一种双向变流器功率装置以及功率柜的制作方法

1.本发明涉及城市轨道交通牵引供电技术领域，尤其涉及一种双向变流器功率装置以及功率柜。


背景技术：

2.地铁牵引供电双向变流装置通常采用全控型igbt器件，允许能量双向流动，可以完全取代传统的二极管牵引整流机组+逆变回馈装置，有助于改善牵引网的电压波动，降低中压环网的谐波含量，是地铁牵引供电装置未来的发展方向。在实际应用中，地铁牵引变电所一般位于地下，土建成本较高，投资较大，因此要求双向变流装置具备较高的功率密度和散热效率，提高设备运行的可靠性。


技术实现要素：

3.基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种双向变流器功率装置以及功率柜，对功率柜内功率单元以及功率柜柜体主回路和散热布局进行设计，可以有效提高变流器功率装置的功率密度和散热效率，符合地铁双向变流装置的应用需求。
4.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种双向变流器功率装置，包括2n组功率模组、交流滤波电抗器和交流断路器；
5.所述2n组功率模组中，各组功率模组的输入端并联后连接直流接触网；
6.所述2n组功率模组中，n组功率模组的输出端并联后连接至第一交流滤波电抗器，所述第一交流滤波电抗器的输出连接至第一交流断路器；
7.另外n组功率模组的输出端并联后连接至第二交流滤波电抗器，所述第二交流滤波电抗器的输出连接至第二交流断路器；
8.所述第一交流断路器和第二交流断路器的输出相互连接后输出至交流电网；
9.其中，n为自然数且n≥2。
10.进一步的，每个所述功率模组包括三相功率单元，每相功率单元包括第一igbt、第二igbt、第三igbt、第四igbt、第五igbt和第六igbt；
11.所述第一igbt至第四igbt串联连接构成该相的桥臂，第一igbt和第二igbt构成上桥臂，第三igbt和第四igbt构成下桥臂；
12.第五igbt和第六igbt串联连接后，两端分别连接至上桥臂的中点和下桥臂的中点；
13.各相功率单元的第五igbt和第六igbt串联连接的中点相互连接后连接至中性点；各相桥臂的中点分别输出至交流出线排。
14.根据本发明的另一个方面，提供了一种双向变流器功率柜，包括功率柜柜体和功率装置，所述功率装置包括功率模组、母线电容、交流滤波电抗器和交流断路器；
15.所述功率模组设置于功率柜柜体的上部；
16.所述母线电容设置于该功率模组的上部，通过叠层母排出线端和结构件直接安装
于该柜体上；
17.所述交流滤波电抗和交流断路器设置于功率柜柜体的下部；
18.所述功率装置包括如本发明第一个方面所述的功率装置。
19.进一步的，所述功率装置包括2n组功率模组；
20.其中，n组功率模组设置于功率柜柜体的前部，另外n组功率模组设置于功率柜柜体的后部，该2n组功率模组呈前后对称布置。
21.进一步的，每组功率模组包括多个功率单元，所述功率单元的上部为直流侧出排，下部为交流侧出排。
22.进一步的，还包括功率单元散热器，所述功率单元散热器采用左右进风方式。
23.进一步的，每个功率单元包括多个igbt半桥功率模块；
24.所述多个igbt半桥功率模块及其驱动电路从上至下依次设置于功率单元散热器的表面，并通过叠层母排与吸收电容固定在一起。
25.进一步的，所述交流滤波电抗器和交流断路器设置于功率柜柜体下部。
26.进一步的，所述功率柜柜体的顶部设置有离心风机，柜体前部和后部的上方和下方均设置有进风口，顶部设有出风口。
27.进一步的，所述功率柜柜内中间部分设置有风道。
28.综上所述，本发明提供了一种双向变流器功率装置以及功率柜，对功率柜内功率单元以及功率柜柜体主回路和散热布局进行设计，其中，三电平单桥臂拓扑结构，功率柜柜体主回路和散热布局方面，通过将半桥功率模块及其驱动按照从上至下依次固定在散热器的表面可以有效提高变流器功率装置的功率密度和散热效率，符合地铁双向变流装置的应用需求。
附图说明
