CN210898546U - 功率单元、变流装置和微电网动态扰动控制系统 - Google Patents

功率单元、变流装置和微电网动态扰动控制系统 Download PDF

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Abstract

提供一种功率单元、变流装置和微电网动态扰动控制系统,所述功率单元包括:并联IGBT单元;直流母线,包括第一直流母线和第二直流母线,其中,第一直流母线与所述并联IGBT单元的第一直流端口电连接,第二直流母线与所述并联IGBT单元的第二直流端口电连接;交流母线,连接所述并联IGBT单元的交流端口;其中,所述第一直流母线和所述第二直流母线关于所述交流母线镜像对称设置。本实用新型提供的功率单元将与并联IGBT单元的第一直流端口电连接的第一直流母线和与并联IGBT单元的第二直流端口电连接的第二直流母线布置为关于与并联IGBT单元的交流端口连接的交流母线对称,从而减少对均流产生影响。

Description

功率单元、变流装置和微电网动态扰动控制系统
技术领域
本实用新型涉及微电网技术领域,更具体地讲,涉及一种功率单元、变流装置和微电网动态扰动控制系统。
背景技术
微电网作为一种可充分利用新能源发电的新型电网形式,存在交直流灵活供电模式并且可运行在孤岛和并网两种状态。在实际运行过程中,可通过对变流器的控制来实现微电网的稳定运行。
在微电网中还可以通过增加储能系统,在应对系统功率不平衡、并离网切换、微源退出、孤岛和故障等工况,配置的储能系统通过对储能变换器的充放电控制,能够快速注入有功和无功,抑制电网波动,保证微电网动态稳定性。
微电网动态扰动控制系统是一种复杂的电力电子设备,其技术涉及电力电子技术、控制技术、结构设计、电气设计等,由于其功率模块故障率较高,模块的拆装维护成为结构设计的重点课题,市场上大多数模块对电气连接的插拔安装研究较多,忽略了对机械结构安装的改进。
特别地,变流器中IGBT功率模块存在多种结构形式,但是现有的IGBT功率模块由于结构设计不合理,导致并联连接的两个IGBT模块均流效果较差,影响设备的运行寿命。
实用新型内容
本实用新型提供一种功率单元、变流装置和微电网动态扰动控制系统,以提供结构简单、可操作性强和便于维护的变流装置。
根据本实用新型的一方面,提供一种功率单元,包括:并联IGBT单元,直流母线,包括第一直流母线和第二直流母线,其中,第一直流母线与所述并联IGBT单元的第一直流端口电连接,第二直流母线与所述并联IGBT单元的第二直流端口电连接;交流母线,连接所述并联IGBT单元的交流端口;其中,所述第一直流母线和所述第二直流母线关于所述交流母线镜像对称设置。
可选地,所述并联IGBT单元包括第一IGBT模块和第二IGBT模块,其中,所述第一IGBT模块和所述第二IGBT模块关于所述交流母线对称设置。
可选地,还包括驱动器,用于驱动所述并联IGBT单元,其中,所述驱动器关于所述交流母线的中轴线对称设置。
可选地,所述交流母线向所述功率单元的电容侧引出。
可选地,所述交流母线为铜排。
根据本实用新型的一方面,提供一种变流装置,包括:直流进线接口;如上文所述的功率单元,其中,所述功率单元的第一直流母线和第二直流母线分别与所述直流进线接口电连接;交流进线接口,与所述功率单元的交流母线电连接。
可选地,所述变流装置还包括:
第一主回路开关器件,设置在所述直流进线接口和所述功率单元之间;
第二主回路开关器件,设置在所述交流进线接口和所述功率单元之间。
可选地,所述变流装置还包括:
二次控制装置,提供所述功率单元、第一主回路开关器件和第二主回路开关器件的电源。
可选地,所述变流装置还包括第一柜体和第二柜体,所述直流进线接口布置在所述第一柜体的下部,所述交流进线接口布置在所述第二柜体下部。
根据本实用新型的一方面,提供一种微电网动态扰动控制系统,包括:如上文所述的变流装置;储能装置,与所述直流进线接口电连接;其中,所述变流装置的交流进线接口连接至微电网的交流母线,所述变流装置利用所述储能装置向微电网的交流母线提供能量支撑。
本实用新型提供的功率单元将与并联IGBT单元的第一直流端口电连接的第一直流母线和与并联IGBT单元的第二直流端口电连接的第二直流母线布置为关于与并联IGBT单元的交流端口连接的交流母线对称,从而减少对均流产生影响。
此外,本实用新型提供的功率单元将第一IGBT模块和第二IGBT模块布置为关于交流母线对称,从而交流母线产生的磁场对第一IGBT模块和第二IGBT模块影响相同,不会对均流产生影响,并避免了“吸引”或者“挤出”效应。
此外,本实用新型提供的功率单元将驱动器布置为关于交流母线的中轴线对称,从而交流母线产生的磁场对驱动器的影响较小。
