本實(shí)用新型涉及高壓變頻器，特別是一種模塊化多電平換流器裝置MMC（Modular Multilevel Converter）。

背景技術(shù)：

高壓變頻器是利用半導(dǎo)體功率器件的開通和關(guān)斷，將工頻電源變換為頻率可調(diào)的電能控制裝置。作為一種新型節(jié)能產(chǎn)品，高壓變頻器被廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、石油、礦山、冶金等眾多行業(yè)，發(fā)揮著十分重要的作用。

目前，傳統(tǒng)型高壓變頻廣泛應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速技術(shù)，對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合要求較高的工況無法拓展使用，對(duì)內(nèi)部器件性能要求高、諧波較大、系統(tǒng)利用率相對(duì)較低，更無法實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，而且使用了體積較大的變壓器，無論從體積還是成本上都不具備優(yōu)勢(shì)。

參見圖1—圖6所示。 現(xiàn)有高壓變頻器主要包括控制系統(tǒng)、功率單元及移相變壓器等。其控制系統(tǒng)、功率單元和移相變壓器分別置于控制柜1、功率單元柜2和變壓器柜3中，各柜體相互獨(dú)立，依次排列為一字型。

其中，控制柜1內(nèi)安裝有高壓變頻器的控制系統(tǒng)4。功率單元柜2的前部安裝有上、中、下三層功率單元5，后部為功率單元專用的冷卻風(fēng)道6，柜體頂部安裝有冷卻風(fēng)機(jī)7用于功率單元的散熱，冷卻風(fēng)通過前門的通風(fēng)濾網(wǎng)8進(jìn)入柜體，再通過功率單元及后部風(fēng)道由頂部冷卻風(fēng)機(jī)7排出。

變壓器柜3內(nèi)裝有移相變壓器9及進(jìn)出線端子10，進(jìn)線端子10用于設(shè)備用現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)的連接，移相變壓器9的副邊繞組分為三組，為功率單元供電；變壓器柜頂部設(shè)計(jì)有離心風(fēng)機(jī)11，供移相變壓器9的散熱使用；前后柜門設(shè)計(jì)有通風(fēng)濾網(wǎng)12，冷卻風(fēng)由前后通風(fēng)濾網(wǎng)進(jìn)入柜體，再流經(jīng)變壓器后從頂部風(fēng)機(jī)排出。

現(xiàn)有的通用型高壓變頻器，采用的功率單元為不可控整流功率單元，無法實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)；同時(shí)，功率單元需要低壓690V供電，必須采用體積非常大的移相變壓器來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓6kV或10kV到690V的轉(zhuǎn)變，不僅體積大、成本高；而且，高壓變頻器的容量需要受限于變壓器的容量配置，因?yàn)?，現(xiàn)階段8000kVA以上容量的變壓器幾乎很難生產(chǎn)加工，即便個(gè)別廠家可以提供大容量的變壓器，但是因受限于加工工藝精度及大體積的散熱缺陷，其可靠性及使用壽命都很不樂觀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種模塊化多電平換流器裝置。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種模塊化多電平換流器裝置，包括依次排列的進(jìn)線控制柜、第一橋臂電抗器柜、第一功率單元柜、第二功率單元柜和第二橋臂電抗器柜，該第一橋臂電抗器柜、第一功率單元柜設(shè)置在電站機(jī)側(cè)，第二功率單元柜和第二橋臂電抗器柜設(shè)置在電站網(wǎng)側(cè)，第一功率單元柜、第二功率單元柜皆采用可控整流逆變單元以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。

所述第一橋臂電抗器柜和第二橋臂電抗器柜為完全相同的兩個(gè)柜體，第一功率單元柜和第二功率單元柜為完全相同的兩個(gè)柜體。

所述進(jìn)線控制柜內(nèi)安裝有MMC變頻器的控制系統(tǒng)、進(jìn)線高壓真空接觸器和充放電電阻。

所述第一功率單元柜和第二功率單元柜的前部及后部皆安裝有上、中、下三層功率單元，柜體中部為功率單元的散熱風(fēng)道，柜體頂部安裝有第一抽風(fēng)離心風(fēng)機(jī)用于功率單元的散熱，冷卻風(fēng)通過前門的通風(fēng)濾網(wǎng)進(jìn)入柜體，再通過功率單元及后部散熱風(fēng)道由頂部第一抽風(fēng)離心風(fēng)機(jī)排出。

所述第一橋臂電抗器柜和第二橋臂電抗器柜內(nèi)皆裝有橋臂電抗器及電壓檢測(cè)板；橋臂電抗器柜頂部設(shè)置有第二抽風(fēng)離心風(fēng)機(jī)，供橋臂電抗器散熱使用；前后柜門設(shè)置有通風(fēng)濾網(wǎng)，冷卻風(fēng)由前后通風(fēng)濾網(wǎng)進(jìn)入柜體，再流經(jīng)橋臂電抗器后從頂部風(fēng)機(jī)排出。

本實(shí)用新型的有益效果：

1）功率單元全部為可控整流逆變單元，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四象限變頻器的性能；

