大功率風(fēng)電變流器中的母排設計

5 設計實(shí)例

圖10為某型號風(fēng)電變流器功率模組的初始結構三維圖，該模組的直流側母排由前模塊母排、后模塊母排和連接母排構成，此3個(gè)母排均為開(kāi)放式的疊層母排。然而，在風(fēng)場(chǎng)運行過(guò)程中，頻頻出現IPM(智能功率模塊)炸毀現象。經(jīng)分析，引起IPM炸毀可能有以下3個(gè)原因：①母排設計不合理，電感大，模塊在關(guān)斷過(guò)程中出現比較高的電壓尖峰，當電壓尖峰超過(guò)IPM承受的極限時(shí)，模塊炸毀;②由于風(fēng)場(chǎng)沙漠化比較嚴重，灰塵比較大，母排上積聚了大量灰塵，導致母排正負極出現打火放電，模塊過(guò)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(shù)脂板，如果環(huán)氧樹(shù)脂板本身有劃傷，在變流器運行時(shí)，該疊層母排可能會(huì )出現局部放電，日積月累，導致層間絕緣被擊穿。所有的問(wèn)題都指向母排。

圖11優(yōu)化后的母排設計

所以，我們對母排進(jìn)行了優(yōu)化，如圖11所示，將原來(lái)的3個(gè)母排合成一個(gè)母排，極大降低了回路中的雜散電感，經(jīng)測算，直流側母排電感由原來(lái)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)結構，整個(gè)母排除接頭外，其余的地方是一個(gè)密閉的結構，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(guò)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(guò)了較長(cháng)時(shí)間的運行，變流器運行穩定，無(wú)模塊炸毀事故。

6 結束語(yǔ)

直流側母排設計是整個(gè)風(fēng)電變流器結構設計工作中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。本文根據多年風(fēng)電變流器結構設計經(jīng)驗并結合相關(guān)理論，從母排電感的抑制、母排應力分析以及環(huán)境適應性等幾個(gè)方面系統闡述了母排的設計要點(diǎn)，最后結合實(shí)例，作進(jìn)一步分析說(shuō)明，對以后的設計工作具有重要的指導意義。另外，隨著(zhù)風(fēng)力發(fā)電機組設計和制造水平的不斷提高，5MW、7MW的風(fēng)電機組被陸續研制出來(lái)，并向更高功率發(fā)展。作為風(fēng)電并網(wǎng)的核心設備——風(fēng)電變流器，也相應地在向更大的功率方向發(fā)展，將會(huì )對母排的設計提出更高的要求。

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作者簡(jiǎn)介

黃彭發(fā)(1983.5.20—)，男，工程師，主要從事大功率風(fēng)電變流器結構設計工作?！?/span>