CN113595408A - 一种应用于电力电子变压器的并联模组单元 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及电力电子领域，具体提供了一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，包含功率模块(IGBT)、功率单元板、热管理组件、柔性连接组件、熔断回路组件、模组壳体，采用SCR‑DAB拓扑，使用并联方式进行多模块共直流母线，解决单模块载流量不足问题，同时实现能量双向流动。具有内部组件模块化程度高，生产便利；导轨式底座设计，可以快速实现电气连接，可维护性强；采用柔性插座连接方式，实现热拔插功能；双风道结构，模组整体散热效率高；体积重量小，功率密度高；钣金件与绝缘件配合使用，机械性能与电气性能均得到有效保证，模组单元的安全性高等优势。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种应用于电力电子变压器的并联模组单元。
背景技术
随着新能源产业快速发展，多样化并网需求不断扩大，传统工频变压器因其体积重量大、损耗高、故障响应速度慢、波形易畸变等缺点而无法满足多样性需求，电力电子变压器作为新型配电设备，能克服传统变压器的缺点，在实现电力变换、电气隔离的基础功能兼顾动态电能调节、新能源柔性接入等多种功能，较好满足我国建设坚强智能电网的需求。
电力电子变压器通常采用模块化级联拓扑，一般由高压模组、高频变压器、低压模组等组成。高压模组串联分压，低压模组并联汇流，其中高压模组与10kV电网直连，从电网侧吸收的能量通过一系列变换后通过低压模组输出汇流，供负载使用或新能源端口接入，实现能量双向流动。目前模块结构形式多样，多数以整体化结构设计，存在装配不便、整体散热效率低、无法实现在线带电热拔插以及维护不便的问题。
发明内容
本发明针对现有方案存在的不足和缺陷，提供了一种应用于电力电子变压器的并联模组单元方案，采用SCR-DAB拓扑，共直流母线方式，解决单模组载流量不足问题，实现能量双向流动；模组单元整体散热效率高；实现了模组单元的热拔插功能；钣金件与绝缘件配合使用，产品的安全性大大提升；导轨式底座设计，极大提高了维护便捷性。
为实现上述目的，本发明提出了一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，包括功率模块(IGBT)、功率单元板、热管理组件、柔性连接组件、熔断回路组件、模组壳体，其中：
功率模块(IGBT)，为整个模组的核心，采用DAB的架构，通过共直流母线方式，有序汇流，解决单模块载流量不足问题，并实现能量双向流动；
功率单元板，采集、解析、发送各模组状态信息；
热管理组件，采用双风道形式，包含独立风道和外风道，对功率模块以及内部电气件进行冷却；
柔性连接组件，采用柔性插座连接方式，实现模组热插拔功能；
熔断回路组件，连接模组内电气件，实现输出回路过载保护功能；
模组壳体组件，承担结构作用，实现快速便捷安装。
通过模组单元的并联，将高压大电流分解，共直流母线方式进行电流汇集，实现能量双向流动；通过模块化的设计，提升了产品的生产效率；通过双风道的设计，提高了模组单元的整体散热效率；通过采用柔性插座的对外连接形式，实现了模组单元的热拔插功能；通过绝缘材料与金属组件配合使用，兼顾较好的机械和电气性能，进一步提升了产品的安全性；
进一步的，所述功率模块包含DAB模块、电容组、母线连接排，DAB模块和电容组通过母线连接排进行电气连接。
进一步的，所述母线连接排采用叠层母排形式，能较大程度降低母线连接的杂散电感，从而降低由杂散电感引起的电压尖峰，保护IGBT模块不受损坏；
进一步的，所述功率单元板，通过排线与DAB模块进行控制连接；
进一步的，所述热管理组件由散热器、风道、风扇组成，其中，DAB模块栓接在散热器上，并固定在独立风道内，电容组、平波电感处于独立风道外，形成内外双风道结构，风扇采用吹风形式进行散热。进一步的，所述散热器材质包括铝合金、铜或铜铝复合材质，其形式包括热管散热器、型材组合散热器和插片式散热器形式；
进一步的，所述柔性连接组件与前端变压器连接采用柔性插座连接方案，节省安装空间，实现热插拔功能；
进一步的，所述熔断回路组件，其特征在于，包含熔断器、平波电感以及电流传感器，可实现电流检测，故障隔离，以提高整机的稳定性、可靠性；
进一步的，所述模组壳体组件，其特征在于，由钣金件和绝缘件组成，其材质包括覆铝锌板、SMC绝缘板，其中SMC绝缘板主要应用在模组底板、前面板、侧面板以及模组内部分高压组件的固定，用以保证高压带电组件的安全电气间隙和爬电距离。
进一步的，所述模组底板的底部开有喇叭口导向凹槽，配合滚轮导轨实现“抽屉式”拆装结构。
本发明的有益技术效果：本发明应用于电力电子变压器的级联模组单元，具有内部组件模块化程度高，拆装便利；模块底板导轨式设计，实现整体抽拉式拆装(实现抽屉化安装)，快速实现电气连接，实现热拔插；双风道设计，模组整体散热效率高；具有冗余功能，系统的可靠性高；模组整体钣金件与绝缘件契合度高，机械性能与电气性能均得到有效保障，模组的安全性高等特点；
附图说明
图1是本发明应用于电力电子变压器的并联模组单元的本级联模组拓扑示意图。
图2是本发明应用于电力电子变压器的并联模组单元的本模组结构示意图。
图3是本发明应用于电力电子变压器的并联模组单元的模组内部组件示意图。
图4是本发明应用于电力电子变压器的并联模组单元的主体散热组件示意图。
图5是本发明应用于电力电子变压器的并联模组单元的双风道示意图。
图6是本发明应用于电力电子变压器的并联模组单元的熔断回路组件示意图。
图7是本发明应用于电力电子变压器的并联模组单元的柔性插座示意图。
图8是本发明应用于电力电子变压器的并联模组单元的模组底板示意图。
