CN208190505U - 一种变流器的主回路布局 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种变流器的主回路布局，包括在柜体内自上而下依次设置的机侧组件、功率单元组件和网侧组件；功率单元组件的输入端口与机侧组件的输出端口临近，且通过导体实现电性连接；网侧组件的输入端口和功率单元组件的输出端口临近，且通过导体实现电性连接。本申请通过上述主回路布局，功率单元组件居中，机侧组件位于功率单元的上方，网侧电感与网侧开关位于功率单元的下方，整机采用从上到下的布局模式，以及将相邻器件的输入输出端口彼此临近设置，可实现电气直连，减少连接长度，整个连接顺畅，减少了电气导体的用量、折弯和电气搭接点。

Description

一种变流器的主回路布局

技术领域

本实用新型涉及风电技术领域，具体涉及变流器的主回路布局与连接。

背景技术

变流器的主回路部分主要分为三个部分：①机侧接口到功率单元部分，可称为机侧组件；②功率模块及其附属结构件，可称为功率单元组件；③功率单元后端到网侧接口，可称为网侧组件。机侧组件、功率单元组件、网侧组件之间需要使用电气连接，而不同组件所处的布局就决定了电气连接距离的长短。

如图1所示，电缆从机侧下进线，经过电感上行到功率单元，通过共用母排，将机侧功率单元和网侧功率单元连接成一个整体，再从网侧功率单元下行到电感。汇流之后横穿整个电感柜连接网侧开关，再到电网。网侧电感到网侧开关的过程中，由于电感和网侧开关都是立体的，再加上维护的需要，连接铜排只能从电感的前端绕到开关的后端，在转弯和连接的过程需要较多的折弯、转向、搭接，铜排的用量较大，再加上之前的汇流和往复的连接，整机铜排用量更大。功率流从下往上，再由上往下，然后由右到左，来回折返，功率流绕道较多。

图2为单相功率单元背靠背变流器主回路连接及其功率流示意图，其中，a为整机外观图，b为机侧功率单元侧示意图，c为网侧功率单元侧示意图；如图2所示，背靠背机型机侧上进线，下行经过机侧开关，再通过水平折弯连接到机侧电感。机侧电感铜排上行连接到机侧模块交流端，经过共用母排的连接达到网侧功率模块。网侧模块再往下，连接到网侧电感，接着水平折弯到网侧断路器，断路器下出线与电网连接。背靠背机型主回路的连接来回往复多次，铜排搭接和折弯连接较多。与图1的连接类似，因而背靠背布局模式的整机铜排用量和连接点较多。

图3a、b、c为国外某大型企业最新型的变流器(三相功率单元背靠背变流器)主回路连接及其功率流示意图，图3a为变流器主回路布局示意图，图3b为变流器主回路的机侧功率单元侧的功率流示意图，3c为变流器主回路的网侧功率单元侧的功率流示意图；如图3a、b、c所示，各个部件之间的电气连接及其功率流主要如下所示。首先，机侧上进线，电缆经过顶部进线孔位，到达机侧接线连接铜排⑦，接着直接直连到机侧功率单元⑤的机侧进线端口，机侧功率单元⑤的直流端口连接到机侧共用直流母排，与机侧功率单元连接的共用直流母排与正后方的网侧功率单元的共用直流母排通过贯穿机柜深度方向的铜排连接，网侧共用直流母排直连到网侧功率单元⑩，而⑩的交流输出端连接到汇流排，汇流排在汇流完所有交流输出后延伸到达网侧电感的一个连接端口，而的另一个端口与网侧开关⑧的端口点连接，⑧的另一个端口与网侧接线端口⑨连接。整个连接和功率流相对顺畅，由于使用单独的机侧或则网侧三相功率单元，则中间的共用母排的用量比较的多、搭接点多；而网侧电感与功率单元基本在一个水平面，需要汇流排与相连，耗费汇流排较多，产生较多的搭接点。随着整机功率的增加，汇流排的用量和搭接点的数量会越来越多。而且整机的主回路连接与功率流，先从上到下，贯穿深度方向的机柜，再从下到上，直接水平汇流横穿整个功率柜。虽然功率模块的高度较高节省了上下的连接长度，但来回往复和连接依然会消耗较多的汇流排和增加连接点，造成成本增加，损耗过大。

