CN110380622B - 一种高功率密度储能变流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种易维护高功率密度储能变流器，包括三层结构；上层结构，包括直流电容模组和A/B/C三相功率模组，直流电容模组在柜体上方靠外侧的位置，功率模组在柜体上方靠内侧的位置，功率模组和直流电容模组采用螺栓固定连接；中间结构，包括模块风机及风腔，位于柜体中间靠内侧的位置，其外侧设有控制器，模块风机及风腔下设连接铜排；下层结构，包括靠近内侧的是电抗器，靠近外侧的是直流高压继电器、快熔、交流断路器、直流侧端口、交流侧端口。本发明直流侧采用高压继电器加快熔的方案，有效降低机柜尺寸，增大系统功率密度；通过风道和电气的优化设计，实现储能变流器整体采用正面拆装的易维护方式，节省组装产品组装和产品维护时间，节省设备占地面积和系统成本。

Description

一种高功率密度储能变流器

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种易维护高功率密度储能变流器。

背景技术

电池储能设备作为功率平衡装置和备用电源，可以用于各种需要动态储能的应用场合，在电能富余时将电能存储在电池中，在电能不足时将存储的电能逆变后向电网输出，能有效解决新能源发电功率波动，不连续等问题，使系统可靠供电。目前储能变流器普遍采用前后门两侧维护，优点是电气和结构设计简单，技术难度较小。但是随着储能变流器大规模使用，集装箱成本和运维问题逐渐出现，高功率密度和单面可维护性变得尤为迫切，前后门两侧维护的技术要求已不再适合储能行业。

目前大都考虑到了储能变流器电气和结构设计的合理性，柜体设计都较为紧凑，风道设计合理，但是在后期维护过程中，最容易出现损坏的模组和电容存在无法单面维护的问题。因为无法单面维护，会出现两个问题：(1)储能变流器在集装箱中无法贴墙放置，导致设备占用面积过大；(2)为了从储能变流器后门板进行维护，还需在集装箱上开口，这样不仅增加了集装箱生产制造难度，同时也降低了集装箱防雨可靠性。综上，无法单面维护，不仅对集装箱制造提出了更高要求，同时经济上也存在不合理性。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种易维护高功率密度储能变流器，实现了单面易维护电气结构设计。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种易维护高功率密度储能变流器，包括三层结构；

上层结构，包括直流电容模组和A/B/C三相功率模组，直流电容模组在柜体上方靠外侧的位置，功率模组在柜体上方靠内侧的位置，功率模组和直流电容模组采用电容模组和功率模组连接螺栓固定连接；

中间结构，包括模块风机及风腔，位于柜体中间靠内侧的位置，其外侧设有控制器，安装于可旋转盖板上；模块风机及风腔下设连接铜排，包括位于内侧的交流连接铜排和位于外侧的直流连接铜排；

下层结构，包括靠近内侧的是电抗器，靠近外侧的是直流高压继电器、快熔、交流断路器、直流侧端口、交流侧端口。

进一步地，直流电容模组包括直流电容和层叠母牌，并采用直流电容和层叠母牌连接螺栓固定连接。

进一步地，直流电容模组通过电容模组和机柜连接螺栓固定于机柜上。

进一步地，A/B/C三相功率模组为相同设计，包括IGBT三电平功率模块、IGBT驱动、吸收电容、出线母排；每个IGBT三电平功率模块均连接有一吸收电容，且每个IGBT三电平功率模块的输出端均连接有一出线母排。

进一步地，功率模组引出二次线包括驱动线和两芯屏蔽线，从功率模组底部穿出到走线槽。

进一步地，可旋转盖板通过螺栓固定于机柜。

有益效果：本发明直流侧放弃直流断路器方案，采用高压继电器加快熔的方案，有效降低机柜尺寸，增大系统功率密度。

本发明通过风道和电气的优化设计，整体采用正面拆装的易维护方式，产品组装时间缩小，产品维护时间减小；同时从电气安装规范角度，比双面维护所占用的面积减小，极大提高变流器的应用场合。

附图说明

图1是机柜整体三维图；

图2是机柜正视图；

图3是机柜左视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的易维护高功率密度储能变流器，其部件排布结构包括三层结构设计。

上层结构设计采用A/B/C三相功率模组3、直流电容模组2独立设计的结构，且A/B/C三相功率模组为相同设计。

直流电容20和层叠母牌18采用直流电容和层叠母牌连接螺栓19固定连接，作为直流电容模组2。直流电容模组在柜体上方靠外侧的位置，通过电容模组和机柜连接螺栓16固定于机柜1上。

