一种模块化多电平换流器装置的制作方法

本实用新型涉及高压变频器，特别是一种模块化多电平换流器装置MMC（Modular Multilevel Converter）。

背景技术：

高压变频器是利用半导体功率器件的开通和关断，将工频电源变换为频率可调的电能控制装置。作为一种新型节能产品，高压变频器被广泛应用于火力发电、石油、矿山、冶金等众多行业，发挥着十分重要的作用。

目前，传统型高压变频广泛应用于电机调速技术，对应用场合要求较高的工况无法拓展使用，对内部器件性能要求高、谐波较大、系统利用率相对较低，更无法实现能量的双向流动，而且使用了体积较大的变压器，无论从体积还是成本上都不具备优势。

参见图1—图6所示。 现有高压变频器主要包括控制系统、功率单元及移相变压器等。其控制系统、功率单元和移相变压器分别置于控制柜1、功率单元柜2和变压器柜3中，各柜体相互独立，依次排列为一字型。

其中，控制柜1内安装有高压变频器的控制系统4。功率单元柜2的前部安装有上、中、下三层功率单元5，后部为功率单元专用的冷却风道6，柜体顶部安装有冷却风机7用于功率单元的散热，冷却风通过前门的通风滤网8进入柜体，再通过功率单元及后部风道由顶部冷却风机7排出。

变压器柜3内装有移相变压器9及进出线端子10，进线端子10用于设备用现场电网的连接，移相变压器9的副边绕组分为三组，为功率单元供电；变压器柜顶部设计有离心风机11，供移相变压器9的散热使用；前后柜门设计有通风滤网12，冷却风由前后通风滤网进入柜体，再流经变压器后从顶部风机排出。

现有的通用型高压变频器，采用的功率单元为不可控整流功率单元，无法实现能量的双向流动；同时，功率单元需要低压690V供电，必须采用体积非常大的移相变压器来实现电网电压6kV或10kV到690V的转变，不仅体积大、成本高；而且，高压变频器的容量需要受限于变压器的容量配置，因为，现阶段8000kVA以上容量的变压器几乎很难生产加工，即便个别厂家可以提供大容量的变压器，但是因受限于加工工艺精度及大体积的散热缺陷，其可靠性及使用寿命都很不乐观。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种模块化多电平换流器装置。

本实用新型采用的技术方案是：

一种模块化多电平换流器装置，包括依次排列的进线控制柜、第一桥臂电抗器柜、第一功率单元柜、第二功率单元柜和第二桥臂电抗器柜，该第一桥臂电抗器柜、第一功率单元柜设置在电站机侧，第二功率单元柜和第二桥臂电抗器柜设置在电站网侧，第一功率单元柜、第二功率单元柜皆采用可控整流逆变单元以实现能量的双向流动。

所述第一桥臂电抗器柜和第二桥臂电抗器柜为完全相同的两个柜体，第一功率单元柜和第二功率单元柜为完全相同的两个柜体。

所述进线控制柜内安装有MMC变频器的控制系统、进线高压真空接触器和充放电电阻。

所述第一功率单元柜和第二功率单元柜的前部及后部皆安装有上、中、下三层功率单元，柜体中部为功率单元的散热风道，柜体顶部安装有第一抽风离心风机用于功率单元的散热，冷却风通过前门的通风滤网进入柜体，再通过功率单元及后部散热风道由顶部第一抽风离心风机排出。

所述第一桥臂电抗器柜和第二桥臂电抗器柜内皆装有桥臂电抗器及电压检测板；桥臂电抗器柜顶部设置有第二抽风离心风机，供桥臂电抗器散热使用；前后柜门设置有通风滤网，冷却风由前后通风滤网进入柜体，再流经桥臂电抗器后从顶部风机排出。

本实用新型的有益效果：

1）功率单元全部为可控整流逆变单元，可以实现能量的双向流动，实现四象限变频器的性能；

2）功率单元可以实现高压输入和高压输出，即功率单元可直接挂在高压电网上，无需再使用体积庞大且可靠性较低的移相变压器；

3）高压和高压之间采用了可靠性更高的电抗器，比起移相变压器来说，体积更小、成本更低，同时可以满足变频器整机更大容量的需求；使用电抗器替换移相变压器，还可以实现在相同配置下，整机容量大幅度提高，甚至翻番，在降成本方面非常可观；

