CN204681259U - 单相功率单元及变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单相功率单元及变流器。该单相功率单元包括：IGBT模块和直流支撑电容，直流支撑电容通过第一连接件与IGBT模块电气连接，第一连接件为复合母排。采用复合母排连接可以有效降低杂散电感，进而减小直流支撑电容纹波，降低直流支撑电容发热量。

Description

单相功率单元及变流器

技术领域

本实用新型涉及风力发电设备领域，尤其涉及一种单相功率单元及变流器。

背景技术

风力发电机组是将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的机械设备。风能是低密度能源，具有不稳定和随机性的特点，因此通过风力发电机组产生的未经调制的电能不稳定，不能直接接入电网。为了解决这一问题，现有技术中在风力发电机组与电网之间加设变流器，变流器将不断变化的电能转换为频率、电压恒定的交流电馈入电网，以保证风力发电机组稳定可靠的并网运行。

随着风力发电技术的发展和提升，风力发电机组的输出功率越来越大，相应地，风电变流器的功率等级也在不断提升，变流器的功率单元作为其关键部件，重量和体积也相应增加。

现有的风电变流器为减小支撑电容纹波电流，采用三相功率单元，但是随着功率的不断增加，用的三相功率单元体积、重量也会不断增加，不利于维护、维修。另外，在运行过程中若三相功率单元其中一个元件损坏则需进行整个模块的拆卸和更换，造成维修困难和维修成本高的问题。单相功率单元由于其具有重量轻、拆解方便、易于维护等特点在变流器上得到了广泛应用。现有的单相功率单元的元件之间、模块之间采用普通的直流排进行连接，在工作时，由于相与相之间换流会引起谐振，进而增加模块内直流支撑电容的纹波，增大直流支撑电容的发热量。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种单相功率单元及变流器，以解决现有技术中采用单相功率单元内直流支撑电容发热量大的问题。

为达到上述目的，本实用新型的实施例提供一种单相功率单元，其包括：IGBT模块；直流支撑电容，直流支撑电容通过第一连接件与IGBT模块电气连接，第一连接件为复合母排。

进一步地，单相功率单元具有与第一连接件连接的直流输出排，直流输出排为复合母排。

进一步地，单相功率单元还包括驱动测量保护模块，驱动测量保护模块与IGBT模块的控制口电气连接。

进一步地，单相功率单元还包括吸收电容，吸收电容与IGBT模块并联。

进一步地，单相功率单元具有散热模块，IGBT模块固定设置在散热模块上。

进一步地，散热模块为风冷模块或水冷模块或热管散热模块。

根据本实用新型的实施例的另一方面提供一种变流器，其包括依次连接的至少三个单相功率单元，至少三个单相功率单元中至少一个为上述的单相功率单元。

进一步地，至少三个单相功率单元均具有直流输出排，相邻两个单向功率单元的直流输出排通过第二连接件电气连接，第二连接件为复合母排。

进一步地，变流器还包括主正母排和主负母排，单相功率单元的直流输出排分别与主正母排和主负母排连接。

进一步地，变流器包括柜体，至少三个单相功率单元依次沿柜体的高度方向可拆卸地设置。

本实用新型的实施例的单相功率单元采用复合母排连接IGBT模块和直流支撑电容，以减小杂散电感，进而降低直流支撑电容的发热量。

附图说明

图1为根据本实用新型的实施例的单相功率单元的立体结构示意图；

图2为根据本实用新型的实施例的单相功率单元的主视图；

图3为根据本实用新型的实施例的单相功率单元的电路示意图；

图4为根据本实用新型的实施例的单相功率单元的另一视角的立体结构示意图；

图5为根据本实用新型的实施例的另一方面的变流器的两个单相功率单元连接的主视图。

附图标记说明：

10、单相功率单元；11、IGBT模块；12、直流支撑电容；13、第一连接件；14、直流输出排；15、驱动测量保护模块；16、吸收电容；17、水冷散热管；18、交流输出排；19、控制接口；21、第二连接件；91、固定位置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例的单相功率单元和变流器进行详细描述。

名词解释：

IGBT：英文为Insulated Gate Bipolar Transistor，中文为绝缘栅双极型晶体管。

参见图1所示，根据本实用新型的实施例，单相功率单元包括IGBT模块11和直流支撑电容12，直流支撑电容12通过第一连接件13与IGBT模块11电气连接，第一连接件13为复合母排。由于复合母排采用正负极平行层叠分布的结构形式，其可以降低线路分布电感，从而降低功率元件两端的反向尖峰电压，降低功率器件对电压保护吸收电路的要求，提高功率器件运行的可靠性和稳定性，同时可以提高电路的集成度，便于维修维护。采用复合母排连接IGBT模块11与直流支撑电容12可以减小杂散电感，提高单相功率单元的性能，减少直流支撑电容12的发热量，进而提高直流支撑电容12的使用寿命。

参见图2所示，单相功率单元还包括壳体(图中未标示)，壳体用于承载其它部件，且当单相功率单元应用至变流器中时用于固定到其它固定物上。壳体上设置有至少两个固定位置91，以通过连接件与固定物连接，连接件可以为螺钉、螺母等。

参见图1及图2，单相功率单元还包括直流输出排14，该直流输出排14固定在壳体上，其与第一连接件13连接，用于对外输出直流电。在本实施例中，该直流输出排14为复合母排，作为单相功率单元的直流母线的对外接口。采用复合母排作为直流输出排14的单相功率单元在与其它的单相功率单元连接进行相与相之间换流时，可以减少换流路径上的杂散电感，进而减少单相功率单元内的直流支撑电容12上的谐振电流，以降低直流支撑电容12的纹波，减少直流支撑电容12的发热量，提高直流支撑电容12的使用寿命，进而增加单相功率单元的使用寿命和系统的稳定性。

