CN204168177U - 中高压三电平撬棒电路、变流器以及风力并网发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种中高压三电平撬棒电路、变流器以及风力并网发电系统，该撬棒电路包括一个或多个并联的结构相同的基本撬棒电路；每一个基本撬棒电路包括2个高压IGBT、2个高压二极管和2个撬棒电阻，其中：第一高压IGBT的发射极接系统直流侧零极；第一高压IGBT的集电极接第一高压二极管的阳极；第一高压二极管的阴极接系统直流侧正极；第一撬棒电阻并联在第一高压二极管上；第二高压IGBT的发射极接系统直流侧负极；第二高压IGBT的集电极接第二高压二极管的阳极；第二高压二极管的阴极接系统直流侧零极；第二撬棒电阻并联在第二高压二极管上，以实现在工艺上、制造上、可维护性上都简单可行的中高压三电平撬棒电路的开发。

Description

中高压三电平撬棒电路、变流器以及风力并网发电系统

技术领域

本实用新型涉及风力并网发电技术领域，更具体地说，涉及中高压三电平撬棒电路、中高压三电平变流器以及风力并网发电系统。

背景技术

变流器是风力并网发电系统中的重要组成部分。由于传统的低压两电平变流器输出功率较低，伴随着全球能源紧缺的加剧，中高压三电平变流器应运而生。在同等电流的情况下，中高压三电平变流器的输出功率是低压两电平变流器输出功率的数倍，其前景被广泛看好。

新的电网规则要求风力并网发电系统具有低电压穿越能力，否则在电网电压跌落时会对变流器造成损还，通常的做法是在系统直流侧增加撬棒电路来实现。但是，现有的撬棒电路都是仅能够适用于低压两电平系统的低压两电平撬棒电路，而并不适用于中高压三电平系统，因此也就不能作用于在功率等级及电路结构上均与所述低压两电平变流器存在差异的中高压三电平变流器。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种中高压三电平撬棒电路、变流器以及风力并网发电系统，以实现在工艺上、制造上、可维护性上都简单可行的中高压三电平撬棒电路的开发。

一种中高压三电平撬棒电路，包括一个或多个结构相同的基本撬棒电路，所述多个基本撬棒电路采用并联方式连接；

所述每一个基本撬棒电路包括第一高压IGBT、第二高压IGBT、第一高压二极管、第二高压二极管、第一撬棒电阻和第二撬棒电阻，其中：

所述第一高压IGBT的发射极接系统直流侧零极；

所述第一高压IGBT的集电极接所述第一高压二极管的阳极；

所述第一高压二极管的阴极接系统直流侧正极；

所述第一撬棒电阻并联在所述第一高压二极管上；

所述第二高压IGBT的发射极接系统直流侧负极；

所述第二高压IGBT的集电极接所述第二高压二极管的阳极；

所述第二高压二极管的阴极接所述系统直流侧零极；

所述第二撬棒电阻并联在所述第二高压二极管上。

其中，所述中高压三电平撬棒电路中的各个第一高压IGBT和各个第一高压二极管均位于第一基板；所述各个第一高压IGBT在所述第一基板的一侧呈直线排列，所述各个第一高压二极管在所述第一基板的另一侧呈直线排列；

所述中高压三电平撬棒电路中的各个第二高压IGBT和各个第二高压二极管均位于第二基板；所述各个第二高压IGBT在所述第二基板的一侧呈直线排列，所述各个第二高压二极管在所述第二基板的另一侧呈直线排列。

其中，所述第一基板和所述第二基板上的各个接线端子之间均是采用铜排实现电连接。

其中，所述第一基板和所述第二基板均以电缆作为引出线。

一种中高压三电平变流器，包括：中高压三电平变流器本体，以及位于系统直流侧的上述任一种中高压三电平撬棒电路。

一种风力并网发电系统，包括风力发电机组、与所述风力发电机组相连接的中高压三电平变流器，以及位于系统直流侧的上述任一种中高压三电平撬棒电路。

从上述的技术方案可以看出，由于中高压三电平变流器为三电平功率转换系统，因此本实用新型在风力并网发电系统直流侧正极与直流侧零极之间、直流侧负极与直流侧零极之间增加结构完全相同的两部分撬棒电路结构来实现能量释放，同时，随着功率等级的增加采用多个撬棒电路结构并联的方式来实现能量的分解释放，在工艺上、制造上、可维护性上都简单可行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种中高压三电平撬棒电路拓扑结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的一种具有一个基本撬棒电路的中高压三电平撬棒电路结构示意图；

