中高壓三電平撬棒電路、變流器以及風力并網發電系統的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種中高壓三電平撬棒電路、變流器以及風力并網發電系統，該撬棒電路包括一個或多個并聯的結構相同的基本撬棒電路；每一個基本撬棒電路包括2個高壓IGBT、2個高壓二極管和2個撬棒電阻，其中：第一高壓IGBT的發射極接系統直流側零極；第一高壓IGBT的集電極接第一高壓二極管的陽極；第一高壓二極管的陰極接系統直流側正極；第一撬棒電阻并聯在第一高壓二極管上；第二高壓IGBT的發射極接系統直流側負極；第二高壓IGBT的集電極接第二高壓二極管的陽極；第二高壓二極管的陰極接系統直流側零極；第二撬棒電阻并聯在第二高壓二極管上，以實現在工藝上、制造上、可維護性上都簡單可行的中高壓三電平撬棒電路的開發。
【專利說明】中高壓三電平撬棒電路、變流器以及風力并網發電系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及風力并網發電【技術領域】，更具體地說，涉及中高壓三電平撬棒電路、中高壓三電平變流器以及風力并網發電系統。
【背景技術】
[0002]變流器是風力并網發電系統中的重要組成部分。由于傳統的低壓兩電平變流器輸出功率較低，伴隨著全球能源緊缺的加劇，中高壓三電平變流器應運而生。在同等電流的情況下，中高壓三電平變流器的輸出功率是低壓兩電平變流器輸出功率的數倍，其前景被廣泛看好。
[0003]新的電網規則要求風力并網發電系統具有低電壓穿越能力，否則在電網電壓跌落時會對變流器造成損還，通常的做法是在系統直流側增加撬棒電路來實現。但是，現有的撬棒電路都是僅能夠適用于低壓兩電平系統的低壓兩電平撬棒電路，而并不適用于中高壓三電平系統，因此也就不能作用于在功率等級及電路結構上均與所述低壓兩電平變流器存在差異的中高壓三電平變流器。
實用新型內容
[0004]有鑒于此，本實用新型提供一種中高壓三電平撬棒電路、變流器以及風力并網發電系統，以實現在工藝上、制造上、可維護性上都簡單可行的中高壓三電平撬棒電路的開發。
[0005]一種中高壓三電平撬棒電路，包括一個或多個結構相同的基本撬棒電路，所述多個基本撬棒電路采用并聯方式連接；
[0006]所述每一個基本撬棒電路包括第一高壓IGBT、第二高壓IGBT、第一高壓二極管、第二高壓二極管、第一撬棒電阻和第二撬棒電阻，其中:
[0007]所述第一高壓IGBT的發射極接系統直流側零極；
[0008]所述第一高壓IGBT的集電極接所述第一高壓二極管的陽極；
[0009]所述第一高壓二極管的陰極接系統直流側正極；
[0010]所述第一撬棒電阻并聯在所述第一高壓二極管上；
[0011]所述第二高壓IGBT的發射極接系統直流側負極；
[0012]所述第二高壓IGBT的集電極接所述第二高壓二極管的陽極；
[0013]所述第二高壓二極管的陰極接所述系統直流側零極；
[0014]所述第二撬棒電阻并聯在所述第二高壓二極管上。
[0015]其中，所述中高壓三電平撬棒電路中的各個第一高壓IGBT和各個第一高壓二極管均位于第一基板；所述各個第一高壓IGBT在所述第一基板的一側呈直線排列，所述各個第一高壓二極管在所述第一基板的另一側呈直線排列；
[0016]所述中高壓三電平撬棒電路中的各個第二高壓IGBT和各個第二高壓二極管均位于第二基板；所述各個第二高壓IGBT在所述第二基板的一側呈直線排列，所述各個第二高壓二極管在所述第二基板的另一側呈直線排列。
[0017]其中，所述第一基板和所述第二基板上的各個接線端子之間均是采用銅排實現電連接。
[0018]其中，所述第一基板和所述第二基板均以電纜作為弓丨出線。
[0019]一種中高壓三電平變流器，包括:中高壓三電平變流器本體，以及位于系統直流側的上述任一種中高壓三電平撬棒電路。
[0020]一種風力并網發電系統，包括風力發電機組、與所述風力發電機組相連接的中高壓三電平變流器，以及位于系統直流側的上述任一種中高壓三電平撬棒電路。
[0021]從上述的技術方案可以看出，由于中高壓三電平變流器為三電平功率轉換系統，因此本實用新型在風力并網發電系統直流側正極與直流側零極之間、直流側負極與直流側零極之間增加結構完全相同的兩部分撬棒電路結構來實現能量釋放，同時，隨著功率等級的增加采用多個撬棒電路結構并聯的方式來實現能量的分解釋放，在工藝上、制造上、可維護性上都簡單可行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本實用新型實施例公開的一種中高壓三電平撬棒電路拓撲結構示意圖；
