[實用新型]一種緊湊型風能變流器功率模塊

有效

• 申請號: 201720755890.6
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN206962717U
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 黃彭發;金傳山;晏輝;羅宣國
• 申請（專利權）人: 陽光電源股份有限公司
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙)34124
• 代理人: 方榮肖

技術領域

本實用新型涉及一種功率模塊，特別涉及一種緊湊型風能變流器功率模塊。

背景技術

在風力發電系統中，風能變流器是核心設備之一，是連接發電機與電網的重要橋梁。其中，功率模塊又是變流器的核心部件，且是易損件，而風能變流器的大多數應用在嚴寒、高溫高濕等環境比較惡劣的地區，這就要求風能變流器的功率模塊具有下面特點：①可靠性高；②體積小，功率密度高，更換方便；③功率模塊是易損件，要考慮便于維護；④直接硬件成本及維護成本低。

現有的大功率風能變流器的功率模塊，其結構通常是將絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，簡稱IGBT)以及給其散熱的液冷板(或散熱器)、直流支撐電容，以及連接IGBT和直流支撐電容的母線等集成在一起，形成一只單相功率模塊。再通過銅排或疊層母排將至少6只(6的倍數)這樣的單相功率模塊的直流側連接在一起，組成一個風能變流器的功率模塊。

或者，將多只IGBT以及給其散熱的液冷板(或散熱器)、直流支撐電容，以及連接IGBT和直流支撐電容的母線等集成在一起，形成一只三相功率模塊。再通過銅排或疊層母排將至少2只(2的倍數)這樣的三相功率模塊的直流側連接在一起，組成一個風能變流器的功率模塊。

第一種現有技術方案存在的缺點：①單相功率模塊的直流側連接在一起需要大面積的銅排或疊層母排，回路寄生電感大，產生較大的電壓尖峰，可靠性降低；為控制電壓尖峰，需要更多的直流支撐電容，成本高；②組成一個風能變流器的功率模塊所需的單相功率模塊數量多，系統集成度不高，結構不夠緊湊，功率密度低，導致成本高；③風能變流器的功率模塊將多只直流支撐電容集成到功率模塊上，單只單相功率模塊重量在70-80kg以上，維護不便。

第二種現有技術方案存在的確定：①三相功率模塊的直流側需要銅排或疊層母排連接，回路雜散電感大，為控制電壓尖峰，需要更多的直流支撐電容或增加其他的硬件，成本高；②連接IGBT到電容的疊層母排面積大，如果IGBT炸毀，覆蓋其上的疊層母排必然損壞，甚至波及疊層母排下的其他IGBT，修復成本高。③風能變流器的功率模塊為三相輸出，單只三相功率模塊重量在80-90kg以上，維護更加不便。

實用新型內容

為了減小回路中的寄生電感，從而減小IGBT的尖峰電壓，提高系統的可靠性，本實用新型提出一種緊湊型風能變流器功率模塊。

本實用新型的解決方案是：一種緊湊型風能變流器功率模塊，其包括至少一組變流器功率單元、與所述至少一組變流器功率單元相對應的至少一塊電容單元；每個變流器功率單元包括多個IGBT子單元，每個IGBT子單元包括箱體、收容在箱體內且上下疊置布局的網側IGBT組件和機側IGBT組件；網側IGBT組件包括兩只IGBT一、IGBT母排一、交流銅排一，機側IGBT組件包括兩只IGBT二、IGBT母排二、交流銅排二；

其中，在同一個IGBT子單元中：交流銅排一引入電能至兩個IGBT一，由兩個IGBT一整流成直流電后，經過IGBT母排一直接注入相應的電容單元的多個直流支撐電容中，通過與此電容單元直接連接的IGBT母排二引至兩個IGBT二，經過兩個IGBT二逆變成交流電，通過交流銅排二引出。

作為上述方案的進一步改進，電容單元除多個直流支撐電容之外還包括電容母排、安裝板；多個直流支撐電容安裝在安裝板上，電容母排覆蓋在多個直流支撐電容上且引出與所有IGBT子單元相對應的多對正極接觸端和負極接觸端；IGBT母排一通過與相應IGBT子單元相對應的正極接觸端、負極接觸端電性連接至IGBT母排二。

進一步地，多個直流支撐電容根據相應變流器功率單元內的IGBT子單元的數量分成對應的團，每團內的直流支撐電容根據相應IGBT組件的數量分成對應的組，每組內的直流支撐電容并聯且在電容母排上引出相應的正極接觸端和負極接觸端。

作為上述方案的進一步改進，同一個變流器功率單元中的多個IGBT子單元并行排列，且并行排列方向垂直于相應兩個IGBT組件的上下疊置方向。

作為上述方案的進一步改進，同一個電容單元中的多個直流支撐電容之間相互平行。

作為上述方案的進一步改進，變流器功率單元的數量為多個時，多個變流器功率單元并行排列，且并行排列方向垂直于相應兩個IGBT組件的上下疊置方向；多個電容單元沿多個變流器功率單元的并行排列方向也并行排列。

進一步地，相鄰兩個電容單元之間通過銅排、熔絲串聯。