CN202679258U - 一种应用在并网光伏逆变器的功率单元 - Google Patents

一种应用在并网光伏逆变器的功率单元 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，包括功率堆栈和直流支撑电容组，所述功率堆栈和直流支撑电容组通过低感连接母排连接，所述功率堆栈包括IGBT模块、直接安装在所述IGBT模块上的IGBT驱动板、吸收电容、低感输出母排，所述吸收电容与IGBT模块并联连接；所述直流支撑电容组由多个低感薄膜电容直接并联组成，光伏直流电能由直流支撑电容组前端的低感输入母排处输入，从低感输出母排处输出交流电能。本实用新型的有益效果是：由于采用上述技术方案，使得本实用新型中涉及的功率单元具有体积小、功率大、易安装、故障率低、成本低的优点。

Description

一种应用在并网光伏逆变器的功率单元
技术领域
本实用新型属于光伏并网逆变器领域，尤其是涉及一种应用在并网光伏逆变器的功率单元。 
背景技术
目前，在日趋严重的能源危机以及日益恶化的生态环境，使世界各国根据国情走可持续发展的道路，并大力开发利用可再生能源。太阳能光伏技术在这种形势下进入了快速发展的阶段。在太阳能光伏技术中，光伏并网逆变器是将光伏电池板产生的直流电能转变为与电网指标相同的交流电能的装置，是光伏电站的核心装置之一，而在光伏并网逆变器中，具体完成电能由直流电能转变为交流电能的装置就是功率单元，它又是光伏并网逆变器的核心装置。 
在现有技术中，目前各生产商大多数都采用IGBT模块作为功率器件，组成H桥电路完成电能由直流电到交流电的转换。 
功率单元电路拓扑简图见图1： 
其中C为直流支撑电容组，Vb1…Vb6为IGBT。 
在实际应用中，功率单元还包括缓冲电容和冷却装置。 
目前，在现有技术下，因为光伏并网逆变器功率较大，市场多需要100KW、250KW、500KW、1MW等技术规格，生产商多采用多个小功率的功率单元并联工作的方式，这样做造成功率单元体积大，器件多，维护困难等缺点。 
光伏并网逆变器在工作时IGBT上有大电流流过，造成器件发热量很大，必须采用强制冷却措施来保证在光伏并网逆变器正常工作时，直流支撑电容组和IGBT模块的温升必须在器件允许的范围内。目前现有技术下，各生产商多采用强制风冷的技术来进行冷却。风冷技术体积大，散热不均匀，散热效果差。 
发明内容
本实用新型要解决的问题是提供一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，尤其适合输出功率大，体积小的逆变器。 
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，包括功率堆栈和直流支撑电容组，所述功率堆栈和直流支撑电容组通过连接母排连接，所述功率堆栈包括IGBT模块、直接安装在所述IGBT模块上的IGBT驱动板、吸收电容、低感输出母排，所述吸收电容与IGBT模块并联连接；所述直流支撑电容组由多个低感薄膜电容直接并联组成，光伏直流电能由直流支撑电容组前端的低感输入母排处输入，从低感输出母排处输出交流电能。 
功率堆栈与直流支撑电容组由低杂散电感连接母排连接，通过专门设计的低杂散电感母排尽量减小***中的杂散电感，避免在IGBT关断时产生过电压的故障，减少了装置的故障率。 
进一步，在本实用新型中，采用大功率高压IGBT模块，使用6块IGBT构成2个3相H桥电路，输出功率可以达到500KW，每个3相H桥可以输出功率250KW。如果本实用新型中涉及的功率单元用于500KW光伏并网逆变器中，需要安装6块IGBT，如果用在250KW的光伏并网逆变器中，则只需要安装3块IGBT就可以了。 
进一步，所述IGBT驱动板采用光信号控制，减小了装置体积，避免了因为杂散电感和布线带来的干扰，提高了控制精度。 
进一步，所述IGBT模块的侧面设置有液冷散热器，所述液冷散热器内装有用于冷却的冷却介质。 
功率堆栈采用液体冷却的方式，冷却介质是乙二醇和纯净水的混合物，6块IGBT分别安装在液冷散热器的两面上，共用一个液冷散热器，IGBT工作时产生的热量由在液冷散热器中流动的冷却介质带出，通过安装在柜体外部的换热器散发掉，节省了安装体积，避免了因为使用风冷的方式需要设计专门的风道，使得功率单元可以小型化；同时，液冷的冷却方式散热均匀，避免了因为散热不均匀造成IGBT内部可能出现局部过热而造成故障，提高了装置的可靠性；而且液冷的冷却方式散热量比风冷的大，使得IGBT通过大电流时温升小，提高的功率密度，和IGBT的利用度。 
进一步，所述液冷散热器设置有液冷散热器安装支架，所述液冷散热器安装支架的上方设置有功率堆栈护罩，用于保护IGBT驱动板。 