[0024]圖2為本實用新型實施例公開的一種具有一個基本撬棒電路的中高壓三電平撬棒電路結構不意圖；
[0025]圖3為本實用新型實施例公開的一種具有多個基本撬棒電路的中高壓三電平撬棒電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0027]參見圖1，本實用新型實施例公開了一種中高壓三電平撬棒電路，以實現在工藝上、制造上、可維護性上都簡單可行的中高壓三電平撬棒電路的開發，包括:一個或多個結構相同的基本撬棒電路JBDL，所述多個結構相同的基本撬棒電路JBDL之間采用并聯方式連接；
[0028]每一個基本撬棒電路JBDL包括第一高壓IGBT Tl、第二高壓IGBT T2、第一高壓二極管Dl、第二高壓二極管D2、第一撬棒電阻Rl和第二撬棒電阻R2，其中:
[0029]第一高壓IGBT Tl的發射極接系統直流側零極DCO ；
[0030]第一高壓IGBT Tl的集電極接第一高壓二極管Dl的陽極；
[0031]第一高壓二極管Dl的陰極接系統直流側正極DC+ ；
[0032]第一撬棒電阻Rl并聯在第一高壓二極管Dl上；
[0033]第二高壓IGBT T2的發射極接系統直流側負極DC — ；
[0034]第二高壓IGBT T2的集電極接第二高壓二極管D2的陽極；
[0035]第二高壓二極管D2的陰極接系統直流側零極DCO ；
[0036]第二撬棒電阻R2并聯在第二高壓二極管D2上。
[0037]風力并網發電系統的低電壓穿越能力是指在電網存在故障導致電壓跌落時，風力并網發電系統中的風力發電機組仍能夠不間斷地并網運行，此時風力發電機組并不向電網輸送能量，其間產生的能量必須要釋放掉，否則會對變流器造成損害，撬棒電路正是用來釋放掉這部分能量的，所述能量主要是被撬棒電路中的撬棒電阻消耗。
[0038]由于傳統的低壓兩電平變流器為兩電平功率轉換系統，因此現有撬棒電路僅位于風力并網發電系統直流側的兩極之間即可完成能量釋放，而中高壓三電平變流器為三電平功率轉換系統，因此需要在系統直流側正極DC+與系統直流側零極DCO之間、系統直流側負極DC —與系統直流側零極DCO之間增加拓撲結構完全相同的兩部分撬棒電路結構用于能量釋放。基于此，本實施例提出了上述在工藝上、制造上、可維護性上都簡單可行的中高壓三電平撬棒電路，它包括一個或多個結構相同的基本撬棒電路JBDL。
[0039]具體的，每一個基本撬棒電路JBDL包括拓撲結構相同的兩部分(即上述拓撲結構完全相同的兩部分撬棒電路結構)。一部分是位于系統直流側正極DC+與系統直流側零極DCO之間的上半部分，包括第一高壓IGBT Tl、第一高壓二極管Dl和第一撬棒電阻Rl，用于實現系統直流側正極DC+與直流側零極DCO之間的能量釋放。另一部分是位于系統直流側負極DC —與直流側零極DCO之間的下半部分，包括第二高壓IGBT T2、第二高壓二極管D2和第二撬棒電阻R2，用于實現系統直流側負極DC —與系統直流側零極DCO之間的能量釋放。
[0040]由于風力發電機組輸出的能量主要是由撬棒電阻消耗掉，因此中高壓三電平變頻器的功率越大，對所述撬棒電阻的功耗要求就越高，所述撬棒電阻的體積也就越大，這對電阻的制造、安裝、維護都會帶來很大的困難。為解決該問題，本實施例采用多個基本撬棒電路并聯的方式實現能量的分解釋放，具體的:
[0041]當中高壓三電平變頻器的功率相對較低時，所述中高壓三電平撬棒電路僅采用一個基本撬棒電路JBDL即可。當中高壓三電平變流器的功率逐漸增加時，為避免所述撬棒電阻的體積太大，可通過為在原有基本撬棒電路JBDL的基礎上并聯結構相同的基本撬棒電路JBDL實現，從而將全部能量分解為多路小能量分別釋放；其中需要參與并聯的基本撬棒電路JBDL的數目可根據實際情況任意增減，在工藝上、制造上、可維護性上及其拓展性上都是可行的。
[0042]其中，為了使所述中高壓三電平撬棒電路的結構更為緊湊、模塊化程度更高，本實施例將所述中高壓三電平撬棒電路中的各個第一高壓IGBT Tl和各個第一高壓二極管Dl均設置于第一基板PCBl上，同時將所述中高壓三電平撬棒電路中的各個第二高壓IGBT T2和各個第二高壓二極管D2均設置于第二基板PCB2上，其中:各個第一高壓IGBT Tl在第一基板PCBl的一側呈直線排列，各個第一高壓二極管Dl在第一基板PCBl的另一側呈直線排列；各個第二高壓IGBT T2在第二基板PCB2的一側呈直線排列，各個第二高壓二極管D2在第二基板PCB2的另一側呈直線排列。圖2示出了僅具有一個基本撬棒電路JBDL的中高壓三電平撬棒電路結構，圖3示出了具有多個基本撬棒電路JBDL的中高壓三電平撬棒電路結構。
