專利名稱：一種用于風力發電的三電平變流器的模塊化結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種功率器件，具體涉及一種用于風力發電的三電平變流器的模塊化 結構。
背景技術：
隨著風力發電技術的發展和進步，出于經濟性的考慮，當前的風電單機容量越來 越高，因此驅動風力發電機的變流器功率也越來越高。同時為了提高整個系統的效率，減小 系統的熱損耗，大功率的風力發電系統趨于采用中高壓的電壓等級。鑒于當前電力電子器 件的發展水平，如果繼續采用兩電平的拓撲結構，在中高壓場合需要多只電力電子器件的 串聯，而串聯電力電子器件的靜態和動態的均壓問題解決起來比較困難，從而降低整個系 統的可靠性。三電平拓撲結構由于采用了箝位二極管或箝位電容，順利地解決了均壓的問 題，使得低電壓等級的電力電子器件在中高壓變流器系統的應用成為可能。由于電容箝位 的三電平拓撲中箝位電容的電平控制比較復雜，當前應用中多采用二極管箝位的三電平結 構。隨著電力電子技術的發展，模塊的功率密度越來越高，這就要求對器件提供較好 的散熱方式，以滿足其安全工作的條件。在大功率的變流器系統中，由于電力電子器件的發 熱量較大，通常采用水冷散熱器。水冷散熱器是根據器件的開關頻率、電流曲線、最大結溫 及熱傳導率進行合理布局，通過水和乙二醇的混合物帶走器件的熱量。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種用于風力發電的三電平變流器的 模塊化結構，它可以簡單、快捷地組建不同功率等級的三電平整流、逆變系統，便于系統的 維護和擴展。實現上述目的的技術方案是一種用于風力發電的三電平變流器的模塊化結構， 包括電氣系統及散熱系統，所述電氣系統包括四個直流電容器、四個IGBT、兩個箝位二極 管、兩個吸收電容、一個平衡電阻及母排，所述散熱系統包括一塊水冷基板及空氣水熱交換 器，其中，所述水冷基板的內部設有冷卻水通道，該水冷基板的下端面設有與冷卻水通道連 通的并與所述空氣水熱交換器連接的進水口和出水口；所述母排包括水平向地設置在所述水冷基板上方的直流電容母排和垂直連接在 直流電容母排的前端并平行地設置在所述水冷基板前方的換流回路母排；所述四個直流電容器并排地設在所述直流電容母排的下方，并且該四個直流電容 器的接線端子一一對應地與所述直流電容母排表面上的連接孔連接；所述四個IGBT和兩個箝位二極管緊貼在所述水冷基板的表面并固定在所述水冷 基板上；所述四個IGBT的接線端子、兩個箝位二極管的接線端子、兩個吸收電容的接線端子及一個平衡電阻的接線端子一一對應地與所述換流回路母排表面上的連接孔連接。 本發明的用于風力發電的三電平變流器的模塊化結構的技術方案，整合了風電變 流器所需要的電氣元件和冷卻系統，使之模塊化，可以簡單、快捷地組建不同功率等級的三 電平整流、逆變系統，便于系統的維護和擴展。本發明有利于系統的冗余設計，有助于提高 系統的可靠性；便于系統的安裝維護，提高生產效率；利于系統的擴展，同時避免了研發過 程中的重復性工作。
圖1為用于風力發電的單相三電平變流器的原理圖；圖2為本發明的用于風力發電的三電平變流器的模塊化結構的透視圖；圖3為本發明中的水冷基板的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本技術領域的技術人員能更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對 其具體實施方式
進行詳細地說明請參閱圖1，用于風力發電的單相三電平變流器包括四個直流電容器C1 C4、四 個分別具有反并聯續流二極管的IGBTS1 S4、兩個箝位二極管D1、D2、兩個吸收電容CS1、 CS2及一個平衡電阻R。由兩個直流電容器C1、C2并聯成一組，由另兩個直流電容器C3和C4 并聯成一組，然后兩組串聯，構成正電平、零電平及負電平的三電平直流側。四個IGBTS1、 S2、S3、S4依次串聯，IGBTS1的集電極與直流正母線DC+連接，IGBTS4的發射集與直流負 母線DC-連接，IGBTS2與IGBTS3的連接線為交流輸入/輸出端AC。在四個串聯的IGBT S1 S4與兩組串聯的直流電容器之間的直流正母線DC+和直流中線DC0之間安裝吸收電 容CS1，直流中線DC0和直流負母線DC-之間安裝吸收電容CS2。兩個箝位二極管D1、D2串 聯后與平衡電阻R并聯，并且共同并聯在IGBTS1的發射集與IGBTS4的集電極之間，箝位二 極管D1的陽極與箝位二極管D2的陰極與直流中線DC0連接，這樣就構成完整的單相三電 平電路。