專利名稱：一種大容量逆變并網(wǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種大容量逆變并網(wǎng)裝置，更具體的說，尤其涉及一種通過功率模塊單元并聯(lián)、采用半控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的大容量逆變并網(wǎng)裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代變流技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)在工業(yè)設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用，變流技術(shù)具有的卓越節(jié)能效果、方便操作以及便于安裝維護(hù)等優(yōu)點，但由于工況條件差異較大，有的如風(fēng)電廠、光伏發(fā)電廠、軌道交通地鐵站要求將再生能量全部饋入到電網(wǎng)，特別對于容量比較大的特殊情況，如果采用目前的生產(chǎn)水平和器件使用情況，生產(chǎn)較大容量的并網(wǎng)設(shè)備時就有一定的難度，現(xiàn)有的逆變并網(wǎng)裝置對設(shè)備的工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)要求十分苛刻，使得制作成本居高不下，而且效率也相對較低。 如何設(shè)計出工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)要求相對較低、采用的元器件成本低廉的逆變并網(wǎng)電路，是解決現(xiàn)有大功率場合的逆變并網(wǎng)裝置制作成本居高不下、生產(chǎn)效率低下的關(guān)鍵所在。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了克服上述技術(shù)問題的缺點，提供了一種通過功率模塊單元并聯(lián)、采用半控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的大容量逆變并網(wǎng)裝置。本實用新型的大容量逆變并網(wǎng)裝置，其特別之處在于包括隔離變壓器、實現(xiàn)逆變作用的功率模塊單元；所述隔離變壓器的一次側(cè)為與電網(wǎng)相連接的三相繞組，二次側(cè)為η個三相繞組或3η個單相繞組，3η個單相繞組均分為三組與變壓器一次側(cè)三相繞組分別相對應(yīng)的繞組；在變壓器的二次側(cè)為3η個單相繞組時，功率模塊單元的數(shù)目為η個，且每個功率模塊單元由3個單相可控全波整流H橋組成，每個整流H橋的兩輸出端形成輸出，每個整流H橋的兩端均與直流電源的正、負(fù)極相連接，每個功率模塊單元的三相輸出分別與變壓器二次側(cè)不同組的單相繞組相連接；或者，功率模塊單元的數(shù)目為3η個，且每個功率模塊單元由I個單相可控全波整流H橋組成，整流H橋的兩輸出端形成輸出，3η個功率模塊單元均分為分別與變壓器二次側(cè)三組單相繞組相連接的三組；在變壓器的二次側(cè)為η個三相繞組時，功率模塊單元的數(shù)目為η個，且每個功率模塊單元由3個可控全波整流橋臂形成的具有三相輸出的電路組成；每個可控全波整流橋臂的兩端均與直流電源的正、負(fù)極相連接，每個功率模塊單元的三相輸出與變壓器二次側(cè)的三相繞組相連接。隔離變壓器既能將二次側(cè)繞組上的電能并入到一次側(cè)的電網(wǎng)中，也實現(xiàn)了二次側(cè)與一次側(cè)的隔離。功率模塊單元的輸入、輸出端分別與直流電源、變壓器的二次繞組相連接，實現(xiàn)對直流電的逆變作用并將并入到電網(wǎng)上。功率模塊單元的輸出形式有多重，可為3單相、I單相或I三相輸出；功率模塊單元不同的輸出形式，決定了其自身內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的不同、變壓器二次側(cè)繞組的形式不同；亦可謂隔離變壓器二次側(cè)的繞組形式，決定了不同輸出形式的功率模塊單元與之相對應(yīng)。