综合可得，现有机型的主回路存在较多的来回往复、折弯，汇流连接，其连接铜排的用量和搭接点较多，变流器内部功率流不顺畅，成本较高，线路损耗较大。

实用新型内容

在下文中给出了关于本实用新型实施例的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本申请的一个方面，提供一种变流器的主回路布局，包括在柜体内自上而下依次设置的机侧组件、功率单元组件和网侧组件；功率单元组件的输入端口与机侧组件的输出端口临近，功率单元组件的输入端口与机侧组件的输出端口通过导体实现电性连接；网侧组件的输入端口和功率单元组件的输出端口临近，网侧组件的输入端口和功率单元组件的输出端口通过导体实现电性连接。所述网侧组件包括网侧电感和网侧开关，网侧电感设于功率单元组件的下方，网侧电感和功率单元组件通过导体电性连接；网侧开关设于网侧电感的一侧，网侧电感的输出端口与网侧开关的输入端口临近设置，且通过导体实现电性连接。

其中，机侧组件、功率单元组件和网侧组件三者在竖直方向呈上中下模式布局，但不仅限于在同一竖直线上，各器件在各自的上中下区域中的前后、左右、上下的摆放位置可根据实际需求调整。本申请通过上述主回路布局，功率单元组件居中，机侧组件位于功率单元的上方，网侧电感与网侧开关位于功率单元的下方，整机采用从上到下的布局模式，以及将相邻器件的输入输出端口彼此临近设置，可实现电气直连，减少连接长度，整个连接顺畅，减少了电气导体的用量、折弯和电气搭接点。

进一步的，所述功率单元组件包括至少一个集成的单相模块，所述集成的单相模块包括集成一起的机侧模块、网侧模块和母线电容，其中机侧模块和网侧模块分别设置在母线电容的两侧。优选的，所述机侧模块、母线电容和网侧模块呈纵向分布，也即机侧模块、母线电容、网侧模块为上中下结构，机侧模块和网侧模块分别在设于母线电容的上下两侧。当然，机侧模块、母线电容、网侧模块也可为左中右结构。

所述功率单元组件还包括驱动单板、模块母排以及交流出线端口，母线电容安装于模块母排上，模块交流端口就近出线。

当集成多个单相模块时，该功率单元组件还包括共用母排，模块母排的侧出线与该共用母排连接。

优选的，所述网侧模块临近网侧组件而设置。机侧开关与机侧电感电性连接，机侧电感和功率单元组件中的机侧模块连接。

同样的，所述机侧模块临近机侧组件而设置。功率单元组件中的网侧模块与网侧电感电性连接，网侧电感与网侧开关电性连接。

优选的，所述功率单元组件位于机侧组件的下部，功率单元组件的输入端口设于其顶部，机侧组件的输出端口设于其下部，以使功率单元组件的输入端口与机侧组件的输出端口临近。所述网侧组件位于功率单元组件的下部，网侧组件的输入端口设于其上部，功率单元组件的输出端口设于其底部，以使网侧组件的输入端口和功率单元组件的输出端口临近。

所述机侧组件是电路连接件，或者是电路连接件与机侧开关的组合，或者是电路连接件与机侧电感的组合，或者，所述机侧组件是电路连接件、机侧开关和机侧电感的组合。当机侧组件是电路连接件、机侧开关和机侧电感的组合时，所述机侧电感设于功率单元组件的上方，机侧电感和功率单元组件通过导体电性连接；机侧开关设于机侧电感的一侧，机侧电感的输出端口与机侧开关的输入端口临近设置，且通过导体实现电性连接。