图3为本实用新型实施例公开的一种具有多个基本撬棒电路的中高压三电平撬棒电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，本实用新型实施例公开了一种中高压三电平撬棒电路，以实现在工艺上、制造上、可维护性上都简单可行的中高压三电平撬棒电路的开发，包括：一个或多个结构相同的基本撬棒电路JBDL，所述多个结构相同的基本撬棒电路JBDL之间采用并联方式连接；

每一个基本撬棒电路JBDL包括第一高压IGBT T1、第二高压IGBT T2、第一高压二极管D1、第二高压二极管D2、第一撬棒电阻R1和第二撬棒电阻R2，其中：

第一高压IGBT T1的发射极接系统直流侧零极DC0；

第一高压IGBT T1的集电极接第一高压二极管D1的阳极；

第一高压二极管D1的阴极接系统直流侧正极DC+；

第一撬棒电阻R1并联在第一高压二极管D1上；

第二高压IGBT T2的发射极接系统直流侧负极DC－；

第二高压IGBT T2的集电极接第二高压二极管D2的阳极；

第二高压二极管D2的阴极接系统直流侧零极DC0；

第二撬棒电阻R2并联在第二高压二极管D2上。

风力并网发电系统的低电压穿越能力是指在电网存在故障导致电压跌落时，风力并网发电系统中的风力发电机组仍能够不间断地并网运行，此时风力发电机组并不向电网输送能量，其间产生的能量必须要释放掉，否则会对变流器造成损害，撬棒电路正是用来释放掉这部分能量的，所述能量主要是被撬棒电路中的撬棒电阻消耗。

由于传统的低压两电平变流器为两电平功率转换系统，因此现有撬棒电路仅位于风力并网发电系统直流侧的两极之间即可完成能量释放，而中高压三电平变流器为三电平功率转换系统，因此需要在系统直流侧正极DC+与系统直流侧零极DC0之间、系统直流侧负极DC－与系统直流侧零极DC0之间增加拓扑结构完全相同的两部分撬棒电路结构用于能量释放。基于此，本实施例提出了上述在工艺上、制造上、可维护性上都简单可行的中高压三电平撬棒电路，它包括一个或多个结构相同的基本撬棒电路JBDL。

具体的，每一个基本撬棒电路JBDL包括拓扑结构相同的两部分(即上述拓扑结构完全相同的两部分撬棒电路结构)。一部分是位于系统直流侧正极DC+与系统直流侧零极DC0之间的上半部分，包括第一高压IGBT T1、第一高压二极管D1和第一撬棒电阻R1，用于实现系统直流侧正极DC+与直流侧零极DC0之间的能量释放。另一部分是位于系统直流侧负极DC－与直流侧零极DC0之间的下半部分，包括第二高压IGBT T2、第二高压二极管D2和第二撬棒电阻R2，用于实现系统直流侧负极DC－与系统直流侧零极DC0之间的能量释放。

由于风力发电机组输出的能量主要是由撬棒电阻消耗掉，因此中高压三电平变频器的功率越大，对所述撬棒电阻的功耗要求就越高，所述撬棒电阻的体积也就越大，这对电阻的制造、安装、维护都会带来很大的困难。为解决该问题，本实施例采用多个基本撬棒电路并联的方式实现能量的分解释放，具体的：

当中高压三电平变频器的功率相对较低时，所述中高压三电平撬棒电路仅采用一个基本撬棒电路JBDL即可。当中高压三电平变流器的功率逐渐增加时，为避免所述撬棒电阻的体积太大，可通过为在原有基本撬棒电路JBDL的基础上并联结构相同的基本撬棒电路JBDL实现，从而将全部能量分解为多路小能量分别释放；其中需要参与并联的基本撬棒电路JBDL的数目可根据实际情况任意增减，在工艺上、制造上、可维护性上及其拓展性上都是可行的。

其中，为了使所述中高压三电平撬棒电路的结构更为紧凑、模块化程度更高，本实施例将所述中高压三电平撬棒电路中的各个第一高压IGBT T1和各个第一高压二极管D1均设置于第一基板PCB1上，同时将所述中高压三电平撬棒电路中的各个第二高压IGBT T2和各个第二高压二极管D2均设置于第二基板PCB2上，其中：各个第一高压IGBT T1在第一基板PCB1的一侧呈直线排列，各个第一高压二极管D1在第一基板PCB1的另一侧呈直线排列；各个第二高压IGBT T2在第二基板PCB2的一侧呈直线排列，各个第二高压二极管D2在第二基板PCB2的另一侧呈直线排列。图2示出了仅具有一个基本撬棒电路JBDL的中高压三电平撬棒电路结构，图3示出了具有多个基本撬棒电路JBDL的中高压三电平撬棒电路结构。