請參閱圖2，本發明的用于風力發電的三電平變流器的模塊化結構，包括電氣系統 及散熱系統，其中，電氣系統包括四個直流電容器C1 C4、四個IGBT S1 S4、兩個箝位二極管D1、 D2、兩個吸收電容CS1、CS2、一個平衡電阻R及母排；散熱系統包括一塊水冷基板1及空氣水熱交換器，該水冷基板1的內部設有冷卻 水通道10，該水冷基板1的下端面設有與冷卻水通道連通的進水口 11和出水口 12，進水口 11和出水口 12與設在外部的空氣水熱交換器連接；母排包括水平向地設置在水冷基板1的上方的直流電容母排2和垂直連接在直流 電容母排2的前端并平行設置在水冷基板1的前方的換流回路母排3 ；四個直流電容器C1 C4并排地設在直流電容母排2的下方，該四個直流電容器 C1 C4的接線端一一對應地與直流電容母排2表面上的連接孔連接；四個IGBT S1 S4和兩個箝位二極管Dl、D2緊貼在水冷基板1的表面并通過螺 釘固定在水冷基板1上(見圖3)，使四個IGBT S1 S4和兩個箝位二極管D1、D2得到很好的散熱；四個IGBT S1 S4的接線端子、兩個箝位二極管Dl、D2的接線端子、兩個吸收電 容CS1、CS2的接線端子及一個平衡電阻R的接線端一一對應地與換流回路母排3表面上的 連接孔連接。直流電容母排2連接四只直流電容器C1 C4后構成具有正、零、負三個電平的直 流側，直流電容母排2左右兩側各自置設有正、零、負接線端，方便與其它相的直流端連接， 直流電容母排2的前端設置的正、零、負接線端一一對應地與換流回路母排3的上端設置的 正、零、負接線端連接。換流回路母排3的設置主要為減小換流回路的雜散電感，并留有交流輸入/輸出 端，可以連接交流電網或者交流電機的輸出/輸入端。本發明的用于風力發電的三電平變流器的模塊化結構，整合了變流器所需要的電 氣元件和冷卻系統，使之模塊化，可以簡單、快捷地組建不同功率等級的三電平整流、逆變 系統，便于系統的維護和擴展。本發明的用于風力發電的三電平變流器的模塊化結構有利于系統的冗余設計，有 助于提高系統的可靠性；便于系統的安裝維護，提高生產效率；利于系統的擴展，同時避免 了研發過程中的重復性工作。本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明， 而并非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變 化、變型都將落在本發明的權利要求書范圍內。
權利要求
1.一種用于風カ發電的三電平變流器的模塊化結構，包括電氣系統及散熱系統，所述電氣系統包括四個直流電容器、四個IGBT、兩個箝位ニ極管、兩個吸收電容、ー個平衡電阻及母排，所述散熱系統包括ー塊水冷基板及空氣水熱交換器，其特征在干， 所述水冷基板的內部設有冷卻水通道，該水冷基板的下端面設有與冷卻水通道連通的并與所述空氣水熱交換器連接的進水口和出水ロ； 所述母排包括水平向地設置在所述水冷基板上方的直流電容母排和垂直連接在直流電容母排的前端并平行地設置在所述水冷基板前方的換流回路母排； 所述四個直流電容器并排地設在所述直流電容母排的下方，并且該四個直流電容器的接線端子一一對應地與所述直流電容母排表面上的連接孔連接； 所述四個IGBT和兩個箝位ニ極管緊貼在所述水冷基板的表面并固定在所述水冷基板 上； 所述四個IGBT的接線端子、兩個箝位ニ極管的接線端子、兩個吸收電容的接線端子及ー個平衡電阻的接線端子一一對應地與所述換流回路母排表面上的連接孔連接。
全文摘要
本發明公開了一種能簡單、快捷地組建不同功率等級的用于風力發電的三電平變流器的模塊化結構，包括具有四個直流電容器、四個IGBT、兩個箝位二極管、兩個吸收電容、一個平衡電阻及母排的電氣系統及具有水冷基板及空氣水熱交換器的散熱系統。水冷基板的內部設有冷卻水通道并且下端面設有與空氣水熱交換器連接的進水口和出水口；母排包括設置在水冷基板上方的直流電容母排和與直流電容母排垂直連接并平行地設在水冷基板前方的換流回路母排；四個直流電容器設在直流電容母排的下方，并且接線端子與直流電容母排連接；四個IGBT和兩個箝位二極管固定在水冷基板上并且接線端子與兩個吸收電容及一個平衡電阻的接線端子均與換流回路母排連接。
文檔編號H02M5/45GK102957326SQ20121049215
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者張魯華, 陳國棟, 薛兆強, 宋小亮, 董祖毅 申請人:上海電氣集團股份有限公司