專利名稱：電壓支撐電容模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓支撐電容模塊，更具體地講，涉及一種將鋁電解電容器和薄膜電容器混合使用的對風(fēng)電變流器的直流電壓進(jìn)行電壓支撐的電壓支撐電容模塊。
背景技術(shù)：
隨著國家對風(fēng)能開發(fā)的日益重視，風(fēng)力發(fā)電得到了迅速發(fā)展，裝機(jī)容量日益增大， 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用壽命問題也越來越受到關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流器是能量轉(zhuǎn)換控制的核心，其核心硬件IGBT功率模塊中，用于對風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出(經(jīng)過整流)的直流電壓進(jìn)行支撐的直流支撐電容器是影響使用壽命的主要部件之一。
風(fēng)電變流器直流母線需要采用電壓支撐電容(以下，簡稱為支撐電容)進(jìn)行儲能、 電壓支撐等，以滿足變流器的正常工作功能要求。這里的電壓支撐指的是抑制紋波電壓并使直流電壓保持在一定程度。通常，直流支撐電容可選用鋁電解電容或金屬膜電容。
一般鋁電解電容器因其材料限制最高標(biāo)稱電壓值為500-600V，因此為了獲得高耐壓，鋁電解電容器需要串聯(lián)。但是由于鋁電解電容器初始電荷及漏電流差異比較大，將其串聯(lián)使用時(shí)則必須特別考慮電容的均壓，否則，電容器容易發(fā)生爆炸或漏液等事故。此外，為了防止串聯(lián)的電容器過壓，需要留有較多的電壓裕量。同時(shí)串聯(lián)支路的每一個(gè)電容器需要加均壓電阻進(jìn)行均壓，但是均壓電阻多，存在著損壞風(fēng)險(xiǎn)，增加了系統(tǒng)的不可靠性。
另一方面，為了獲得高的電容容量又需要將電容器并聯(lián)，但是并聯(lián)的電容數(shù)量越多，均壓電路也就越多，電容的漏電流和容值匹配的一致性越好。但是，并聯(lián)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鋁電解電容組體積大且需要復(fù)雜的母排設(shè)計(jì)。此外，如圖1所示的并聯(lián)后串聯(lián)的鋁電解電容器模塊還具有如下缺點(diǎn)1)壽命短，一般壽命為常溫下工作5年；幻不易于儲存，一般常溫下儲存2-3年就需要電容激活，否則電容耐壓和容值會(huì)降低，漏電流會(huì)增大。
薄膜電容器具有如下的優(yōu)點(diǎn)承受高有效值電流力(可達(dá)ΙΑ/uF)、能承受兩倍于額定電壓的過壓、能承受反向電壓、承受高峰值電流、使用壽命長(可達(dá)達(dá)10-20年)、可長時(shí)間存儲等。但是，由于薄膜電容器的介電損耗小，從而導(dǎo)致其無法做成大的容量。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中基于薄膜電容器的支撐電容模塊的示圖。
因此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，需要提供能夠延長支撐電容模塊的使用壽命、減少電容數(shù)量、減小模塊體積且提高電容器的利用率的支撐電容模塊。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種混合使用鋁電解電容器和薄膜電容器的支撐電容模塊。
一種用于對直流電壓進(jìn)行電壓支撐的電壓支撐電容模塊，包括活動(dòng)電容器模塊， 包括第一活動(dòng)電容器單元和第二活動(dòng)電容器單元，其中，第一活動(dòng)電容器單元的一端連接到所述直流電壓的正極且另一端連接到接地，第二活動(dòng)電容器單元的一端連接到接地，另一端連接到所述直流電壓的負(fù)極；固定電容器模塊，包括第一固定電容器單元和第二固定電容器單元，其中，第一固定電容器單元的一端連接到所述直流電壓的正極且另一端連接到接地，第二固定電容器單元的一端連接到接地，另一端連接到所述直流電壓的負(fù)極，其中，第一活動(dòng)電容器單元和第二活動(dòng)電容器單元中的每一個(gè)包括K個(gè)串聯(lián)連接的鋁電解電容器組，每個(gè)電解電容器組包括并聯(lián)連接的L個(gè)鋁電解電容器和一個(gè)電阻器，第一固定電容器單元和第二固定電容器單元中的每一個(gè)包括M個(gè)串聯(lián)連接的薄膜電容器組，每個(gè)薄膜電容器組包括并聯(lián)連接的N個(gè)薄膜電容器和一個(gè)電阻器，其中，K、L、M和N是不小于1的整數(shù)。
所述直流電壓為對風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的經(jīng)過整流后的直流電壓。
當(dāng)所述電壓支撐電容模塊的額定電壓為1200V，額定電流為150A時(shí)，鋁電解電容器為400V/6800uf的鋁電解電容器，薄膜電容器為1200V/U8uf的薄膜電容器，且K等于2， L等于1，M等于1，N等于2。
當(dāng)所述電壓支撐電容模塊的額定電壓1150V，額定電流為300A時(shí)，鋁電解電容器為400V/6800uf的鋁電解電容器，薄膜電容器為1200V/220uf的薄膜電容器，且K等于2，L 等于1，M等于1，N等于6。
所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)是1. 5麗風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