继续参见图2，单相功率单元还包括交流输出排18，其用于输出交流电，该交流输出排18连接在IGBT模块11上，且一端伸出壳体。单相功率单元还包括控制接口19，用于接收控制信号以便对单相功率单元进行控制，控制接口19固定在壳体上，其类型可以根据需求选择不同的接口类型。

在本实施中，直流支撑电容12为直流膜电容。直流支撑电容12设置在壳体内部。需要说明的是，在其它实施例中，可以根据不同的需求选用不同的电容。

参见图3所示，单相功率单元还包括驱动测量保护模块15，用于与IGBT模块11连接，以驱动IGBT模块11并对IGBT模块11进行测量和保护，使IGBT模块11可以稳定安全地运行。具体地，驱动测量保护模块15与IGBT模块11的控制口电气连接。

在本实施例中，驱动测量保护模块15包括驱动子模块、测量子模块和控制保护子模块等。驱动子模块与IGBT模块11电气连接，并驱动IGBT模块11工作。测量子模块用于测量IGBT模块11参数并输出给控制保护子模块，控制子模块根据接收到的参数进行控制，以保护IGBT模块11的工作安全。

当然，驱动测量保护模块15也可以是现有的IGBT驱动电路或IGBT驱动板等，只要能够对IGBT模块11进行驱动即可。

继续参见图3，优选地，在IGBT模块11上并联有吸收电容16，吸收电容16用于吸收IGBT模块11关断时由于杂散电感引起的电压突波，保证IGBT模块11的安全，进而保证单相功率单元的安全性和可靠性。

如图4所示，单相功率单元还包括固定设置在壳体上的用作散热模块的水冷散热管17，用于帮助IGBT模块11等部件散热，保证各部件处于合适的工作温度，以保证部件的使用寿命。

在本实施例中，通过水冷散热管17进行水冷散热，散热效果好，散热效率高，且噪音小，可控性好。在其它实施例中，可以根据不同的散热需求而选定不同的散热方式，例如，风力模块、水冷模块或是热管散热模块或几者散热方式的组合等。

根据本实用新型的实施例的另一方面，提供一种变流器包括至少三个单相功率单元10，该至少三个单相功率单元10中至少一个为上述的单相功率单元10。优选地，采用三个上述的单相功率单元10组合连接成一个三相功率单元，由此可以满足变流器的需求，且单相功率单元10的体积小、便于拆卸和更换，当其中任一损坏时仅需对损坏的单相功率单元10进行更换，维修成本低。

具体地，变流器包括柜体，各单相功率单元10依次沿柜体的高度方向可拆卸地设置。这样设置一方面方便更换和拆卸，另一方面方便布线和连接，也可以提高可靠性。

如图5所示，变流器中两个相邻的单相功率单元10具有直流输出排14，二者的直流输出排14通过第二连接件21电气连接，第二连接件21为复合母排。此外，变流器还包括主正母排和主负母排，单相功率单元10的直流输出排14分别与主正母排和主负母排连接。

该变流器的单相功率单元10之间采用复合母排连接，降低了单相功率单元10间换流回路的杂散电感，减小换流时的谐振纹波。

本实用新型的变流器通过优化单相功率单元的结构，即：单相功率单元内的IGBT模块与直流支撑电容之间均采用复合母排连接，有效降低了直流支撑电容的谐振电流，使得直流支撑电容纹波大大降低，进而减少直流支撑电容的发热，提高直流支撑电容的使用寿命；并且改变单相功率单元之间的连接方式，即：变流器的单相功率单元10之间采用复合母排连接，有效地减小了单相功率单元之间的换流路径的杂散电感，增加整个系统的稳定性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种单相功率单元，其特征在于，包括：

IGBT模块(11)；

直流支撑电容(12)，所述直流支撑电容(12)通过第一连接件(13)与所述IGBT模块(11)电气连接，所述第一连接件(13)为复合母排。

2.根据权利要求1所述的单相功率单元，其特征在于，所述单相功率单元具有与所述第一连接件(13)连接的直流输出排(14)，所述直流输出排(14)为复合母排。

3.根据权利要求1或2所述的单相功率单元，其特征在于，所述单相功率单元还包括驱动测量保护模块(15)，所述驱动测量保护模块(15)与所述IGBT模块(11)的控制口电气连接。

4.根据权利要求1或2所述的单相功率单元，其特征在于，所述单相功率单元还包括吸收电容(16)，所述吸收电容(16)与所述IGBT模块(11)并联。

5.根据权利要求1或2所述的单相功率单元，其特征在于，所述单相功率单元具有散热模块，所述IGBT模块(11)固定设置在所述散热模块上。

6.根据权利要求5所述的单相功率单元，其特征在于，所述散热模块为风冷模块、水冷模块或热管散热模块。

7.一种变流器，其特征在于，包括依次连接的至少三个单相功率单元(10)，所述至少三个单相功率单元(10)中至少一个为权利要求1至6中任一项所述的单相功率单元(10)。

8.根据权利要求7所述的变流器，其特征在于，所述至少三个单相功率单元(10)均具有直流输出排(14)，相邻两个所述单相功率单元(10)的直流输出排(14)通过第二连接件(21)电气连接，所述第二连接件(21)为复合母排。

9.根据权利要求8所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括主正母排和主负母排，所述单相功率单元(10)的直流输出排(14)分别与所述主正母排和所述主负母排连接。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的变流器，其特征在于，所述变流器包括柜体，所述至少三个单相功率单元(10)依次沿所述柜体的高度方向可拆卸地设置。