功率模块、变流器及风力发电机组的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种功率模块及采用该功率模块的变流器、风力发电机组。

背景技术：

风力发电机大部分处于环境比较恶劣的地区，其中电控系统的核心系统变流器处于同样的环境中，变流器的核心器件为功率模块，功率模块性能的优劣直接决定整个变流器的性能。由于功率模块是整个变流器能量的传递及转换环节，功率模块失效率明显高于其它电器元件。变流器内部有多个功率模块，当其中一个功率失效时，往往会引发其它功率模块同步失效，容易发生殉爆现象。殉爆不仅导致变流器的工作无法正常开展，同时增加用户的备件维护成本，因此控制功率模块的殉爆，是保证变流器正常工作及降低备件及维护成本的重要手段。

现有技术中，通常在变流器的交流侧通过交流熔断器快速熔断来实现设备的防护，但其局限在于，交流熔断器往往无法及时、快速地实现防护，且其体积和功率大，需要昂贵的生产成本及后续的备件、维护费用。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在提供一种功率模块及采用所述功率模块的变流器、风力发电组件，以解决上述现有技术中无法实现设备防护且生产成本、维护费用高昂的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种功率模块，包括电机侧功率模块、电网侧功率模块、直流熔断器、电容池，以及分别与所述电机侧功率模块、所述电网侧功率模块电连接的快插组件；所述快插组件通过所述直流熔断器与所述电容池电连接。

优选地，与所述电机侧功率模块输出端电连接的所述快插组件的两极分别通过所述直流熔断器与所述电容池的两极电连接。

优选地，与所述电网侧功率模块输入端电连接的所述快插组件的两极分别通过所述直流熔断器与所述电容池的两极电连接。

优选地，所述直流熔断器的额定电压U额定满足如下公式：

其中，所述U交流为所述直流熔断器熔断后的外加交流电压值，所述U直流空载为所述直流熔断器的理想直流空载电压值。

优选地，所述直流熔断器的额定电流I额定满足如下公式：

I额定≥K1*K2*K3*K4；

其中，所述K1为电流留余系数，K2为环境温度系统，K3为冷却条件系数，K4为实际流过直流熔断器电流的方均根值。

优选地，所述电机侧功率模块、所述电网侧功率模块和所述电容池均包含多个电容器，所述电容器为直流支撑电容器。

优选地，所述快插组件通过连接母排与所述直流熔断器电连接。

优选地，所述快插组件以插接方式分别与所述电机侧功率模块、所述电网侧功率模块电连接。

此外，本实用新型还提供一种变流器，所述变流器包括上述功率模块。

此外，本实用新型还提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括上述变流器。

与现有技术相比，本实用新型具备如下优点：

本实用新型提供的功率模块通过在直流侧设置直流熔断器，能够有效地防止因某一电机侧功率模块或电网侧功率模块殉爆失效而影响其他功率模块的正常工作，保证其他器件免受损坏，在实现防殉爆的同时还减少了因殉爆所需的备件和维护成本；此外，本方案所采用的直流熔断器相比交流熔断器具有更小的体积和功率，进一步节省了生产成本和后续的备件、维护费用。

相应地，本实用新型提供的采用所述功率模块的变流器和风力发电机组具有良好的防殉爆性能，能够支持在环境恶劣地区连续长期运行，工作可靠性、稳定性高，且生产、维护成本低。

附图说明

图1为本实用新型提供的功率模块的结构示意图；

图2为本实用新型提供的直流熔断器与电容池、快插组件连接的一个实施例的实物图；

图3为本实用新型提供的变流器的工作原理图。

附图标记说明：

10、直流熔断器；20、电机侧功率模块；30、电网侧功率模块；40、电容池；41、连接片；42、电容池间连接点；50、快插组件；51、连接母排；60、电机侧滤波器；70、电网侧滤波器；80、风力发电机；90、电网；100、功率模块。

具体实施方式

下面结合附图和示例性实施例对本实用新型作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本实用新型的特征是不必要的，则将其省略。

如图1所示，为本实用新型提供的功率模块100，所述功率模块100包括电机侧功率模块20、电网侧功率模块30、直流熔断器10、电容池40，以及分别与所述电机侧功率模块20、所述电网侧功率模块30电连接的快插组件50；所述快插组件50通过所述直流熔断器10与所述电容池40电连接。其中，所述电机侧功率模块20为整流功率模块，电网侧功率模块30为逆变功率模块，所述功率模块100中的所述电机侧功率模块20、电网侧功率模块30的数量可以是一个或多个，所述快插组件50的数量与所述电机侧功率模块20和所述电网侧功率模块30的总数量相对应。由于直流熔断器10需分别连接于所述快插组件50的输出端的两极，故所述直流熔断器10的数量为所述快插组件50数量的两倍。所述电容池40的数量可以是一个或多个，各相邻的所述电容池40之间电连接。