此外,本实用新型提供的功率单元向功率单元的电容侧引出交流母线,便于采用插拔方式安装模块,同时减少交流母线对驱动器的影响。
此外,本实用新型提供的变流装置将直流进线接口、主回路开关器件中的第一主回路开关器件和功率单元布置在第一柜体中,并将二次控制装置、主回路开关器件中的第二主回路开关器件和交流进线接口布置在与第一柜体邻近的第二柜体中,实现了动态扰动控制系统的变流装置的直流侧到交流侧的结构设计,直流进线和交流进线均设置在柜体下部,结构简单、可操作性强和便于维护等。
此外,本实用新型提供的微电网动态扰动控制系统通过使用根据实用新型提供的变流装置利用储能装置向微电网的交流母线提供能量支撑,从而稳定地向微电网供电。
附图说明
通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述,本实用新型的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚,其中:
图1是示出根据本实用新型的示例性实施例的动态扰动控制系统的变流装置的示意图;
图2是示出根据本实用新型的示例性实施例的直流母线、交流母线和功率单元的安装位置示意图;
图3是示出根据本实用新型的示例性实施例的功率单元的结构图;
图4是示出根据本实用新型的示例性实施例的功率单元的电路拓扑图;
图5是示出根据本实用新型的另一示例性实施例的功率单元的电路拓扑图;
图6是示出根据本实用新型的示例性实施例的微电网拓扑图。
附图标记说明:
1:功率单元;2:主回路开关器件;3:直流进线接口;4:二次控制装置;5:交流进线接口;6:直流母线;7:交流母线;8:驱动器;9:并联IGBT单元;第一柜体:10;第二柜体:20;600:微电网;601:微电网交流母线;602:风力发电机组;603:光伏发电机组;604:柴油发电机;605:变流装置;606:储能装置;607:负载;609:大电网。
具体实施方式
现将详细参照本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中,相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例,以便解释本实用新型。
图1是示出根据本实用新型的示例性实施例的变流装置605的示意图。
参照图1,根据本实用新型的示例性实施例的变流装置605可包括功率单元1、主回路开关器件2、直流进线接口3、二次控制装置4、交流进线接口5。
这里,直流进线接口3可布置在第一柜体10的下部。根据本实用新型的示例性实施例,主回路开关器件2可包括第一主回路开关器件和第二主回路开关器件,第一主回路开关器件设置在所述直流进线接口3和所述功率单元1之间,第二主回路开关器件设置在所述交流进线接口5和所述功率单元1之间。其中,第一主回路开关器件连接到直流进线接口3,并布置在第一柜体10的中部。此外,功率单元1可连接到第一主回路开关器件,布置在第一柜体10的上部。请注意,当在本实用新型中使用术语“上部”、“中部”和“下部”等时,这些术语并不表示绝对的位置,而是表示相对的位置。例如,“上部”可表示位于“中部”之上,“中部”可表示位于“下部”之上。
另外,根据本实用新型的示例性实施例,二次控制装置4提供所述功率单元1、第一主回路开关器件和第二主回路开关器件的电源,二次控制装置4可在空间上布置在与第一柜体10邻近的第二柜体20的上部。第二主回路开关器件可布置在第二柜体20的中部。交流进线接口5可连接到第二主回路开关器件,并布置在第二柜体20的下部。
根据本实用新型的示例性实施例,通过如上所述地将动态扰动控制系统的变流装置605的直流进线接口3、主回路开关器件2中的第一主回路开关器件和功率单元1布置在第一柜体10中,并将动态扰动控制系统的变流装置605的二次控制装置4、主回路开关器件2中的第二主回路开关器件和交流进线接口5布置在与第一柜体10邻近的第二柜体20中,实现了动态扰动控制系统的变流装置605的结构简单、可操作性强和便于维护等。
在图1中,功率单元1设置为三组,分别对应微电网交流母线的三相母线。
图2是示出根据本实用新型的示例性实施例的包括在功率单元1中的直流母线6、交流母线7和并联IGBT单元9的安装位置示意图。
根据本实用新型的示例性实施例,并联IGBT单元9可包括第一IGBT模块和第二IGBT模块,其中,第一IGBT模块和第二IGBT模块关于交流母线7对称设置。例如,第一IGBT模块可对应于并联IGBT单元9中的位于交流母线7的中轴线上侧的IGBT模块,第二IGBT模块可对应于并联IGBT单元9中的位于交流母线7的中轴线下侧的IGBT模块。这里,第一IGBT模块和第二IGBT模块并联连接。