在變壓器的二次側(cè)為η個三相繞組的情況下，二次側(cè)的每個三相繞組均與一次側(cè)的三相繞組相配合；在變壓器的二次側(cè)為3η個單向繞組的情況下，3η個單相繞組均分為三組與變壓器一次側(cè)三相繞組分別相配合的繞組；(I)在η個功率模塊單元均為3個單相輸出、變壓器的二次繞組為3η個單相繞組的情況下，每個功率模塊單元由3個單相可控全波整流H橋組成，以便形成三個單相輸出端；(2)在3η個功率模塊單元均為I個單相輸出、變壓器的二次繞組為3η個單相繞組的情況下，每個功率模塊單元由I個單相可控全波整流H橋組成，形成的3η個單相輸出均分為分別與變壓器二次側(cè)三組單相繞組相連接的三組，每組的數(shù)量為η個；(3)在η個功率模塊均為I個三相輸出、變壓器的二次繞組為η個三相繞組的情況下，每個功率模塊單元均有3個可控全波整流橋臂構(gòu)成，以便每個功率模塊單元均形成三相輸出。本實用新型的大容量逆變并網(wǎng)裝置，所述每個功率模塊單元中的功率器件均為半控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，半控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件為可控單向晶閘管。現(xiàn)有的大容量逆變并網(wǎng)裝置，功率模塊單元中采用的都是全控型器件，其不但價格昂貴，而且一般還必須進(jìn)口，不易購買；本實用新型采用單向晶閘管作為半控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，不僅價格低，而且為國產(chǎn)器件，大大降低了制造成本，便于大規(guī)模推廣?！け緦嵱眯滦偷拇笕萘磕孀儾⒕W(wǎng)裝置，所述功率模塊單元中均設(shè)置有由全控型功率半導(dǎo)體器件、二極管功率半導(dǎo)體功率器件組成的保護(hù)電路；全控型功率半導(dǎo)體器件的源極、漏極分別與直流電源的正極、整流橋臂的負(fù)極相連接，二極管功率半導(dǎo)體功率器件的正極、負(fù)極分別與直流電源負(fù)極、全控型功率半導(dǎo)體器件的漏極相連接。當(dāng)檢測到流入到功率模塊單元中的電流過大時，可通過關(guān)斷全控型功率半導(dǎo)體器件來切斷電流，以避免對器件的損壞。在關(guān)斷的瞬間，二極管功率半導(dǎo)體功率器件起到續(xù)流作用。本實用新型的大容量逆變并網(wǎng)裝置，所述全控型功率半導(dǎo)體器件為IGCT、IGBT,MCT或GT0，所述二極管功率半導(dǎo)體功率器件為快速恢復(fù)二極管功率器件。本實用新型的大容量逆變并網(wǎng)裝置，所述每個功率模塊單元的兩輸入端均與直流電源的正、負(fù)極相連接，每個功率模塊單元的兩輸入端之間均連接有濾波電容。本實用新型的大容量逆變并網(wǎng)裝置，在變壓器的二次側(cè)為3η個單相繞組時，二次側(cè)同一組中的η個單相繞組與一次側(cè)對應(yīng)的單相繞組之間依次相差180/ (3Χη)的相位角度。本實用新型的大容量逆變并網(wǎng)裝置，在變壓器的二次側(cè)為η個三相繞組時，二次側(cè)的η個三相繞組與一次側(cè)的三相繞組之間依次相差60/η的相位角度。保證二次側(cè)繞組之間以及二次側(cè)繞組與一次側(cè)繞組之間的相位差，是制作變壓器的要求。本實用新型的有益效果是(1)本實用新型通過設(shè)置η個具有三單相輸出、3η個具有一單相輸出或η個具有一三相輸出的若干功率模塊單兀,并將變壓器的二次側(cè)設(shè)置為相應(yīng)的3η個單相繞組或η個三相繞組，有效地實現(xiàn)了將大容量的直流電進(jìn)行逆變，再并入到電網(wǎng)中；通過增減功率模塊單元的數(shù)目，來實現(xiàn)對不同容量的直流電進(jìn)行逆變并網(wǎng)。(2)功率模塊單元中的半控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件采用單向晶閘管，改變了以往采用全控型器件的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，大大降低了制作成本，提高了效率。(3)本實用新型的逆變并網(wǎng)裝置具有工藝結(jié)構(gòu)簡潔合理、成本低、效率的優(yōu)點，適應(yīng)市場需求，便于推廣應(yīng)用。