本申请通过采用上述新的主回路布局方案，在变流器内部功率流顺畅，输入端与输出端的连接端口相邻，可直接连接，内部连接无来回往复、大范围的折弯、长距离的汇流连接，电气点间转向或折弯搭接少，减少主回路导电体的使用和电气搭接点，整机功率流顺畅，降低了整机成本，减小了回路中的损耗，提高整机性价比。

附图说明

本实用新型可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本实用新型的优选实施例和解释本实用新型的原理和优点。在附图中：

图1为单相功率单元一字型变流器主回路连接及其功率流示意图；

图2为单相功率单元背靠背变流器主回路连接及其功率流示意图，其中，a为整机外观图，b为机侧功率单元侧示意图，c为网侧功率单元侧示意图；

图3a为三相功率单元背靠背变流器主回路布局示意图，图3b为变流器主回路的机侧功率单元侧的功率流示意图，3c为变流器主回路的网侧功率单元侧的功率流示意图；

图4a为本申请的整机主回路连接及其功率流示意图，图4b为图4a中的A向视图，图4c为图4a中的B向视图；

图5a为本申请的整机主回路的功率流示意图，图5b为本申请的整机主回路的另一侧面的功率流示意图。

具体实施方式

下面将参照附图来说明本实用新型的实施例。在本实用新型的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本申请是一种风电变流器主回路的布局，根据风机系统中机舱在高处、变流器在塔基平台、箱变在室外地面或者塔基底层的特征，合理的布局变流器内部主回路器件。参见图4a、图4b和图4c，变流器主回路组件主要包括机侧开关1、机侧电感2、功率单元组件3、网侧电感4、网侧开关5、机侧端口6、网侧端口7以及其它辅助器件12。其中，功率单元组件3在单个模块内部集成机侧模块、网侧模块、母线电容、驱动单板、模块母排、共用母排以及交流出线端口。即，功率单元组件3包括至少一个集成的单相模块，每个单相模块包括集成一起的机侧模块、网侧模块、母线电容。当采用多个集成的单相模块时，多个单相模块之间通过共用母排连接。每一个集成的单相模块的母线电容居中安装于模块母排上，机侧模块、母线电容和网侧模块呈纵向分布，也即机侧模块、母线电容、网侧模块为上中下结构，机侧模块和网侧模块分别在设于母线电容的上下两侧；功率模块的模块母排侧出线与内部共用母排连接，模块交流端口就近出线。网侧模块临近网侧电感4而设置。

在其他实施方式中，机侧模块、母线电容和网侧模块还可以呈水平分布，也即机侧模块、母线电容、网侧模块为左中右结构，机侧模块和网侧模块分别在设于母线电容的左右两侧。

机侧开关1通过第一导体8与机侧电感2连接，机侧电感2通过第二导体9和功率单元组件3中的机侧模块连接，功率单元组件3中的网侧模块通过第三导体10和网侧电感4连接，网侧电感4通过第四导体11与网侧开关5连接。

首先，整机的机侧端口6连接机侧开关1的一端，机侧开关1放置于机侧电感2旁边，机侧开关1的另一端靠近机侧电感2的一个端口，通过第一导体8连接。

功率单元组件3居中，位于机侧电感2的下方。功率单元组件3中，机侧模块在上，网侧模块在下。由于机侧电感2和机侧开关1有一定的深度尺寸，使得机侧电感2的另一个端口与机侧模块的交流端口基本在同一个竖直线上，端口临近，通过第二导体9连接。

网侧电感4放置于功率单元组件3的下方，功率单元组件3的网侧模块交流端口与电感的一个端口临近，亦可采用第三导体10连接。网侧开关5放置于网侧电感4旁，则网侧电感4的另一个端口和网侧开关5的一个端口相邻，通过第四导体11连接，网侧开关5的另一个端口与连接，之后与电网连接。

本申请的主回路布局方案，在变流器内部功率流顺畅，输入端与输出端的连接端口相邻，可直接连接，内部连接无来回往复、大范围的折弯、长距离的汇流连接，电气点间转向或折弯搭接少，减少主回路导电体的使用和电气搭接点，整机功率流顺畅，降低了整机成本和损耗，提高整机性价比。

