大功率風(fēng)電變流器中的母排設(shè)計

5 設(shè)計實例

圖10為某型號風(fēng)電變流器功率模組的初始結(jié)構(gòu)三維圖，該模組的直流側(cè)母排由前模塊母排、后模塊母排和連接母排構(gòu)成，此3個母排均為開放式的疊層母排。然而，在風(fēng)場運行過程中，頻頻出現(xiàn)IPM(智能功率模塊)炸毀現(xiàn)象。經(jīng)分析，引起IPM炸毀可能有以下3個原因：①母排設(shè)計不合理，電感大，模塊在關(guān)斷過程中出現(xiàn)比較高的電壓尖峰，當(dāng)電壓尖峰超過IPM承受的極限時，模塊炸毀;②由于風(fēng)場沙漠化比較嚴(yán)重，灰塵比較大，母排上積聚了大量灰塵，導(dǎo)致母排正負極出現(xiàn)打火放電，模塊過流炸毀;③疊層母排的層間絕緣采用的是0.7mm厚的環(huán)氧樹脂板，如果環(huán)氧樹脂板本身有劃傷，在變流器運行時，該疊層母排可能會出現(xiàn)局部放電，日積月累，導(dǎo)致層間絕緣被擊穿。所有的問題都指向母排。

圖11優(yōu)化后的母排設(shè)計

所以，我們對母排進行了優(yōu)化，如圖11所示，將原來的3個母排合成一個母排，極大降低了回路中的雜散電感，經(jīng)測算，直流側(cè)母排電感由原來的89nH左右下降至43nH左右;并且采用了層銅板+層間絕緣+絕緣包覆(壓合封邊)結(jié)構(gòu)，整個母排除接頭外，其余的地方是一個密閉的結(jié)構(gòu)，正負極銅板基本上處于密閉狀態(tài)，消除了灰塵的威脅，并提高了絕緣性能，通過了濕熱循環(huán)、耐高壓、局部放電等測試。采用整改后的母排后，經(jīng)過了較長時間的運行，變流器運行穩(wěn)定，無模塊炸毀事故。

6 結(jié)束語

直流側(cè)母排設(shè)計是整個風(fēng)電變流器結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中的一個關(guān)鍵點。本文根據(jù)多年風(fēng)電變流器結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗并結(jié)合相關(guān)理論，從母排電感的抑制、母排應(yīng)力分析以及環(huán)境適應(yīng)性等幾個方面系統(tǒng)闡述了母排的設(shè)計要點，最后結(jié)合實例，作進一步分析說明，對以后的設(shè)計工作具有重要的指導(dǎo)意義。另外，隨著風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計和制造水平的不斷提高，5MW、7MW的風(fēng)電機組被陸續(xù)研制出來，并向更高功率發(fā)展。作為風(fēng)電并網(wǎng)的核心設(shè)備——風(fēng)電變流器，也相應(yīng)地在向更大的功率方向發(fā)展，將會對母排的設(shè)計提出更高的要求。

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作者簡介

黃彭發(fā)(1983.5.20—)，男，工程師，主要從事大功率風(fēng)電變流器結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。■