圖I為本實用新型的逆變并網(wǎng)裝置的系統(tǒng)電路框圖；圖2為本實用新型中包括3個單相輸出帶保護(hù)的全波單向可控整流電路的功率模塊單元的電路圖；圖3為本實用新型裝置中包括I個單相輸出全波單向可控整流電路的功率模塊單元的電路圖；圖4為本實用新型裝置中包括I個單相輸出帶保護(hù)的全波單向可控整流電路的功 率模塊單元的電路圖；圖5為本實用新型裝置中包括I個三相輸出帶保護(hù)的全波單向可控整流電路的功率模塊單元的電路圖；圖6是本實用新型裝置中包括I個三相輸出的全波單向可控整流電路的功率模塊單元的電路圖；圖7是本實用新型裝置中功率模塊單元單相輸出所用的變壓器電路；圖8是本實用新型裝置中功率模塊單元三相輸出所用的變壓器電路；圖9是變壓器的二次側(cè)為3X3個單相繞組、功率模塊單元為3個單相輸出的電路圖；圖10是變壓器的二次側(cè)為3個三相繞組、功率模塊單元為3個三相輸出的電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。如圖I所示，給出了本實用新型的逆變并網(wǎng)裝置的系統(tǒng)電路框圖，功率模塊單元
I、功率模塊單元2、…、功率模塊單元η的輸入端分別與直流電的V+、V-端相連接，這樣就使得每個功率模塊單元之間為并聯(lián)形式。功率模塊單元的輸出V111、V112、V121、V122、
V122、V131、V132、......VN32端分別連接到隔離變壓器的二次繞組V111、V112、V121、V122、
V122、V131、V132、......VN32上，然后通過變壓器的一次側(cè)的三相繞組A、B、C形成總的輸
出，并入到電網(wǎng)上。通過增減功率模塊單元的數(shù)目，可實現(xiàn)對不同容量直流電的并網(wǎng)。如圖2所示，給出了包括3個單相輸出帶保護(hù)的全波單向可控整流電路的功率模塊單元的電路圖。所示的功率半導(dǎo)體器件Kll與K12、K13與K14連接成第一個單相可控全波整流H橋；功率半導(dǎo)體器件Κ21與Κ22、Κ23與Κ24連接成第二個單相可控全波整流H橋；功率半導(dǎo)體器件Κ31與Κ32、Κ33與Κ34連接成第三個單相全波可控整流電路。這三個單相可控全波整流H橋電路的正極均與直流電源的負(fù)極Vl-端相連接，負(fù)極通過全控型功率開關(guān)器件Κ41后，接于直流電源的正極。功率半導(dǎo)體器件Kll與Κ12的連接之間為輸出VII，功率半導(dǎo)體器件Κ13與Κ14的連接之間為輸出V12，功率半導(dǎo)體器件Κ21與Κ22的連接之間為輸出V21，功率半導(dǎo)體器件Κ23與Κ24的連接之間為輸出V22，功率半導(dǎo)體器件Κ31與Κ32的連接之間為輸出V31，功率半導(dǎo)體器件Κ33與Κ34的連接之間為輸出V32，這樣就形成了功率模塊單元的3個單相輸出Vll與V12、V21與V22、V31與V32。[0031]為了實現(xiàn)對功率模塊單元的保護(hù)作用，在與直流電源的正極Vl+相連接的線路上還可設(shè)置全控型功率開關(guān)器件K41，器件K41的源極與直流電源的正極相連接，負(fù)極與整流橋臂的負(fù)極相連接；但流入整流橋臂中的電流過大時，可以通過關(guān)斷功率開關(guān)器件K41，來實現(xiàn)對電路的保護(hù)作用。同時，還設(shè)置有功率半導(dǎo)體二極管D1，二極管Dl的陽極與直流電源的負(fù)極Vl-相連接，功率半導(dǎo)體二極管Dl的陰極直接與可關(guān)斷器件K41的漏極上；在可關(guān)斷器件K41關(guān)斷的瞬間，二極管Dl實現(xiàn)續(xù)流作用。在功率模塊單元的輸入V+與V-之間并聯(lián)電容Cl，以便實現(xiàn)濾波作用。圖3為包括I個單相輸出全波單向可控整流電路的功率模塊單元的電路圖。其中功率半導(dǎo)體器件KlI、K12、K13、K14連接成一個單相可控全波整流H橋，這個單相可控全波整流H橋電路的正極為該功率模塊單元的輸入VI-，單相可控全波整流H橋電路的負(fù)極為該功率模塊單元的輸入VI+，以便與直流電源的正、負(fù)極相連接。功率模塊單元的Vl+與Vl-之間設(shè)置有電容Cl，以便實現(xiàn)良好的濾波作用。功率半導(dǎo)體器件Kll與K12的連接之 間為輸出VII，K13與K14的連接之間為輸出V12，這樣就形成了功率模塊單元的I個單相輸出Vll與V12。 圖4為包括I個單相輸出帶保護(hù)的全波單向可控整流電路的功率模塊單元的電路圖，其除了設(shè)置有全控型功率器件K41、功率半導(dǎo)體二極管Dl組成的保護(hù)電路之外，其余的電路結(jié)構(gòu)均與圖3中的相同。全控型功率器件K41、功率半導(dǎo)體二極管Dl在電路中的設(shè)置方法和作用均與圖2中的相同。