專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制技術(shù)，特別涉及雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模 塊結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電所帶來的純凈、無污染的電能，在我 國發(fā)電總量中的比重越來越大。雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)是大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流裝備，其 變頻器包括控制系統(tǒng)、兩個(gè)背靠背的交-直-交變換器及濾波電路(統(tǒng)稱為功率模塊)等。 在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于亞同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，通過交流母排與電網(wǎng)連接的第一變換器接 收電網(wǎng)的三相交流電經(jīng)過交-直轉(zhuǎn)換向直流母排(包括正直流母排和負(fù)直流母排)傳輸直 流電。通過交流母排與風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接的第二變換器將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，向風(fēng)力 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁電流，這時(shí)變頻器作為電網(wǎng)負(fù)載將會(huì)消耗電網(wǎng)能量。當(dāng)雙饋異步 風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于超同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接的第二變換器接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出 的三相交流電，經(jīng)過交-直轉(zhuǎn)換向直流母排傳輸直流電，與電網(wǎng)連接的第一變換器將直流 電轉(zhuǎn)換為三相交流電向電網(wǎng)饋電，這時(shí)變頻器向電網(wǎng)提供電能。這種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī) 變頻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連接線眾多。作為風(fēng)力發(fā)電核心部件的變頻器，多年來一直嚴(yán)重依賴進(jìn) 口。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)可靠性的要求極高，要求輸出的電能嚴(yán)格的符合國家電網(wǎng)的要求，要保 證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠良好的運(yùn)行，變頻器作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制裝置，其質(zhì)量直接關(guān)系 到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性，具有非常重要的作用，功率模塊的設(shè)計(jì)更是尤為必要。當(dāng)前在國內(nèi)外，小功率的風(fēng)機(jī)變頻器的功率模塊技術(shù)已日臻成熟，其產(chǎn)品也較多， 而應(yīng)用于大功率，尤其是環(huán)境比較惡劣的產(chǎn)品卻寥寥無幾，而進(jìn)口的產(chǎn)品的價(jià)格十分高昂。 大功率功率模塊的可靠性、電氣絕緣、保護(hù)電路、壽命等要求較高，加之風(fēng)電變頻器運(yùn)行的 環(huán)境十分惡劣，因此對(duì)其功率模塊的要求更加嚴(yán)格，高可靠性的大功率模塊是風(fēng)電變頻器 行業(yè)的一個(gè)瓶頸。從當(dāng)前風(fēng)電變頻器出現(xiàn)的故障來看，由于功率模塊的設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的 燒毀的情況經(jīng)常發(fā)生，特別是兆瓦級(jí)的大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)，功率模塊直流工作電壓上千伏， 電流達(dá)到幾千安培，而且功率模塊工作在高頻狀態(tài)，對(duì)功率模塊電氣結(jié)構(gòu)的分布參數(shù)，特別 是分布電感非常敏感，電氣結(jié)構(gòu)中布線不當(dāng)，常常是導(dǎo)致功率模塊故障甚至燒毀的重要因
ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，電氣結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的故障率高的缺點(diǎn)，提供一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，通過改進(jìn) 交/直流母排的電氣結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明進(jìn)一步將交流母排和直流母排整合在一起，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)可靠性，簡 化了安裝步驟。本發(fā)明還將用于濾波電路電氣連接的中間連接母排與直流母排進(jìn)行整合，構(gòu)成本發(fā)明的復(fù)合母排。