整机功率流示意图参见图5a和图5b中的箭头指向，图5a为整机侧面视图，图5b为整机另一侧面视图。整机连接及其功率流从机侧端口6输入，竖直往下，与机侧开关1的一端连接，经过机侧开关1，机侧开关1的另一个端口与机侧电感2的一个端口连接，之后机侧电感2的另一个端口与功率单元组件3的机侧模块交流端口连接，完成机侧组件与功率单元组件3的连接。功率单元组件3的网侧模块交流端口与网侧电感4的一个端口连接，网侧电感4的另一个端口与网侧开关5的一端连接，而网侧开关5的另一个端口即可与电网连接。整机器件之间的连接距离短，功率流顺畅，无来回往复的连接、长距离汇流、转向或折弯的电气连接点。

本实用新型通过将各个器件之间合理的布局，整机功率流从上到下，减小了电气连接的距离，减少了电气连接的搭接点，从而降低整机成本，降低线路阻抗，减小损耗，提高效率。

尽管上面已经通过对本实用新型的具体实施例的描述对本实用新型进行了披露，但是，应该理解，上述的所有实施例和示例均是示例性的，而非限制性的。本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本实用新型的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种变流器的主回路布局，其特征在于：包括在柜体内自上而下依次设置的机侧组件、功率单元组件和网侧组件；

所述功率单元组件位于机侧组件的下部，功率单元组件的输入端口与机侧组件的输出端口临近，功率单元组件的输入端口与机侧组件的输出端口通过导体实现电性连接；

所述网侧组件位于功率单元组件的下部，网侧组件的输入端口和功率单元组件的输出端口临近，网侧组件的输入端口和功率单元组件的输出端口通过导体实现电性连接；

所述网侧组件包括网侧电感和网侧开关，网侧电感设于功率单元组件的下方，网侧电感和功率单元组件通过导体电性连接；网侧开关设于网侧电感的一侧，网侧电感的输出端口与网侧开关的输入端口临近设置，且通过导体实现电性连接。

2.根据权利要求1所述的变流器的主回路布局，其特征在于：所述功率单元组件包括至少一个集成的单相模块，所述集成的单相模块包括集成一起的机侧模块、网侧模块和母线电容，其中机侧模块和网侧模块分别设置在母线电容的两侧。

3.根据权利要求2所述的变流器的主回路布局，其特征在于：所述机侧模块、母线电容和网侧模块呈纵向分布，机侧模块和网侧模块分别在设于母线电容的上下两侧。

4.根据权利要求2所述的变流器的主回路布局，其特征在于：所述机侧模块临近机侧组件而设置。

5.根据权利要求2所述的变流器的主回路布局，其特征在于：所述功率单元组件还包括驱动单板、模块母排以及交流出线端口，母线电容安装于模块母排上，模块交流端口就近出线。

6.根据权利要求1或2所述的变流器的主回路布局，其特征在于：所述功率单元组件的输入端口设于其顶部，机侧组件的输出端口设于其下部。

7.根据权利要求1或2所述的变流器的主回路布局，其特征在于：所述网侧组件的输入端口设于其上部，功率单元组件的输出端口设于其底部。

8.根据权利要求1或2所述的变流器的主回路布局，其特征在于：所述机侧组件是电路连接件，或者是电路连接件与机侧开关的组合，或者是电路连接件与机侧电感的组合。

9.根据权利要求1或2所述的变流器的主回路布局，其特征在于：所述机侧组件是电路连接件、机侧开关和机侧电感的组合。

10.根据权利要求9所述的变流器的主回路布局，其特征在于：所述机侧电感设于功率单元组件的上方，机侧电感和功率单元组件通过导体电性连接；机侧开关设于机侧电感的一侧，机侧电感的输出端口与机侧开关的输入端口临近设置，且通过导体实现电性连接。