所述活動(dòng)電容器模塊可拆卸地安裝到所述電壓支撐電容模塊。
本發(fā)明提供的支撐電容模塊，不僅能夠延長支撐電容模塊的使用壽命、減少電容數(shù)量、減小模塊體積，而且能夠提高電容器的利用率。


通過下面結(jié)合附圖對實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚和更易于理解，其中
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基于鋁電解電容器的支撐電容模塊的示圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基于薄膜電容器的支撐電容模塊的示圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的支撐電容模塊的示圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，其示例表示在附圖中，其中，相同的標(biāo)號始終表示相同部件。
針對1. 5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器的支撐電容模塊，本發(fā)明的技術(shù)方案將鋁電解電容和薄膜電容的混合連接形式應(yīng)用到直流母線中點(diǎn)接地的風(fēng)電變流系統(tǒng)(例如1. 5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器)，其中由四個(gè)鋁電解電容串聯(lián)組成活動(dòng)電容器模塊，由四個(gè)薄膜電容兩并兩串組成固定電容器模塊，活動(dòng)電容器模塊主要用于濾波和電壓支撐，固定電容器模塊主要用于支撐紋波電流?；顒?dòng)電容器模塊可拆卸地結(jié)合到所述支撐電容模塊，因此便于對活動(dòng)電容器模塊進(jìn)行更換。
以下，結(jié)合圖3來描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的支撐電容模塊，其中，圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的支撐電容模塊的示圖。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的支撐電容模塊100包括具有鋁電解電容器的活動(dòng)電容器模塊和具有薄膜電容器的固定電容器模塊。具體地講，支撐電容模塊包括具有第一活動(dòng)電容器單元110和第二活動(dòng)電容器單元120的活動(dòng)電容器模塊以及具有第一固定電容器單元130和第二固定電容器單元140的固定電容器模塊。
第一活動(dòng)電容器單元110的一端連接到直流電壓的正極(以下，簡稱正極)，另一端連接到接地。第二活動(dòng)電容器單元120的一端連接到接地，另一端連接到直流電壓的負(fù)極(以下，簡稱負(fù)極)。第一固定電容器單元130的一端連接到正極，另一端連接到接地。 第二固定電容器單元140的一端連接到接地，另一端連接到負(fù)極。
第一活動(dòng)電容器單元110和第二活動(dòng)電容器單元120以接地節(jié)點(diǎn)對稱，即，第一活動(dòng)電容器單元110和第二活動(dòng)電容器單元120中的每一個(gè)包括K個(gè)串聯(lián)連接的鋁電解電容器組，且每個(gè)電解電容器組包括并聯(lián)連接的L個(gè)鋁電解電容器和一個(gè)電阻器，這里K和L是不小于1的整數(shù)。在圖3中，K為2，L為1。
相似地，第一固定電容器單元130和第二固定電容器單元140以接地節(jié)點(diǎn)對稱， 即，第一固定電容器單元130和第二固定電容器單元140中的每一個(gè)包括M個(gè)串聯(lián)連接的薄膜電容器組，且每個(gè)薄膜電容器組包括并聯(lián)連接的N個(gè)薄膜電容器和一個(gè)電阻器，這里M 和N是不小于1的正整數(shù)。在圖3中，M為1，N為2。
對于需要額定電壓1150V/額定電流150A的情況，需要的電容為.. /，—Irms0028 C - —---τUnpple^xKxf
其中，UHpple為允許的紋波電壓，Irms為2KHz下的有效電流。
在2KHz頻率下，需要的電容C約為6800uf，且考慮到鋁電解電容器的每uf的Ims 為22mA/uf。如果全部使用鋁電解電容器時(shí)，對于16個(gè)400V/6800uf的鋁電解電容器，通過 4個(gè)并聯(lián)形成一組并串聯(lián)4個(gè)這種組來形成電容模塊(如圖1所示)。
如果使用根據(jù)本發(fā)明的鋁電解電容器和薄膜電容器的混合方案，且使用 400V/6800uf的鋁電解電容器時(shí)，為了支撐1150V且考慮到足夠的余度，將使用4個(gè)鋁電解電容器(如圖3所示)，則流過鋁電解電容器的有效電流為
7電解="^x 0022樹=37⑷〇
而對于薄膜電容器，I麵=150-1電解=113(A) = CXO. 22A/uf。
根據(jù)上述公式可推出固定電容器單元的總?cè)萘繛?Huf，且5Huf的電容器可以由1200V/U8uf的薄膜電容器通過串聯(lián)2組由2個(gè)薄膜電容器并聯(lián)形成的電容組而形成。
