[发明专利]一种二极管钳位型三电平变流器及其功率系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种二极管钳位型三电平变流 器及其功率系统。

背景技术

随着近年来海上风力发电技术的迅速发展，发电机组的性能也需要不断提 高。变流器作为发电机组中的一个重要组成部分，变流器的性能是否优越直接 影响到了发电机组的性能。

但是，随着变流器中电压等级的升高，变流器的电气间隙和爬电距离等电 气绝缘距离需要相应的增加，而电气绝缘距离的增加需要变流器中母排的过孔 变大，进而导致母排的体积增大。而母排的体积增大后不仅会使变流器的功率 系统的体积也相应的增大，同时还会导致母排间的换流路径增长，增加了母排 间的杂散电感。

因此，如何提供一种能够解决上述问题的二极管钳位型三电平变流器及其 功率系统是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种二极管钳位型三电平变流器的功率系统，采用重 叠放置的三层母排来连接功率系统中的各种元器件(半导体器件以及二极管器 件等)，从而减小功率系统的体积，缩短换流路径的长度，降低母排间的杂散 电感。本发明的另一目的是提供一种包括上述功率系统的二极管钳位型三电平 变流器。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种二极管钳位型三电平变流器的功 率系统，包括四个IGBT模块、二极管模块、用于固定四个所述IGBT模块与 所述二极管模块的固定板以及用于连接四个所述IGBT模块以及所述二极管模 块且能够导电的三层母排；其中：

四个所述IGBT模块与所述二极管模块设置于所述固定板的同一侧表面；

四个所述IGBT模块依次排列于第一直线上，其中，每个所述IGBT模块 中的集电极与发射极的设置方向均与所述第一直线垂直；

所述二极管模块位于所述第一直线的一侧；所述二极管模块包括两个阳极 以及两个阴极，其中，两个所述阳极所处的直线与所述第一直线垂直，两个所 述阴极所处的直线与所述第一直线垂直；

第一层母排包括正母排、负母排以及交流输出排，其中，所述交流输出排 位于所述正母排与所述负母排之间；

所述正母排与第一IGBT模块的集电极相连，所述正母排的引出端与直流 侧母线电容组的正极端相连；

所述交流输出排分别与所述第二IGBT模块的发射极以及所述第三IGBT 模块的集电极相连，所述交流输出排的引出端作为外部输入输出端；

所述负母排与第四IGBT模块的发射极相连，所述负母排的引出端与所述 直流侧母线电容组的负极端相连；

第二层母排分别与所述二极管模块的第一阳极以及所述二极管模块的第 二阴极相连，所述第二层母排包括三个引出端，其中，处于中心位置的引出端 与所述直流侧母线电容组的中心端相连，剩余的两个所述引出端均作为外部输 入输出端；

第三层母排包括上钳位二极管连接母排以及下钳位二极管连接母排，所述 上钳位二极管连接母排分别与所述第一IGBT模块的发射极、所述第二IGBT 模块的集电极以及所述二极管模块的第一阴极相连；所述下钳位二极管连接母 排分别与所述第三IGBT模块的发射极、所述第四IGBT模块的集电极以及所 述二极管模块的第二阳极相连；

所述第一层母排与所述第二层母排之间、所述第二层母排与所述第三层母 排之间均设置有绝缘层。

优选地，四个所述IGBT模块与所述二极管模块之间的连接关系具体为：

所述二极管模块包括两个二极管，所述二极管模块的第一阴极为第一二极 管的阴极，所述二极管模块的第一阳极为所述第一二极管的阳极，所述二极管 模块的第二阴极为第二二极管的阴极，所述二极管模块的第二阳极为所述第二 二极管的阳极；

所述第一IGBT模块的集电极与所述直流侧母线电容组的正极端相连，其 公共端作为所述功率系统的正极端；所述第一IGBT模块的发射极与所述第二 IGBT模块的集电极相连，其公共端与所述二极管模块的第一阴极相连；

所述第二IGBT模块的发射极与所述第三IGBT模块的集电极相连；

所述第三IGBT模块的发射极与所述第四IGBT模块的集电极相连，其公 共端与所述二极管模块的第二阳极相连；

所述第四IGBT模块的发射极与所述直流侧母线电容组的负极端相连，其 公共端作为所述功率系统的负极端；