4）当一组桥臂电抗器柜功率单元柜位于电站机侧，另一组功率单元柜桥臂电抗器柜位于电站网侧时，仅需改变软件控制程序即可实现柔性直流输电功能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。

图1-通用型变频器主视图（前视）；

图2-通用型变频器俯视图；

图3-通用型变频器主视图（后视）；

图4-通用型变频器控制柜左视图；

图5-通用型变频器功率单元柜左视图；

图6-通用型变频器变压器柜左视图；

图7-MMC变频器主视图（前视）；

图8-MMC变频器俯视图；

图9-MMC变频器主视图（后视）；

图10-MMC变频器进线控制柜左视图；

图11-MMC变频器功率单元柜1/2左视图；

图12-MMC变频器电抗器柜1/2左视图；

图13-MMC变频器进线控制柜轴侧图；

图14-MMC变频器功率单元柜轴侧图；

图15-MMC变频器电抗器柜轴侧图；

图16-MMC变频器整机轴侧图。

具体实施方式

如图7-图16所示，本实用新型的一种模块化多电平换流器装置（MMC装置），包括依次排列的进线控制柜13、第一桥臂电抗器柜14、第一功率单元柜15、第二功率单元柜16和第二桥臂电抗器柜17，该第一桥臂电抗器柜14、第一功率单元柜15设置在电站机侧，第二功率单元柜16和第二桥臂电抗器柜17设置在电站网侧，仅需改变软件控制程序即可实现柔性直流输电功能。第一功率单元柜15、第二功率单元柜16皆采用可控整流逆变单元以实现能量的双向流动，实现四象限变频器的性能。

作为本技术方案的进一步具体化，所述第一桥臂电抗器柜14和第二桥臂电抗器柜17为完全相同的两个柜体，第一功率单元柜15和第二功率单元柜16为完全相同的两个柜体。此设计模式非常便于整机容量的拓展，只需要通过增加相同的柜体即可实现容量拓展，无论从设计上还是制造装配上都具体更为明显的优势。

进一步，所述进线控制柜13内安装有MMC变频器的控制系统18、进线高压真空接触器19和充放电电阻20，见图10、图13。

如图11、图14，所述第一功率单元柜15和第二功率单元柜16的前部及后部皆安装有上、中、下三层功率单元21，柜体中部为功率单元21的散热风道22，柜体顶部安装有第一抽风离心风机23用于功率单元21的散热，冷却风通过前门的通风滤网进入柜体，再通过功率单元21及后部散热风道22由顶部第一抽风离心风机23排出。

如图12、图15，第一桥臂电抗器柜14和第二桥臂电抗器柜17内皆装有桥臂电抗器24及电压检测板26；桥臂电抗器柜顶部设置有第二抽风离心风机25，供桥臂电抗器24散热使用；前后柜门设置有通风滤网，冷却风由前后通风滤网进入柜体，再流经桥臂电抗器后从顶部风机排出。

如上所述，本技术方案基于上述结构，将功率单元全部为可控整流逆变单元，可以实现能量的双向流动，实现四象限变频器的性能；同时，功率单元可以实现高压输入和高压输出，即功率单元可直接挂在高压电网上，无需再使用体积庞大且可靠性较低的移相变压器；高压和高压之间采用了可靠性更高的电抗器，比起移相变压器来说，体积更小、成本更低，同时可以满足变频器整机更大容量的需求；使用电抗器替换移相变压器，还可以实现在相同配置下，整机容量大幅度提高，甚至翻番，在降成本方面非常可观；当一组桥臂电抗器柜功率单元柜位于电站机侧，另一组功率单元柜桥臂电抗器柜位于电站网侧时，仅需改变软件控制程序即可实现柔性直流输电功能。

以上所述仅为本实用新型的优先实施方式，本实用新型并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。