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，包括變換器、正直流母排、負(fù)直流母排中間連接母排和交流母排；所述正直流母排和負(fù)直流母 排用于傳輸直流電；所述交流母排用于傳輸交流電；所述中間連接母排用于濾波電路的電 氣連接；所述變換器與正直流母排和負(fù)直流母排以及交流母排連接，根據(jù)控制系統(tǒng)的指令， 完成交流電到直流電或直流電到交流電的轉(zhuǎn)換；其特征在于，所述正直流母排和負(fù)直流母 排分別由疊在一起的兩張直流導(dǎo)電板構(gòu)成，兩張直流導(dǎo)電板之間由絕緣材料隔離。所述絕緣材料為所述直流導(dǎo)電板的涂覆層。所述交流母排由疊放在直流導(dǎo)電板上的交流導(dǎo)電板構(gòu)成，所述交流導(dǎo)電板與直流 導(dǎo)電板之間由絕緣材料隔離。所述絕緣材料為交流導(dǎo)電板和/或直流導(dǎo)電板上的涂覆層。所述中間連接母排由疊放在直流導(dǎo)電板上的連接板構(gòu)成，所述連接板與直流導(dǎo)電 板之間由絕緣材料隔離。所述絕緣材料為連接板和/或直流導(dǎo)電板上的涂覆層。所述負(fù)直流母排位于正直流母排上方。所述負(fù)直流母排接地。所述濾波電路包括兩條并聯(lián)在正直流母排和負(fù)直流母排之間的支路，每一支路分 別由3只電容串聯(lián)構(gòu)成，每只電容并聯(lián)一只電阻。所述中間連接母排由兩個(gè)連接板構(gòu)成，分別用于連接兩條支路的中間節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明的有益效果是僅使用一個(gè)多層疊放的板材構(gòu)成的復(fù)合母排，就將濾波電 容、分壓電阻、突波吸收電容、IGBT(絕緣柵雙極性晶體管)模塊等零部件連接在了一起，省 去了很多的鏈接導(dǎo)線，電氣連接簡潔可靠，安裝方便實(shí)用。本發(fā)明的交直流復(fù)合母排，電流 接觸面大，極大的降低了寄生電感，系統(tǒng)安全性提高，使用壽命延長。


圖1是單向單端功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是復(fù)合母排結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是單向單端功率模塊的電路原理圖；圖4是完整的三相功率模塊電路示意圖。圖中1-風(fēng)電變頻器用大功率模塊；2-驅(qū)動(dòng)板；3-IGBT模塊；4_復(fù)合母排；5、正 直流母排；6-負(fù)直流母排；7-中間連接母排；8-交流母排；9-濾波電容支架；10-散熱器； 11-高耐壓絕緣板；12-濾波電容；13-突波吸收電容；14-分壓電阻；50-正直流母排引出 端；60-負(fù)直流母排引出端；56-絕緣材料；80-交流母排引出端。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明采用疊放的導(dǎo)電平板構(gòu)成復(fù)合母排(包括構(gòu)成正直流母排和負(fù)直流母排 的直流導(dǎo)電板、構(gòu)成交流母排的交流導(dǎo)電板及構(gòu)成中間連接母排的連接板)，將濾波電容、 突波吸收電容、IGBT模塊等器件連接在一起，構(gòu)成模塊化的結(jié)構(gòu)單元，電氣連接簡潔可靠，安裝方便，配置靈活。實(shí)施例參見圖1和圖2，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，包括兩只IGBT模塊構(gòu)成的變換器、正直流母排5、負(fù)直流母排6、中間連接母排7和交流母排8等。正直流母排5和 負(fù)直流母排6分別由疊在一起的兩張直流導(dǎo)電板構(gòu)成，兩張直流導(dǎo)電板之間由絕緣材料56 隔離，用于傳輸直流電，其引出端分別標(biāo)記為50和60。交流母排8用于傳輸交流電，其引出 端標(biāo)記為80。中間連接母7排用于濾波電路的電氣連接。兩只IGBT模塊直流端分別接在 正直流母排5和負(fù)直流母排6上，交流端并聯(lián)在交流母排8上，其控制端(IGBT的柵極)與 控制系統(tǒng)連接，兩只IGBT模塊根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，完成交流電到直流電或直流電到交流 電的轉(zhuǎn)換(參見電路圖3)。圖1示出的單向單端功率模塊結(jié)構(gòu)單元示意圖，具體安裝方法如下散熱器10和濾波電容支架9通過螺栓固定在高耐壓絕緣板11上，在IGBT模塊3 底部均勻涂抹優(yōu)質(zhì)導(dǎo)熱硅脂，通過螺栓固定在散熱器10上。濾波電容12通過螺栓固定在 濾波電容支架9上，使IGBT模塊3和濾波電容12的焊接點(diǎn)處于同一平面上，便于安裝復(fù)合 母排4。先將驅(qū)動(dòng)板2安裝在IGBT模塊上，然后將復(fù)合母排4覆蓋在IGBT模塊3和濾波電 容12上，并用螺栓固定進(jìn)行電氣連接。將分壓電阻固定在濾波電容12上；將突波吸收電容 13固定在IGBT模塊3上。圖2示出了本例復(fù)合母排4的結(jié)構(gòu)，負(fù)直流母排6位于正直流母排5上方，正直流 母排和負(fù)直流母排之間的絕緣材料可以是直流導(dǎo)電板的絕緣鍍膜層或涂覆層，也可以在兩 張直流導(dǎo)電板之間夾一層絕緣板材，提高絕緣強(qiáng)度。圖2中，交流母排8由疊放在負(fù)直流母 排上的交流導(dǎo)電板構(gòu)成，交流導(dǎo)電板與直流導(dǎo)電板之間由絕緣材料隔離，這里的絕緣材料 也可以是交流導(dǎo)電板和/或直流導(dǎo)電板上的絕緣鍍膜層或涂覆層。本例的中間連接母排7 由疊放在負(fù)直流母排另一端的連接板構(gòu)成，連接板與直流導(dǎo)電板之間由絕緣材料隔離。這 里的絕緣材料同樣可以是連接板和/或直流導(dǎo)電板上的絕緣鍍膜層或涂覆層。這種結(jié)構(gòu) 中，負(fù)直流母排一般接地，可以起到屏蔽作用，提高系統(tǒng)抗干擾能力。圖3示出了本例模塊的電路原理圖，圖中，濾波電路包括兩條并聯(lián)在正直流母排 和負(fù)直流母排之間的支路，每一支路分別由3只濾波電容12串聯(lián)構(gòu)成，每只濾波電容12并 聯(lián)一只分壓電阻14。