侧面设置，所述机侧功率柜用于装置机侧功率单元，所述中间电容柜用于装置支撑电容，所述网侧功率柜用于装置网侧功率单元，所述网侧滤波柜用于装置网侧断路器、网侧滤波器及网侧避雷器，所述机侧滤波柜用于装置机侧断路器、机侧滤波器及机侧避雷器，所述水冷柜用于装置所述变流器的水冷单元，其中，所述机侧功率柜、所述中间电容柜、所述网侧功率柜及所述网侧滤波柜布置在所述变流器的第一侧面上，所述机侧滤波柜及所述水冷柜布置在所述变流器的第二侧面上，所述变流器的第一侧面与所述变流器的第二侧面为相对的两侧面。

2.如权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述机侧功率柜与所述网侧功率柜的结构相同，且所述机侧功率柜与所述网侧功率柜的后侧面上均设置有背板。

3.如权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括第一水风换热器、第二水风换热器及第三水风换热器，所述第一水风换热器、第二水风换热器及第三水风换热器均布置在所述变流器的顶面上；所述机侧功率柜与所述中间电容柜通过设置在所述变流器的顶面上的所述第一水风换热器形成一个内部的循环；所述中间电容柜与所述机侧滤波柜通过设置在所述变流器的顶面上的所述第二水风换热器形成一个内部的循环；所述网侧滤波柜与所述网侧功率柜通过设置在所述变流器的顶面上的所述第三水风换热器形成一个内部的循环。

4.如权利要求3所述的变流器，其特征在于，所述第一水风换热器、第二水风换热器及第三水风换热器中的水路分别由所述变流器的顶部进出到相应的柜体内，并与相应的主进出水管连接。

5.如权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括制动电阻，所述制动电阻设置在所述网侧滤波柜的上方，并且所述制动电阻的底面紧靠所述变流器的顶面设置。

6.如权利要求5所述的变流器，其特征在于，所述制动电阻通过电缆分别连接至斩波模块与直流母排上。

7.如权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括斩波模块，所述斩波模块布置在所述网侧滤波柜内。

8.如权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括充电电路及接地开关，所述充电电路经由所述接地开关后接地，所述充电电路与所述接地开关均布置在所述网侧滤波柜内。

9.如权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括固放电阻，所述固放电阻布置在所述机侧滤波柜内。

10.如权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括底架，所述机侧功率柜、中间电容柜、网侧功率柜、网侧滤波柜、机侧滤波柜及水冷柜的底面均装置在所述底架上，所述底架上装置有可沿轴向活动的多个套环，每个套环的外壁上开设有环形凹槽。

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