作为优选，仍参见图2-3，第一基板PCB1和第二基板PCB2上的各个接线端子之间均是采用铜排实现电连接，如图中黑色加粗线所示。所述铜排是一种大电流导电产品，具有电阻率低、可折弯度大等优点。其中，对于第一基板PCB1来说，所述铜排搭接不仅涉及第一基板PCB1上的第一高压IGBTT1和第一高压二极管D1的电连接，还涉及第一高压IGBT T1内部的各个小电路单元的电连接，以及第一高压二极管D1内部的各个小电路单元的电连接；所述第二基板PCB2亦然。

作为优选，仍参见图2-3，第一基板PCB1和第二基板PCB2均以电缆作为引出线。对于第一基板PCB1来说，所述电缆用于第一基板PCB1上的各器件与第一撬棒电阻R1的连接，以及第一基板PCB1上的各器件与系统直流侧正极DC+、系统直流侧零极DC0、系统直流侧负极DC－的连接；所述第二基板PCB2亦然。

此外，本实用新型实施例还公开了一种中高压三电平变流器，它包括中高压三电平变流器本体，以及位于系统直流侧的上述任一种中高压三电平撬棒电路。本方案通过为现有的中高压三电平变流器配置相应的撬棒电路，实现了风力并网发电系统的低电压穿越能力，能够保护所述中高压三电平变流器免受损害。

此外，本实用新型实施例还公开了一种风力并网发电系统，它包括风力发电机组、与所述风力发电机组相连接的中高压三电平变流器，以及位于系统直流侧的上述任一种中高压三电平撬棒电路。本方案通过为现有的风力并网发电系统配置相应的撬棒电路，实现了系统的低电压穿越能力，可保护系统中的中高压三电平变流器免受损害。

综上所述，由于中高压三电平变流器为三电平功率转换系统，因此本实用新型在风力并网发电系统直流侧正极与直流侧零极之间、直流侧负极与直流侧零极之间增加结构完全相同的两部分撬棒电路结构来实现能量释放，同时，随着功率等级的增加采用多个撬棒电路结构并联的方式来实现能量的分解释放，在工艺上、制造上、可维护性上都简单可行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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 (6)

1.一种中高压三电平撬棒电路，其特征在于，包括一个或多个结构相同的基本撬棒电路，所述多个基本撬棒电路采用并联方式连接；

所述每一个基本撬棒电路包括第一高压IGBT、第二高压IGBT、第一高压二极管、第二高压二极管、第一撬棒电阻和第二撬棒电阻，其中：

所述第一高压IGBT的发射极接系统直流侧零极；

所述第一高压IGBT的集电极接所述第一高压二极管的阳极；

所述第一高压二极管的阴极接系统直流侧正极；

所述第一撬棒电阻并联在所述第一高压二极管上；

所述第二高压IGBT的发射极接系统直流侧负极；

所述第二高压IGBT的集电极接所述第二高压二极管的阳极；

所述第二高压二极管的阴极接所述系统直流侧零极；

所述第二撬棒电阻并联在所述第二高压二极管上。

2.根据权利要求1所述的中高压三电平撬棒电路，其特征在于，所述中高压三电平撬棒电路中的各个第一高压IGBT和各个第一高压二极管均位于第一基板；所述各个第一高压IGBT在所述第一基板的一侧呈直线排列，所述各个第一高压二极管在所述第一基板的另一侧呈直线排列；

所述中高压三电平撬棒电路中的各个第二高压IGBT和各个第二高压二极管均位于第二基板；所述各个第二高压IGBT在所述第二基板的一侧呈直线排列，所述各个第二高压二极管在所述第二基板的另一侧呈直线排列。

3.根据权利要求1所述的中高压三电平撬棒电路，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板上的各个接线端子之间均是采用铜排实现电连接。

4.根据权利要求1所述的中高压三电平撬棒电路，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板均以电缆作为引出线。

5.一种中高压三电平变流器，其特征在于，包括：中高压三电平变流器本体，以及位于系统直流侧的权利要求1-4中任一项所述的中高压三电平撬棒电路。

6.一种风力并网发电系统，其特征在于，包括风力发电机组、与所述风力发电机组相连接的中高压三电平变流器，以及位于系统直流侧的权利要求1-4中任一项所述的中高压三电平撬棒电路。