进一步，所述直流支撑电容组上设置有电容组壳体，所述电容组壳体上方设置有PC板，所述电容组壳体与PC板之间的中空部分组成风冷风道。电容组的壳体和PC板构成了强制风冷的风道，不用另外单独设计风道，具有散热可靠，安装简单的优点。 
进一步，直流支撑电容采用高耐压低感薄膜电容构成电容组，与目前应用的电解电容比较，薄膜电容的使用寿命长，工作可靠，增加了装置的可靠性。选用高耐压电容直接并联组成电容组，与目前其他厂家使用多个电容串并联的方案具有使用电容数量少，省掉了分压电阻，结构更加简单、成本更低的优点。 
进一步，所述低感输出母排、低感连接母排和低感输入母排使用专门设计的低杂散电感母排，降低了杂散电感对IGBT的不利影响，使装置的可靠性进一步增强。 
本实用新型具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，使得本实用新型中涉及的功率单元具有体积小、功率大、易安装、故障率低、成本低的优点。 
附图说明
图1是现有技术的功率单元电路拓扑简图 
图2是功率堆栈组成结构示意图 
图3是直流支撑电容组组成结构示意图 
图4是本实用新型的连接结构框图 
图5是本实用新型的完整装配图 
图中：1、功率堆栈护罩，2、液冷散热器安装支架，3、IGBT驱动板，4、IGBT模块，5、吸收电容，6、低感连接母排，7、低感输出母排，8、液冷散热器，9、低感输入母排，10、电容组壳体，11、低感薄膜电容，12、PC板 
具体实施方式
如图2、3所示，本实用新型提供一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，包括功率堆栈和直流支撑电容组，所述功率堆栈和直流支撑电容组通过低感连接母排6连接，所述功率堆栈包括IGBT模块4、直接安装在所述IGBT模块4上的IGBT驱动板3、吸收电容5、低感输出母排7，所述吸收电容5与IGBT模块4并联连接；所述直流支撑电容组由多个低感薄膜电容11直接并联组成，光伏直流电能由直流支撑电容组前端的低感输入母排9处输入，从低感输出母排7处输出交流电能。 
功率堆栈与直流支撑电容组由低杂散电感连接母排6连接，通过专门设计的低杂散电感母排尽量减小***中的杂散电感，避免在IGBT关断时产生过电压的故障，减少了装置的故障率。 
进一步，在本实用新型中，采用大功率高压IGBT模块4，使用6块IGBT构成2个3相H桥电路，输出功率可以达到500KW，每个3相H桥可以输出功率250KW。如果本实用新型中涉及的功率单元用于500KW光伏并网逆变器中，需要安装6块IGBT，如果用在250KW的光伏并网逆变器中，则只需要安装3块IGBT就可以了。 
进一步，所述IGBT驱动板3采用光信号控制，减小了装置体积，避免了因为杂散电感和布线带来的干扰，提高了控制精度。 
进一步，所述IGBT模块4的侧面设置有液冷散热器8，所述液冷散热器8内装有用于冷却的冷却介质。 
功率堆栈采用液体冷却的方式，冷却介质是乙二醇和纯净水的混合物，6块IGBT分别安装在液冷散热器8的两面上，共用一个液冷散热器8，IGBT工作时产生的热量由在液冷散热器中流动的冷却介质带出，通过安装在柜体外部的换热器散发掉，节省了安装体积，避免了因为使用风冷的方式需要设计专门的风道，使得功率单元可以小型化；同时，液冷的冷却方式散热均匀，避免了因为散热不均匀造成IGBT内部可能出现局部过热而造成故障，提高了装置的可靠性；而且液冷的冷却方式散热量比风冷的大，使得 IGBT通过大电流时温升小，提高的功率密度，和IGBT的利用度。 
进一步，所述液冷散热器8设置有液冷散热器安装支架2，所述液冷散热器安装支架2的上方设置有功率堆栈护罩1，用于保护IGBT驱动板3。 
进一步，电容组的壳体10和PC板12构成了强制风冷的风道，不用另外单独设计风道，具有散热可靠，安装简单的优点。 
进一步，直流支撑电容采用高耐压低感薄膜电容11构成电容组，与目前应用的电解电容比较，薄膜电容的使用寿命长，工作可靠，增加了装置的可靠性。选用高耐压电容直接并联组成电容组，与目前其他厂家使用多个电容串并联的方案具有使用电容数量少，省掉了分压电阻，结构更加简单、成本更低的优点。 
进一步，所述低感输出母排7、低感连接母排6和低感输入母排9使用专门设计的低杂散电感母排，降低了杂散电感对IGBT的不利影响，使装置的可靠性进一步增强。 
本实例的工作过程：直流光伏电能通过低杂散电感直流输入，经过直流支撑电容组和功率堆栈转变为交流电能由低杂散电感输出母排输出。 
以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。 