通常,第一IGBT模块和第二IGBT模块附近如果有强磁场,则第一IGBT模块和第二IGBT模块的均流会受到影响。如果第一IGBT模块和第二IGBT模块并联且并列安装,如果交流母线的输出电缆在摆放时靠近其中某一个IGBT模块而远离另一个,则均流性能就会出问题,原因是大电流在导线上流动时产生磁场对磁场内其他导通的电流产生“吸引”或者“挤出”效应。根据本实用新型的上述示例性实施例,将第一IGBT模块和第二IGBT模块布置为关于交流母线7对称,从而交流母线7产生的磁场对第一IGBT模块和第二IGBT模块影响相同,不会对均流产生影响,并避免了“吸引”或者“挤出”效应。
此外,根据本实用新型的示例实施例,动态扰动控制系统的变流装置605还可包括直流母线6。这里,直流母线6可包括第一直流母线61和第二直流母线62。第一直流母线与并联IGBT单元9的第一直流端口电连接,第二直流母线与并联IGBT单元9的第二直流端口电连接。其中,第一直流母线连接到第一IGBT模块,第二直流母线连接到第二IGBT模块。例如,第一直流母线可对应于直流母线6中的位于交流母线7的中轴线上侧的直流母线,第二直流母线可对应于直流母线6中的位于交流母线7的中轴线下侧的直流母线。
优选地,第一直流母线和第二直流母线可关于交流母线7镜像对称设置,从而减少对均流产生影响。
图3是示出根据本实用新型的示例性实施例的直流母线6、交流母线7、功率单元1和驱动器8的立体图。
参照图3,根据本实用新型的示例性实施例的功率单元1还可包括用于驱动功率单元1的驱动器8。优选地,驱动器8的安装位置关于交流母线7的中轴线对称,从而交流母线7产生的磁场对驱动器8的影响较小。
此外,优选地,交流母线7可向功率单元的电容侧引出。如图3所示,电容11设置在直流母线6的远离交流母线7的边缘位置,且位于直流母线6的远离驱动器8的一侧。交流母线7以弯折90度的方式朝向电容11引出。
根据本实用新型的示例性实施例,通过向功率单元1的电容侧引出交流母线7,便于采用插拔方式安装模块,同时减少交流母线7对驱动器8的影响。这里,交流母线7对驱动器8的影响也是由于大电流产生磁场原因导致。
在一个示例中,交流母线7设置为从驱动器8延伸至直流母线6外侧边缘的交流铜排。
图4是示出根据本实用新型的示例性实施例的功率单元1的电路拓扑图。
参照图4,第一直流母线61与并联IGBT单元9的第一直流端口C电连接,第二直流母线与并联IGBT单元9的第二直流端口E电连接。交流母线连接所述并联IGBT单元9的交流端口AC。
第四电阻R4和第六电阻R6分别是第一直流母线61的等效电阻,第七电阻R7和第九电阻R9分别是第二直流母线62的等效电阻。根据本实用新型的示例性实施例,第四电阻R4的大小可与第七电阻R7的大小相同,第六电阻R6的大小可与第九电阻R9的大小相同。通常,每条直流母线的电阻分量的差异,对两个IGBT模块的均流会有影响。然而,根据本实用新型的上述示例性实施例,由于第一直流母线61的第四电阻R4和第六电阻R6与第二直流母线62的第七电阻R7和第九电阻R9分别相同,且第一直流母线与第二直流母线完全对称,所以直流母线的电阻分量不会对均流产生影响。
图5是示出根据本实用新型的另一示例性实施例的功率单元1的电路拓扑图。
参照图5,第一电感L1和第二电感L3分别是第一直流母线61的等效杂散电感,第二电感L2和第四电感L4分别是第二直流母线62的等效杂散电感。根据本实用新型的示例性实施例,第一电感L1的大小可与第二电感L2的大小相同,第三电感L3的大小可与第四电感L4的大小相同。通常,每条直流母线的杂散电感分量的差异,对两个IGBT模块的均流会有影响。然而,根据本实用新型的上述示例性实施例,由于第一直流母线的第一电感L1和第三电感L3与第二直流母线的第二电感L2和第四电感L4分别相同,且第一直流母线与第二直流母线完全对称,所以直流母线的杂散电感不会对均流产生影响。
图6是根据本实用新型的示例性实施例的微电网的拓扑结构图。微电网600包括连接至微电网交流母线601的分布式电源、动态扰动控制系统和至少一个负载607。微电网600通过并网开关连接至大电网609。其中,分布式电源例如可以为风力发电机组602、光伏发电机组603或者柴油发电机604等。在微电网中可以有一个或者多个分布式电源存在。动态扰动控制系统包括变流装置605和储能装置606,其中,变流装置605对储能装置606进行充放电控制以向交流母线601提供能量支撑。
这里,储能装置606可与变流装置605的直流进线接口电连接,变流装置605的交流进线接口连接至微电网交流母线601。此外,变流装置605利用储能装置606向微电网的交流母线提供能量支撑。
虽然已表示和描述了本实用新型的一些示例性实施例,但本领域技术人员应该理解,在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下,可以对这些实施例进行修改。