如圖5所示，給出了包括I個三相輸出帶保護(hù)的全波單向可控整流電路的功率模塊單元的電路圖，所示的功率半導(dǎo)體功率器件Kll與K12、K13與K14、K15與K16形成了 3個可控全波整流橋臂，以便實現(xiàn)直流電的逆變作用。3個可控全波整流橋臂的正極形成與直流電源負(fù)極相連接的Vl-端，可控全波整流橋臂的負(fù)極通過全控型功率器件K41形成與電源正極相連接的Vl+端。全控型功率器件K41的源極、漏極分別與直流電源正極、3個可控全波整流橋臂的負(fù)極相連接。功率半導(dǎo)體二極管Dl的正、負(fù)極分別接于直流電源負(fù)極和K41的漏極上。器件K41、Dl分別實現(xiàn)直流電源的關(guān)斷、續(xù)流作用。這樣，Kll與K12、K13與K14、K15與K16之間的三處連接處就形成了三相輸出端VII、V12、V13，實現(xiàn)了直流電源到三相交流電的轉(zhuǎn)換。如圖6所示，為包括I個三相輸出的全波單向可控整流電路的功率模塊單元的電路圖，其除了沒有設(shè)置全控型功率器件K41、功率半導(dǎo)體二極管Dl組成的保護(hù)電路外，其余的電路結(jié)構(gòu)均與圖5中的相同。每個功率模塊單元中的半控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件為可控單向晶閘管。全控型功率半導(dǎo)體器件K41為IGCT、IGBT、MCT或GT0，二極管功率半導(dǎo)體功率器件Dl為快速恢復(fù)二極管功率器件。圖7為本實用新型裝置中功率模塊單元單相輸出所用的變壓器電路；所示的隔離變壓器的一次側(cè)由0A、OB、OC三個繞組組成，0A、OB、OC三個繞組之間采用星形接法作為變壓器的輸出端，用于與電網(wǎng)相連接。二次繞組為3Xn個相互間電氣絕緣的單相繞組，其中Vlll與V112繞組、V211與V212繞組、……、Vnll與Vnl2繞組共η個繞組對應(yīng)在輸出的
OA繞組上，V121與V122繞組、V221與V222繞組、......、Vn21與Vn22繞組共η個繞組對
應(yīng)在輸出的OB繞組上，V131與V132繞組、V231與V232繞組、......、Vn31與Vn32繞組共η個繞組對應(yīng)在輸出的OC繞組上，其中Vlll與V112繞組、V211與V212繞組、......、Vnll
與Vnl2繞組相對于輸出的OA繞組在相位上依次相差180/(3 Xη)度的角度，V121與V122繞組、V221與V222繞組、……、Vn21與Vn22繞組相對于輸出的OB繞組在相位上依次相
差180/(3 Xη)度的角度，V131與V132繞組、V231與V232繞組、......、Vn31與Vn32繞組
相對于輸出的OC繞組在相位上依次相差180/(3Xn)度的相位角度。圖8為本實用新型裝置中功率模塊單元三相輸出所用的變壓器電路，所示的隔離變壓器的一次繞組由0A、OB、OC三個繞組組成，0A、OB、OC三個繞組之間采用星形接法作為變壓器的輸出，與電網(wǎng)相連接。二次繞組為η個相互間電氣絕緣的三相繞組，二次繞組中與0Α, OB, OC對應(yīng)的單相繞組通過星形連接方式形成每個功率模塊單元的三相輸入V11、V12、
V13 繞組，V21、V22、V23 繞組，......繞組，Vnl、Vn2、Vn3 繞組，其中 V11、V12、V13 繞組，V21、
V22、V23繞組，……繞組，Vnl、Vn2、Vn3繞組相對于輸出的0A、0B、0C —次繞組在相位上依次相差60/η度的相位角度。如圖9所示，為變壓器的二次側(cè)為3X3個單相繞組、功率模塊單元為3個單相輸出的電路圖；所示的每個功率模塊單元的三相輸出分別接到不同組的三個二次側(cè)繞組上，以便實現(xiàn)直流電源的逆變。圖中所示的Vnlll與Vnll2之間的繞組、Vnl21與Vnl22之間的繞組、Vnl31與Vnl32之間的繞組分別與一次側(cè)的0A、0B、0C繞組相配合。如圖10所示，為變壓器的二次側(cè)為3個三相繞組、功率模塊單元為3個三相輸出的電路圖，所示的每個功率模塊單兀為3個三相輸出分別與相應(yīng)的三相線圈相連接。