Claims (9)

1.一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，其特征在于：包括功率堆栈和直流支撑电容组，所述功率堆栈和直流支撑电容组通过低感连接母排(6)连接，所述功率堆栈包括IGBT模块(4)、直接安装在所述IGBT模块(4)上的IGBT驱动板(3)、吸收电容(5)、低感输出母排(7)，所述吸收电容(5)与IGBT模块(4)并联连接；所述直流支撑电容组由多个低感薄膜电容(11)直接并联组成，光伏直流电能由直流支撑电容组前端的低感输入母排(9)处输入，从低感输出母排(7)处输出交流电能。
2.根据权利要求1所述的一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，其特征在于：所述IGBT模块(4)为大功率高压IGBT模块。
3.根据权利要求1所述的一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，其特征在于：所述IGBT模块(4)包括3块IGBT，所述3块IGBT组成1个3相H桥电路。
4.根据权利要求1所述的一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，其特征在于：所述IGBT模块(4)包括6块IGBT，所述6块IGBT组成2个3相H桥电路。
5.根据权利要求1所述的一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，其特征在于：所述IGBT驱动板(3)采用光信号控制。
6.根据权利要求1所述的一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，其特征在于：所述IGBT模块(4)的侧面设置有液冷散热器(8)，所述液冷散热器(8)内装有用于冷却的冷却介质。
7.根据权利要求6所述的一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，其特征在于：所述液冷散热器(8)设置有液冷散热器安装支架(2)，所述液冷散热器安装支架(2)的上方设置有功率堆栈护罩(1)。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，其特征在于：所述直流支撑电容组上设置有电容组壳体(10)，所述电容组壳体(10)上方设置有PC板(12)，所述电容组壳体(10)与PC板(12)之间的中空部分组成风冷风道。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的一种应用在并网光伏逆变器的功率单元，其特征在于：所述直流支撑电容组采用低感薄膜电容构成电容组。
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CN103956885A (zh) * 2014-04-24 2014-07-30 江苏大全箱变科技有限公司 风电变流器紧凑型功率单元

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