2）功率單元可以實(shí)現(xiàn)高壓輸入和高壓輸出，即功率單元可直接掛在高壓電網(wǎng)上，無需再使用體積龐大且可靠性較低的移相變壓器；

3）高壓和高壓之間采用了可靠性更高的電抗器，比起移相變壓器來說，體積更小、成本更低，同時(shí)可以滿足變頻器整機(jī)更大容量的需求；使用電抗器替換移相變壓器，還可以實(shí)現(xiàn)在相同配置下，整機(jī)容量大幅度提高，甚至翻番，在降成本方面非?？捎^；

4）當(dāng)一組橋臂電抗器柜功率單元柜位于電站機(jī)側(cè)，另一組功率單元柜橋臂電抗器柜位于電站網(wǎng)側(cè)時(shí)，僅需改變軟件控制程序即可實(shí)現(xiàn)柔性直流輸電功能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。

圖1-通用型變頻器主視圖（前視）；

圖2-通用型變頻器俯視圖；

圖3-通用型變頻器主視圖（后視）；

圖4-通用型變頻器控制柜左視圖；

圖5-通用型變頻器功率單元柜左視圖；

圖6-通用型變頻器變壓器柜左視圖；

圖7-MMC變頻器主視圖（前視）；

圖8-MMC變頻器俯視圖；

圖9-MMC變頻器主視圖（后視）；

圖10-MMC變頻器進(jìn)線控制柜左視圖；

圖11-MMC變頻器功率單元柜1/2左視圖；

圖12-MMC變頻器電抗器柜1/2左視圖；

圖13-MMC變頻器進(jìn)線控制柜軸側(cè)圖；

圖14-MMC變頻器功率單元柜軸側(cè)圖；

圖15-MMC變頻器電抗器柜軸側(cè)圖；

圖16-MMC變頻器整機(jī)軸側(cè)圖。

具體實(shí)施方式

如圖7-圖16所示，本實(shí)用新型的一種模塊化多電平換流器裝置（MMC裝置），包括依次排列的進(jìn)線控制柜13、第一橋臂電抗器柜14、第一功率單元柜15、第二功率單元柜16和第二橋臂電抗器柜17，該第一橋臂電抗器柜14、第一功率單元柜15設(shè)置在電站機(jī)側(cè)，第二功率單元柜16和第二橋臂電抗器柜17設(shè)置在電站網(wǎng)側(cè)，僅需改變軟件控制程序即可實(shí)現(xiàn)柔性直流輸電功能。第一功率單元柜15、第二功率單元柜16皆采用可控整流逆變單元以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四象限變頻器的性能。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步具體化，所述第一橋臂電抗器柜14和第二橋臂電抗器柜17為完全相同的兩個(gè)柜體，第一功率單元柜15和第二功率單元柜16為完全相同的兩個(gè)柜體。此設(shè)計(jì)模式非常便于整機(jī)容量的拓展，只需要通過增加相同的柜體即可實(shí)現(xiàn)容量拓展，無論從設(shè)計(jì)上還是制造裝配上都具體更為明顯的優(yōu)勢(shì)。

進(jìn)一步，所述進(jìn)線控制柜13內(nèi)安裝有MMC變頻器的控制系統(tǒng)18、進(jìn)線高壓真空接觸器19和充放電電阻20，見圖10、圖13。

如圖11、圖14，所述第一功率單元柜15和第二功率單元柜16的前部及后部皆安裝有上、中、下三層功率單元21，柜體中部為功率單元21的散熱風(fēng)道22，柜體頂部安裝有第一抽風(fēng)離心風(fēng)機(jī)23用于功率單元21的散熱，冷卻風(fēng)通過前門的通風(fēng)濾網(wǎng)進(jìn)入柜體，再通過功率單元21及后部散熱風(fēng)道22由頂部第一抽風(fēng)離心風(fēng)機(jī)23排出。

如圖12、圖15，第一橋臂電抗器柜14和第二橋臂電抗器柜17內(nèi)皆裝有橋臂電抗器24及電壓檢測(cè)板26；橋臂電抗器柜頂部設(shè)置有第二抽風(fēng)離心風(fēng)機(jī)25，供橋臂電抗器24散熱使用；前后柜門設(shè)置有通風(fēng)濾網(wǎng)，冷卻風(fēng)由前后通風(fēng)濾網(wǎng)進(jìn)入柜體，再流經(jīng)橋臂電抗器后從頂部風(fēng)機(jī)排出。

如上所述，本技術(shù)方案基于上述結(jié)構(gòu)，將功率單元全部為可控整流逆變單元，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四象限變頻器的性能；同時(shí)，功率單元可以實(shí)現(xiàn)高壓輸入和高壓輸出，即功率單元可直接掛在高壓電網(wǎng)上，無需再使用體積龐大且可靠性較低的移相變壓器；高壓和高壓之間采用了可靠性更高的電抗器，比起移相變壓器來說，體積更小、成本更低，同時(shí)可以滿足變頻器整機(jī)更大容量的需求；使用電抗器替換移相變壓器，還可以實(shí)現(xiàn)在相同配置下，整機(jī)容量大幅度提高，甚至翻番，在降成本方面非?？捎^；當(dāng)一組橋臂電抗器柜功率單元柜位于電站機(jī)側(cè)，另一組功率單元柜橋臂電抗器柜位于電站網(wǎng)側(cè)時(shí)，僅需改變軟件控制程序即可實(shí)現(xiàn)柔性直流輸電功能。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)先實(shí)施方式，本實(shí)用新型并不限定于上述實(shí)施方式，只要以基本相同手段實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。