通過合理選擇分壓電阻14的阻值，可以滿足濾波電容耐壓要求，對(duì)濾 波電容進(jìn)行保護(hù)。本例的中間連接母排7由兩個(gè)連接板構(gòu)成，分別用于連接兩條支路的中 間節(jié)點(diǎn)。圖3中，IGBT模塊3包括兩只IGBT，兩只IGBT模塊3并聯(lián)工作，可以提高電流負(fù) 載能力。圖3僅示出了單向單端功率模塊的電路結(jié)構(gòu)，圖4給出了完整的三相功率模塊電 路示意圖，電路結(jié)構(gòu)以圖中0-0'為對(duì)稱軸，左右兩部份具有明顯的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。0-0'左邊 變換器的U、V、W三相交流端，用于連接電網(wǎng)或雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，0-0'右邊變換器的A、B、C 三相交流端，則用于連接雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)。可以看出，采用3塊本例的功率模塊并聯(lián) 再與另外3塊并聯(lián)的功率模塊背靠背連接，可以方便的組合成圖4所示的完整的三相功率 模塊。
權(quán)利要求
風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，包括變換器、正直流母排、負(fù)直流母排、中間連接母排和交流母排；所述正直流母排和負(fù)直流母排用于傳輸直流電；所述交流母排用于傳輸交流電；所述中間連接母排用于濾波電路的電氣連接；所述變換器與正直流母排和負(fù)直流母排以及交流母排連接，根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，完成交流電到直流電或直流電到交流電的轉(zhuǎn)換；其特征在于，所述正直流母排和負(fù)直流母排分別由疊在一起的兩張直流導(dǎo)電板構(gòu)成，兩張直流導(dǎo)電板之間由絕緣材料隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，其特征在于，所述絕緣材料 為所述直流導(dǎo)電板的鍍膜層或涂覆層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，其特征在于，所述交流母 排由疊放在直流導(dǎo)電板上的交流導(dǎo)電板構(gòu)成，所述交流導(dǎo)電板與直流導(dǎo)電板之間由絕緣材 料隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，其特征在于，所述絕緣材料 為交流導(dǎo)電板和/或直流導(dǎo)電板上的鍍膜層或涂覆層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任意一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，其特征在于，所 述中間連接母排由疊放在直流導(dǎo)電板上的連接板構(gòu)成，所述連接板與直流導(dǎo)電板之間由絕 緣材料隔離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，其特征在于，所述絕緣材料 為連接板和/或直流導(dǎo)電板上的鍍膜層或涂覆層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6任意一項(xiàng)所述的大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制模塊，其特征在于， 所述負(fù)直流母排位于正直流母排上方。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，其特征在于，所述負(fù)直流母 排接地。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8任意一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，其特征在于，所 述濾波電路包括兩條并聯(lián)在正直流母排和負(fù)直流母排之間的支路，每一支路分別由3只電 容串聯(lián)構(gòu)成，每只電容并聯(lián)一只電阻。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，其特征在于，所述中間連接 母排由兩個(gè)連接板構(gòu)成，分別用于連接兩條支路的中間節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊結(jié)構(gòu)。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，電氣結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的故障率高的缺點(diǎn)，公開了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制功率模塊，包括變換器、正直流母排、負(fù)直流母排中間連接母排和交流母排；所述正直流母排和負(fù)直流母排用于傳輸直流電；所述交流母排用于傳輸交流電；所述中間連接母排用于濾波電路的電氣連接；所述變換器與正直流母排和負(fù)直流母排以及交流母排連接；所述正直流母排和負(fù)直流母排分別由疊在一起的兩張直流導(dǎo)電板構(gòu)成，兩張直流導(dǎo)電板之間由絕緣材料隔離。本發(fā)明主要用于大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制，具有電氣連接簡潔可靠，安裝方便實(shí)用的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P27/04GK101826837SQ201010199028
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者崔銷義, 張新忠 申請(qǐng)人:四川吉風(fēng)電源科技有限公司