此外，對于額定電壓1150V/300A的情況，若全部使用鋁電解電容，則對于32個(gè) 400V/6800uf的鋁電解電容器，需要進(jìn)行8個(gè)并聯(lián)形成一組并串聯(lián)4個(gè)這種組來形成電容模塊。當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的混合方案時(shí)，需要串聯(lián)4個(gè)400V/6800uf鋁電解電容器，需要以并聯(lián)6個(gè)形成一組并串聯(lián)2個(gè)這種組形式的12個(gè)薄膜電容器，即，共需要16個(gè)電容器。
因此，相比于全部使用鋁電解電容器的情況，將鋁電解電容和薄膜電容混合使用的情況可減少電容器的數(shù)量，從而減少體積。
對于支撐電容模塊的使用壽命，由于鋁電解電容器的使用壽命(一般是4-5年) 一般為薄膜電容器的使用壽命(一般是20年)的1/5至1/4。因此，相比于如上所述的使用壽命為4-5年的全部使用鋁電解電容器的支撐電容模塊。由于可通過定期更換可拆卸的鋁電解電容器構(gòu)成的活動(dòng)電容模塊，根據(jù)本發(fā)明的支撐電容模塊的使用壽命能夠達(dá)到20 年，因此延長了整個(gè)支撐電容模塊的使用壽命。
根據(jù)本發(fā)明的支撐電容模塊，由于由低壽命的鋁電解電容器構(gòu)成的活動(dòng)電容模塊是可拆卸地結(jié)合到支撐電容模塊，因此便于對支撐電容模塊的維護(hù)。
雖然已表示和描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定其范圍的本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種用于對直流電壓進(jìn)行電壓支撐的電壓支撐電容模塊，其特征在于，包括活動(dòng)電容器模塊，包括第一活動(dòng)電容器單元和第二活動(dòng)電容器單元，其中，第一活動(dòng)電容器單元的一端連接到所述直流電壓的正極且另一端連接到接地，第二活動(dòng)電容器單元的一端連接到接地，另一端連接到所述直流電壓的負(fù)極；固定電容器模塊，包括第一固定電容器單元和第二固定電容器單元，其中，第一固定電容器單元的一端連接到所述直流電壓的正極且另一端連接到接地，第二固定電容器單元的一端連接到接地，另一端連接到所述直流電壓的負(fù)極，其中，第一活動(dòng)電容器單元和第二活動(dòng)電容器單元中的每一個(gè)包括K個(gè)串聯(lián)連接的鋁電解電容器組，每個(gè)電解電容器組包括并聯(lián)連接的L個(gè)鋁電解電容器和一個(gè)電阻器，第一固定電容器單元和第二固定電容器單元中的每一個(gè)包括M個(gè)串聯(lián)連接的薄膜電容器組，每個(gè)薄膜電容器組包括并聯(lián)連接的N個(gè)薄膜電容器和一個(gè)電阻器，其中，K、L、M和N是不小于1的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓支撐電容模塊，其特征在于，所述直流電壓為對風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的經(jīng)過整流后的直流電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓支撐電容模塊，其特征在于，當(dāng)所述電壓支撐電容模塊的額定電壓為1200V，額定電流為150A時(shí)，鋁電解電容器為400V/6800uf的鋁電解電容器，薄膜電容器為1200V/128uf的薄膜電容器，且K等于2，L等于1，M等于1，N等于2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓支撐電容模塊，其特征在于，當(dāng)所述電壓支撐電容模塊的額定電壓1150V，額定電流為300A時(shí)，鋁電解電容器為400V/6800uf的鋁電解電容器，薄膜電容器為1200V/220uf的薄膜電容器，且K等于2，L等于1，M等于1，N等于6。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中的任意一項(xiàng)所述的電壓支撐電容模塊，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)是1.5麗風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓支撐電容模塊，其特征在于，所述活動(dòng)電容器模塊可拆卸地安裝到所述電壓支撐電容模塊。
全文摘要
一種用于對直流電壓進(jìn)行電壓支撐的電壓支撐電容模塊，包括第一活動(dòng)電容器單元，一端連接到正極且另一端連接到接地；第二活動(dòng)電容器單元，一端連接到接地，另一端連接到負(fù)極；第一固定電容器單元，一端連接到正極且另一端連接到接地；第二固定電容器單元的一端連接到接地，另一端連接到負(fù)極，其中，第一活動(dòng)電容器單元和第二活動(dòng)電容器單元中的每一個(gè)包括K個(gè)串聯(lián)連接的鋁電解電容器組，每個(gè)電解電容器組包括并聯(lián)連接的L個(gè)鋁電解電容器和一個(gè)電阻器，第一固定電容器單元和第二固定電容器單元中的每一個(gè)包括M個(gè)串聯(lián)連接的薄膜電容器組，每個(gè)薄膜電容器組包括并聯(lián)連接的N個(gè)薄膜電容器和一個(gè)電阻器，其中，K、L、M和N是不小于1的整數(shù)。
文檔編號H01G17/00GK102522228SQ20111044475
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者龐宇剛 申請人:北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司