Claims (10)

1.一种功率单元,其特征在于,包括:
并联IGBT单元;
直流母线,包括第一直流母线和第二直流母线,其中,第一直流母线与所述并联IGBT单元的第一直流端口电连接,第二直流母线与所述并联IGBT单元的第二直流端口电连接;
交流母线,连接所述并联IGBT单元的交流端口;
其中,所述第一直流母线和所述第二直流母线关于所述交流母线镜像对称设置。
2.根据权利要求1所述的功率单元,其特征在于,所述并联IGBT单元包括第一IGBT模块和第二IGBT模块,其中,所述第一IGBT模块和所述第二IGBT模块关于所述交流母线对称设置。
3.根据权利要求1或2所述的功率单元,其特征在于,还包括:
驱动器,用于驱动所述并联IGBT单元,其中,所述驱动器关于所述交流母线的中轴线对称设置。
4.根据权利要求1所述的功率单元,其特征在于,所述交流母线向所述功率单元的电容侧引出。
5.根据权利要求1所述的功率单元,其特征在于,所述交流母线为铜排。
6.一种变流装置,其特征在于,包括:
直流进线接口;
如权利要求1-5中任一项所述的功率单元,其中,所述功率单元的第一直流母线和第二直流母线分别与所述直流进线接口电连接;
交流进线接口,与所述功率单元的交流母线电连接。
7.根据权利要求6所述的变流装置,其特征在于,还包括:
第一主回路开关器件,设置在所述直流进线接口和所述功率单元之间;
第二主回路开关器件,设置在所述交流进线接口和所述功率单元之间。
8.根据权利要求7所述的变流装置,其特征在于,还包括:
二次控制装置,提供所述功率单元、第一主回路开关器件和第二主回路开关器件的电源。
9.根据权利要求6所述的变流装置,其特征在于,所述变流装置还包括第一柜体和第二柜体,所述直流进线接口布置在所述第一柜体的下部,所述交流进线接口布置在所述第二柜体下部。
10.一种微电网动态扰动控制系统,其特征在于,包括:
如权利要求6所述的变流装置;
储能装置,与所述直流进线接口电连接;
其中,所述变流装置的交流进线接口连接至微电网的交流母线,所述变流装置利用所述储能装置向微电网的交流母线提供能量支撑。
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