其中，1-模组侧板、2-电容组、3-叠层母排、4-功率单元板、5-风道、6-散热器、7-功率模块、8-壳体绝缘板组件、9-风扇、10-冗余组件、11-柔性触指、12-壳体钣金组件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，本发明系统整体架构采用级联H桥(CHB+DAB)拓扑，使用星型接法进行高压模组串联分压，解决单个电力电子器件(IGBT)耐压不足的问题，低压模组并联汇流，形成低压大电流直流母线(共直流母线)，解决单模组载流量不足问题，具有优良的隔离耐压性能，实现能量双向流动。
如图2所示，模组单元整体采用模块化结构，整体结构尺寸宽×深×高为174mm×249mm×515mm，前面板布置有把手，方便进行模块的抽拉和转运；
如图3所示，模组单元内部组件也采用模块化打包设计，从上到下依次为1-模组盖板、2-功率单元板、3-叠层母排、4-电容组、5-功率模块、6-散热器、7-风道、8-熔断回路、9-壳体绝缘板组件、10-风扇、11-柔性插座、12-壳体钣金组件；如图示，整个模组内部基本可以分为由2-功率单元板及相关结构件组成的控制组件，由3-叠层母排、4-电容组、5-功率模块、7-散热器组成的主体核心组件，由8-熔断回路、10-风机、11-柔性插座组成的外围组件，由1-模组盖板、9-壳体绝缘板组件、12-壳体钣金组件组成的模组结构组件，如图示，模组内的组件模块化程度高，装配便捷；模组壳体绝缘板主要应用在模组底板、前面板、侧面板以及模组内部分高压组件的固定件；
如图4所示，主体散热组件功率模块，DAB模块栓接在一块独立散热器上，因其功耗较大，连接处采用导热硅脂进行填充并将其布置在风道内，以此提高散热效率，同时采用叠层母排进行母线连接，以此降低母线杂散电感，保证功率器件的稳定工作状态；
如图5所示，模组采用双风道设计，包括给功率器件散热的独立风道和模组内部散热风道，独立风道由钣金件折弯成型，在承担固定散热器的作用的同时形成了独立的通道，有效利用外部冷风进行散热；
如图6所示，熔断回路是在直流输出回路中加入熔断器，同时引入电流传感器，对电流参数实时检测，实现对模组和整机过载保护；
如图7所示，模组与前端高频变压器的电气连接采用柔性插座的方式，该连接形式节省装配空间，装配方便，便于实现模组的热拔插；
如图8所示，模组底板采用SMC绝缘材料机加工而成，图示带有喇叭口的导槽匹配整机底板的滑轮导轨，能有效减少模组底面与安装平面的摩擦阻力，便于人力拔插模组，同时喇叭口便于导向，导槽便于模组拔插过程中的定位，便于柔性插座与连接铜排更好地对插到位，保护触指的同时便于安装；
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。
Claims (9)
1.一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，包括功率模块、功率单元板、热管理组件、柔性连接组件、熔断回路组件、模组壳体组件，其中：
功率模块，采用DAB模块的架构，通过共直流母线方式，有序汇流，解决单模块载流量不足问题，并实现能量双向流动；
热管理组件，采用双风道形式，包含独立风道和外风道，对功率模块以及内部电气件进行冷却；
柔性连接组件，采用柔性插座连接方式，实现模组热插拔功能；
熔断回路组件，连接模组内电气件，实现输出回路过载保护功能。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，所述功率模块包含DAB模块、电容组、母线连接排，DAB模块和电容组通过母线连接排进行电气连接。
3.根据权利要求2所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，母线连接排采用叠层母排形式，大大降低母线连接的杂散电感，从而降低由杂散电感引起的电压尖峰，保护IGBT模块不受损坏。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，所述功率单元板通过排线与DAB模块进行控制连接。
5.根据权利要求1所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，所述热管理组件由散热器、风道、风扇组成，其中，DAB模块栓接在散热器上，并固定在独立风道内，电容组、平波电感处于独立风道外，形成内外双风道结构，风扇采用吹风形式进行散热。
6.根据权利要求5所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，所述散热器，其材质包括铝合金、铜或铜铝复合材质，其形式包括热管散热器、型材组合散热器和插片式散热器形式。
7.如权利要求1所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，所述熔断回路组件，包含熔断器、平波电感以及电流传感器，实现稳定直流输出、电流实时监测以及故障隔离功能。
8.如权利要求1所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，所述模组壳体组件，由钣金件和绝缘件组成，其材质包括覆铝锌板、SMC绝缘板，其中SMC绝缘板应用在模组底板、前面板、侧面板以及模组内部分高压组件的固定，用以保证高压带电组件的安全电气间隙和爬电距离。
9.如权利要求8所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，所述模组底板，底部开有喇叭口导向凹槽，配合滚轮导轨实现“抽屉式”拆装结构。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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