29.图1是本发明双向变流器功率装置的电路结构示意图；
30.图2是功率模组的电路结构示意图；
31.图3是本发明双向变流器功率柜的结构示意图；
32.图4是功率单元的结构示意图。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
34.下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种双向变流器功率装置，包括2n组功率模组、交流滤波电抗器和交流断路器，该功率装置的电路结构示意图如图1所示，所述2n组功率模组中，各组功率模组的输入端并联后连接直流接触网；所述2n组功率模组中，n组功率模组的输出端并联后连接至第一交流滤波电抗器，所述第一交流滤波电抗器的输出连接至第一交流断路器；另外n组功率模组的输出端并联后连接至第二交流滤波电抗器，所述第二交流滤波电抗器的输出连接至第二交流断
路器；所述第一交流断路器和第二交流断路器的输出相互连接后输出至交流电网；其中，n为自然数且n≥2。本实施例中，n＝2，即设置有4组功率模组。
35.每个所述功率模组包括三相功率单元，功率模组的电路结构示意图如图2所示，每相功率单元由三个igbt半桥功率模块构成npc1三电平单桥臂拓扑，每相功率单元包括第一igbt、第二igbt、第三igbt、第四igbt、第五igbt和第六igbt；所述第一igbt至第四igbt串联连接构成该相的桥臂，第一igbt和第二igbt构成上桥臂，第三igbt和第四igbt构成下桥臂；第五igbt和第六igbt串联连接后，两端分别连接至上桥臂的中点和下桥臂的中点；在功率模组的直流端正负极之间还设置有2个直流母线电容，该2个直流母线电容的串联连接点为中点。各相功率单元的第五igbt和第六igbt串联连接的中点相互连接后连接至中性点；各相桥臂的中点分别输出至交流出线排。三相功率单元中各相功率单元的结构均相同，在此不再赘述。本实施例所提供的功率装置，整体功率单元器件数量少，结构简单、紧凑，功率密度高，提高了运行可靠性和可维护性。
36.根据本发明的另一个实施例，提供了一种双向变流器功率柜，该双向变流器功率柜的结构示意图如图3所示，包括功率柜柜体和功率装置，所述功率装置包括功率模组、母线电容、交流滤波电抗器和交流断路器；所述功率模组设置于功率柜柜体的上部；所述母线电容设置于该功率模组的上部，通过叠层母排出线端和结构件直接安装于该柜体上；所述交流滤波电抗和交流断路器设置于功率柜柜体的下部；所述功率装置例如可以为本发明第一个实施例中所述的功率装置。所述功率装置包括2n组功率模组；其中，n组功率模组设置于功率柜柜体的前部，另外n组功率模组设置于功率柜柜体的后部，该2n组功率模组呈前后对称布置，安装高度保持一致。每组功率模组包括多个功率单元，所述功率单元的上部为直流侧出排，下部为交流侧出排。还包括功率单元散热器，所述功率单元散热器采用左右进风方式。每个功率单元包括多个igbt半桥功率模块；所述多个igbt半桥功率模块及其驱动电路从上至下依次设置于功率单元散热器的表面，并通过叠层母排与吸收电容固定在一起，图4中示出了功率单元的结构示意图。所述交流滤波电抗器和交流断路器设置于功率柜柜体下部。所述功率柜柜体的顶部设置有离心风机，柜体前部和后部的上方和下方均设置有进风口，顶部设有出风口。所述功率柜柜内中间部分设置有风道。本实施例中，功率单元和电抗器等发热器件均为独立散热风道设计，整体装置结构布局紧凑，功率密度高，散热效果好。
37.综上所述，本发明涉及一种双向变流器功率装置以及功率柜，对功率柜内功率单元以及功率柜柜体主回路和散热布局进行设计，其中，三电平单桥臂拓扑结构，功率柜柜体主回路和散热布局方面，通过将半桥功率模块及其驱动按照从上至下依次固定在散热器的表面可以有效提高变流器功率装置的功率密度和散热效率，符合地铁双向变流装置的应用需求。
38.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。