權(quán)利要求1.一種大容量逆變并網(wǎng)裝置，其特征在于包括隔離變壓器、實現(xiàn)逆變作用的功率模塊單元；所述隔離變壓器的一次側(cè)為與電網(wǎng)相連接的三相繞組，二次側(cè)為η個三相繞組或3η個單相繞組，3η個單相繞組均分為三組與變壓器一次側(cè)三相繞組分別相對應(yīng)的繞組； 在變壓器的二次側(cè)為3η個單相繞組時，功率模塊單元的數(shù)目為η個，且每個功率模塊單元由3個單相可控全波整流H橋組成，每個整流H橋的兩輸出端形成輸出，每個整流H橋的兩端均與直流電源的正、負(fù)極相連接，每個功率模塊單元的三相輸出分別與變壓器二次側(cè)不同組的單相繞組相連接；或者，功率模塊單元的數(shù)目為3η個，且每個功率模塊單元由I個單相可控全波整流H橋組成，整流H橋的兩輸出端形成輸出，3η個功率模塊單元均分為分別與變壓器二次側(cè)三組單相繞組相連接的三組； 在變壓器的二次側(cè)為η個三相繞組時，功率模塊單元的數(shù)目為η個，且每個功率模塊單元由3個可控全波整流橋臂形成的具有三相輸出的電路組成；每個可控全波整流橋臂的兩端均與直流電源的正、負(fù)極相連接，每個功率模塊單元的三相輸出與變壓器二次側(cè)的三相繞組相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大容量逆變并網(wǎng)裝置，其特征在于所述每個功率模塊單元中的功率器件均為半控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，半控型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件為可控單向晶閘管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的大容量逆變并網(wǎng)裝置，其特征在于所述功率模塊單元中均設(shè)置有由全控型功率半導(dǎo)體器件、二極管功率半導(dǎo)體功率器件組成的保護(hù)電路；全控型功率半導(dǎo)體器件的源極、漏極分別與直流電源的正極、整流橋臂的負(fù)極相連接，二極管功率半導(dǎo)體功率器件的正極、負(fù)極分別與直流電源負(fù)極、全控型功率半導(dǎo)體器件的漏極相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大容量逆變并網(wǎng)裝置，其特征在于所述全控型功率半導(dǎo)體器件為IGCT、IGBT, MCT或GTO，所述二極管功率半導(dǎo)體功率器件為快速恢復(fù)二極管功率器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的大容量逆變并網(wǎng)裝置，其特征在于所述每個功率模塊單元的兩輸入端均與直流電源的正、負(fù)極相連接，每個功率模塊單元的兩輸入端之間均連接有濾波電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的大容量逆變并網(wǎng)裝置，其特征在于在變壓器的二次側(cè)為3η個單相繞組時，二次側(cè)同一組中的η個單相繞組與一次側(cè)對應(yīng)的單相繞組之間依次相差180/ (3Χη)的相位角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的大容量逆變并網(wǎng)裝置，其特征在于在變壓器的二次側(cè)為η個三相繞組時，二次側(cè)的η個三相繞組與一次側(cè)的三相繞組之間依次相差60/η的相位角度。
專利摘要本實用新型的大容量逆變并網(wǎng)裝置，特征在于包括隔離變壓器、功率模塊單元；變壓器二次側(cè)為n個三相繞組或3n個單相繞組；二次側(cè)為3n個單相繞組時，功率模塊單元的數(shù)目為n個且由3個單相可控全波整流H橋組成，或者功率模塊單元的數(shù)目為3n個且由1個單相可控全波整流H橋組成；二次側(cè)為n個三相繞組時，功率模塊單元的數(shù)目為n個且由3個可控全波整流橋臂形成的具有三相輸出的電路組成。本實用新型有效地實現(xiàn)了將大容量的直流電進(jìn)行逆變，再并入到電網(wǎng)中；通過增減功率模塊單元的數(shù)目，實現(xiàn)了對不同容量的直流電進(jìn)行逆變并網(wǎng)。具有工藝結(jié)構(gòu)簡潔合理、成本低、效率的優(yōu)點，適應(yīng)市場需求，便于推廣應(yīng)用。
文檔編號H02M5/10GK202678983SQ20122032617
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者尹彭飛, 陳敏, 杜秀虹, 張?zhí)鞂? 李瑞來 申請人:山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司