[0043]作為優選，仍參見圖2-3，第一基板PCBl和第二基板PCB2上的各個接線端子之間均是采用銅排實現電連接，如圖中黑色加粗線所示。所述銅排是一種大電流導電產品，具有電阻率低、可折彎度大等優點。其中，對于第一基板PCBl來說，所述銅排搭接不僅涉及第一基板PCBl上的第一高壓IGBTTl和第一高壓二極管Dl的電連接，還涉及第一高壓IGBT Tl內部的各個小電路單元的電連接，以及第一高壓二極管Dl內部的各個小電路單元的電連接；所述第二基板PCB2亦然。
[0044]作為優選，仍參見圖2-3，第一基板PCBl和第二基板PCB2均以電纜作為引出線。對于第一基板PCBl來說,所述電纜用于第一基板PCBl上的各器件與第一撬棒電阻Rl的連接，以及第一基板PCBl上的各器件與系統直流側正極DC+、系統直流側零極DC0、系統直流側負極DC —的連接；所述第二基板PCB2亦然。
[0045]此外，本實用新型實施例還公開了一種中高壓三電平變流器，它包括中高壓三電平變流器本體，以及位于系統直流側的上述任一種中高壓三電平撬棒電路。本方案通過為現有的中高壓三電平變流器配置相應的撬棒電路，實現了風力并網發電系統的低電壓穿越能力，能夠保護所述中高壓三電平變流器免受損害。
[0046]此外，本實用新型實施例還公開了一種風力并網發電系統，它包括風力發電機組、與所述風力發電機組相連接的中高壓三電平變流器，以及位于系統直流側的上述任一種中高壓三電平撬棒電路。本方案通過為現有的風力并網發電系統配置相應的撬棒電路，實現了系統的低電壓穿越能力，可保護系統中的中高壓三電平變流器免受損害。
[0047]綜上所述，由于中高壓三電平變流器為三電平功率轉換系統，因此本實用新型在風力并網發電系統直流側正極與直流側零極之間、直流側負極與直流側零極之間增加結構完全相同的兩部分撬棒電路結構來實現能量釋放，同時，隨著功率等級的增加采用多個撬棒電路結構并聯的方式來實現能量的分解釋放，在工藝上、制造上、可維護性上都簡單可行。
[0048]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0049]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種中高壓三電平撬棒電路，其特征在于，包括一個或多個結構相同的基本撬棒電路，所述多個基本撬棒電路采用并聯方式連接； 所述每一個基本撬棒電路包括第一高壓IGBT、第二高壓IGBT、第一高壓二極管、第二高壓二極管、第一撬棒電阻和第二撬棒電阻，其中: 所述第一高壓IGBT的發射極接系統直流側零極； 所述第一高壓IGBT的集電極接所述第一高壓二極管的陽極； 所述第一高壓二極管的陰極接系統直流側正極； 所述第一撬棒電阻并聯在所述第一高壓二極管上； 所述第二高壓IGBT的發射極接系統直流側負極； 所述第二高壓IGBT的集電極接所述第二高壓二極管的陽極； 所述第二高壓二極管的陰極接所述系統直流側零極； 所述第二撬棒電阻并聯在所述第二高壓二極管上。
2.根據權利要求1所述的中高壓三電平撬棒電路，其特征在于，所述中高壓三電平撬棒電路中的各個第一高壓IGBT和各個第一高壓二極管均位于第一基板；所述各個第一高壓IGBT在所述第一基板的一側呈直線排列，所述各個第一高壓二極管在所述第一基板的另一側呈直線排列； 所述中高壓三電平撬棒電路中的各個第二高壓IGBT和各個第二高壓二極管均位于第二基板；所述各個第二高壓IGBT在所述第二基板的一側呈直線排列，所述各個第二高壓二極管在所述第二基板的另一側呈直線排列。
3.根據權利要求1所述的中高壓三電平撬棒電路，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板上的各個接線端子之間均是采用銅排實現電連接。
4.根據權利要求1所述的中高壓三電平撬棒電路，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板均以電纜作為引出線。
5.一種中高壓三電平變流器，其特征在于，包括:中高壓三電平變流器本體，以及位于系統直流側的權利要求1-4中任一項所述的中高壓三電平撬棒電路。
6.一種風力并網發電系統，其特征在于，包括風力發電機組、與所述風力發電機組相連接的中高壓三電平變流器，以及位于系統直流側的權利要求1-4中任一項所述的中高壓三電平攝棒電路。
【文檔編號】H02J3/38GK204168177SQ201420529102
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】魏世民, 陳小剛, 金傳山, 夏麗建, 羅宣國 申請人:陽光電源股份有限公司