以下结合图2和图3，对本实用新型提供的功率模块100作详细阐述。

图2示出的为所述直流熔断器10与所述电容池40、所述快插组件50的一个实施例的连接结构。

对于本实施例，所述功率模块100包括两个所述电容池40和四个所述快插组件50，相应的，所述功率模块100还包括八个所述直流熔断器10。与所述电机侧功率模块(图2未示出)输出端电连接的各所述快插组件50的两极分别通过两个所述直流熔断器10与一个所述电容池40的两极电连接，与所述电网侧功率模块(图2未示出)输入端电连接的各所述快插组件50的两极亦分别通过两个所述直流熔断器10与另一个所述电容池40的两极电连接，具体地，各所述快插组件50以插接方式与对应的所述电机侧功率模块(图2未示出)或所述电网侧功率模块(图2未示出)电连接；各所述快插组件50通过连接母排51与所述直流熔断器10的一端电连接；所述电容器40上设有连接片41，所述直流熔断器10的另一端与所述电容器40的所述连接片41电连接。所述电容池40上设置有电容池间连接点42，两个所述电容池40通过所述电容池间连接点42实现电连接。通过连接同一电容池或连接相邻相互电连接的多个电容池，可实现各电机侧功率模块和各电网侧功率模块相互电连接。所述功率模块100中各器件之间的连接方式并不受本实施例的限制，其还可以采用螺纹、卡口、压接等其他连接方式。在本实施例中，电机侧功率模块(图2未示出)、所述电网侧功率模块(图2未示出)和所述电容池40内均包含多个电容器，所述电容器为能起到储能及稳定输出作用的直流支撑电容器。需明确指出的是，所述功率模块100中各器件的数量并不受本实施例的限制，各数量均可根据实际应用需求进行调整。

此外，本发明还提供了采用了所述功率模块100的变流器和风力发电组件。如图3所示，为本实用新型提供的采用所述功率模块100的变流器的工作原理图。所述变流器包括两个电机侧功率模块20和两个电网侧功率模块30，各所述电机侧功率模块20的输入端并联连接，各所述电网侧功率模块30的输出端并联连接。通过连接电容池(图3未示出)，各电机侧功率模块20的输出端和各电网侧功率模块30的输入端实现相互并联连接。

所述变流器正常运行时，风力发电机80产生能量，其中，所述风力发电机80为三相交流发电机，其所产生的能量流经电机侧滤波器60传递至电机侧功率模块20。作为整流功率模块的所述电机侧功率模块20将三相交流电整流为直流电，并通过电机侧的与其电连接的快插组件(图3未示出)把能量传递出来，能量随后经过电机侧的直流熔断器10传递至电容池(图3未示出)，电容池输出的能量继而流经电网侧的直流熔断器10、快插组件(图3未示出)传递至电网侧功率模块30，作为逆流功率模块的电网侧功率模块30将直流逆变为三相交流电并输出，能量继而通过电网侧滤波器70传递至电网90，其中，所述电网侧滤波器70为LC滤波器。

当某一电机侧功率模块20或电网侧功率模块30失效时，与其对应连接的所述直流熔断器10会快速熔断，从而保证其他器件不受影响并正常工作。具体地，以图3中最左侧的电网侧功率模块30失效为例，当其发生故障时，与其对应连接的快速熔断器10快速熔断，进而切断了与该电网侧功率模块30并联的另一电网侧功率模块30的电气连接；与其同时，与该电网侧功率模块30于直流侧并联的电机侧功率模块20的电气连接亦被切断。所述直流熔断器10能够在某一电机侧功率模块20或电网侧功率模块30失效时直接快速地切断能量的传递路径，进而保护其他器件免受影响，能够正常的工作。

此外，为防止直流熔断器有在变流器正常运行时误报故障而熔断的情况出现，本实用新型提供功率模块100所采用的直流熔断器10还需满足下述选型要求：

1、直流熔断器的额定电压U额定满足如下公式：

其中，所述U交流为所述直流熔断器熔断后的外加交流电压值，所述U直流空载为所述直流熔断器的理想直流空载电压值。

2、直流熔断器的额定电流I额定满足如下公式：

I额定≥K1*K2*K3*K4；

其中，所述K1为电流留余系数，K2为环境温度系统，K3为冷却条件系数，K4为实际流过直流熔断器电流的方均根值。

3、直流熔断器具有足够的分断能力，能够在1.1倍的额定电压U额定、短路条件下分断最大预期故障电流。

4、直流熔断器具有合适的熔断值I²t，熔断值I²t与直流熔断器的额定电流I额定相关联，其熔断值I²t由直流熔断器的结构、材料和横截面决定。

本实用新型提供的功率模块通过在直流侧设置直流熔断器，能够有效地防止因某一电机侧功率模块或电网侧功率模块殉爆失效而影响其他功率模块的正常工作，保证其他器件免受损坏，在实现防殉爆的同时还减少了因殉爆所需的备件和维护成本；此外，本方案所采用的直流熔断器相比交流熔断器具有更小的体积和功率，进一步节省了生产成本和后续的备件、维护费用。

此外，本实用新型提供的采用所述功率模块的变流器和风力发电机组具有良好的防殉爆性能，能够支持在环境恶劣地区连续长期运行，工作可靠性、稳定性高，且生产、维护成本低。

虽然上面已经示出了本实用新型的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本实用新型的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。