功率模组3和直流电容模组2采用电容模组和功率模组连接螺栓15固定连接。功率模组3在柜体上方靠内侧的位置。A/B/C三相功率模组3包括IGBT三电平功率模块、IGBT驱动、吸收电容、出线母排；每个IGBT三电平功率模块均连接有一个吸收电容，且每个IGBT三电平功率模块的输出端均连接有一出线母排。功率模组3引出二次线为驱动线和两芯屏蔽线，从功率模组3底部穿出到机柜1走线槽17，线束简单且易于抽出。

中间层结构设计包括模块风机及风腔5、控制器10、连接铜排。功率模组3下设模块风机及风腔5，风腔设有盖板，用于密闭腔体，以保证密闭性。风腔位于柜体中间靠内侧的位置。

柜体中间靠外侧的位置设有控制器10，安装于可旋转盖板4上，可旋转盖板4通过螺栓固定于机柜1。

模块风机及风腔5再往下为连接铜排，包括位于内侧的交流连接铜排14，位于外侧的直流连接铜排13。

下层结构设计，靠近内侧的是电抗器9，靠近外侧的是直流高压继电器11，快熔12和交流断路器8。

靠近外侧左边是直流侧端口6，靠近右边是交流侧端口7。直流侧采用直流高压继电器11加快熔12的方案，可有效降低机柜尺寸，增大系统功率密度，250kW功率等级体积可以做到600mm*800mm*2000mm。

本发明通过风道和电气的优化设计，整体采用正面拆装的易维护方式，产品组装时间缩小40％，产品维护时间减小60％。同时从电气安装规范角度，比双面维护所占用的面积减小30％，极大提高变流器的应用场合。

从正面看，拆卸电容模组2顺序如下：1、拆卸风腔盖板；2、拆卸电容模组2与机柜1两侧侧板之间的电容模组和机柜连接螺栓16；3、拆卸电容模组2与底部的直流连接铜排13之间的螺栓；4、拆卸直流电容模组2和功率模组3之间的电容模组和功率模组连接螺栓15；5、直流电容模组2取出。

拆卸功率模组3顺序如下：1、拆卸功率模组3与底部交流铜排14之间的螺栓；2、模组抽出。

至此，直流电容模组2和功率模组3完成拆卸，实现从正面单面维护。除了维护电容模组和功率模组，其他关键元器件维护也可通过拆卸风腔盖板之后开展维护。

Claims (4)

1.一种高功率密度储能变流器，其特征在于，包括三层结构；

上层结构，包括直流电容模组(2)和A/B/C三相功率模组(3)，直流电容模组在柜体上方靠外侧的位置，功率模组(3)在柜体上方靠内侧的位置，功率模组(3)和直流电容模组(2)采用电容模组和功率模组连接螺栓(15)固定连接，直流电容模组(2)通过电容模组和机柜连接螺栓(16)固定于机柜(1)上，功率模组(3)引出二次线包括驱动线和两芯屏蔽线，从功率模组(3)底部穿出到走线槽(17)；

中间结构，包括模块风机及风腔(5)，位于柜体中间靠内侧的位置，其外侧设有控制器(10)，安装于可旋转盖板(4)上；模块风机及风腔(5)下设连接铜排，包括位于内侧的交流连接铜排(14)和位于外侧的直流连接铜排(13)；

下层结构，包括靠近内侧的是电抗器(9)，靠近外侧的是直流高压继电器(11)、快熔(12)、交流断路器(8)、直流侧端口(6)、交流侧端口(7)；

其中电容模组(2)的拆卸步骤如下：

1)拆卸风腔(5)的盖板；

2)拆卸电容模组(2)与机柜(1)两侧侧板之间的电容模组和机柜连接螺栓(16)；

3)拆卸电容模组(2)与底部的直流连接铜排(13)之间的螺栓；

4)拆卸电容模组(2)和功率模组(3)之间的电容模组和功率模组连接螺栓(15)；

5)取出电容模组(2)。

2.根据权利要求1所述的高功率密度储能变流器，其特征在于，直流电容模组(2)包括直流电容(20)和层叠母排(18)，并采用直流电容和层叠母排 连接螺栓(19)固定连接。

3.根据权利要求1所述的高功率密度储能变流器，其特征在于，A/B/C三相功率模组为相同设计，包括IGBT三电平功率模块、IGBT驱动、吸收电容、出线母排；每个IGBT三电平功率模块均连接有一吸收电容，且每个IGBT三电平功率模块的输出端均连接有一出线母排。

4.根据权利要求1所述的高功率密度储能变流器，其特征在于，可旋转盖板(4)通过螺栓固定于机柜(1)。

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