本實用新型涉及高壓變頻器,特別是一種模塊化多電平換流器裝置MMC(Modular Multilevel Converter)。
背景技術:
高壓變頻器是利用半導體功率器件的開通和關斷,將工頻電源變換為頻率可調(diào)的電能控制裝置。作為一種新型節(jié)能產(chǎn)品,高壓變頻器被廣泛應用于火力發(fā)電、石油、礦山、冶金等眾多行業(yè),發(fā)揮著十分重要的作用。
目前,傳統(tǒng)型高壓變頻廣泛應用于電機調(diào)速技術,對應用場合要求較高的工況無法拓展使用,對內(nèi)部器件性能要求高、諧波較大、系統(tǒng)利用率相對較低,更無法實現(xiàn)能量的雙向流動,而且使用了體積較大的變壓器,無論從體積還是成本上都不具備優(yōu)勢。
參見圖1—圖6所示。 現(xiàn)有高壓變頻器主要包括控制系統(tǒng)、功率單元及移相變壓器等。其控制系統(tǒng)、功率單元和移相變壓器分別置于控制柜1、功率單元柜2和變壓器柜3中,各柜體相互獨立,依次排列為一字型。
其中,控制柜1內(nèi)安裝有高壓變頻器的控制系統(tǒng)4。功率單元柜2的前部安裝有上、中、下三層功率單元5,后部為功率單元專用的冷卻風道6,柜體頂部安裝有冷卻風機7用于功率單元的散熱,冷卻風通過前門的通風濾網(wǎng)8進入柜體,再通過功率單元及后部風道由頂部冷卻風機7排出。
變壓器柜3內(nèi)裝有移相變壓器9及進出線端子10,進線端子10用于設備用現(xiàn)場電網(wǎng)的連接,移相變壓器9的副邊繞組分為三組,為功率單元供電;變壓器柜頂部設計有離心風機11,供移相變壓器9的散熱使用;前后柜門設計有通風濾網(wǎng)12,冷卻風由前后通風濾網(wǎng)進入柜體,再流經(jīng)變壓器后從頂部風機排出。
現(xiàn)有的通用型高壓變頻器,采用的功率單元為不可控整流功率單元,無法實現(xiàn)能量的雙向流動;同時,功率單元需要低壓690V供電,必須采用體積非常大的移相變壓器來實現(xiàn)電網(wǎng)電壓6kV或10kV到690V的轉(zhuǎn)變,不僅體積大、成本高;而且,高壓變頻器的容量需要受限于變壓器的容量配置,因為,現(xiàn)階段8000kVA以上容量的變壓器幾乎很難生產(chǎn)加工,即便個別廠家可以提供大容量的變壓器,但是因受限于加工工藝精度及大體積的散熱缺陷,其可靠性及使用壽命都很不樂觀。
技術實現(xiàn)要素:
為解決上述技術問題,本實用新型的目的是提供一種模塊化多電平換流器裝置。
本實用新型采用的技術方案是:
一種模塊化多電平換流器裝置,包括依次排列的進線控制柜、第一橋臂電抗器柜、第一功率單元柜、第二功率單元柜和第二橋臂電抗器柜,該第一橋臂電抗器柜、第一功率單元柜設置在電站機側(cè),第二功率單元柜和第二橋臂電抗器柜設置在電站網(wǎng)側(cè),第一功率單元柜、第二功率單元柜皆采用可控整流逆變單元以實現(xiàn)能量的雙向流動。
所述第一橋臂電抗器柜和第二橋臂電抗器柜為完全相同的兩個柜體,第一功率單元柜和第二功率單元柜為完全相同的兩個柜體。
所述進線控制柜內(nèi)安裝有MMC變頻器的控制系統(tǒng)、進線高壓真空接觸器和充放電電阻。
所述第一功率單元柜和第二功率單元柜的前部及后部皆安裝有上、中、下三層功率單元,柜體中部為功率單元的散熱風道,柜體頂部安裝有第一抽風離心風機用于功率單元的散熱,冷卻風通過前門的通風濾網(wǎng)進入柜體,再通過功率單元及后部散熱風道由頂部第一抽風離心風機排出。
所述第一橋臂電抗器柜和第二橋臂電抗器柜內(nèi)皆裝有橋臂電抗器及電壓檢測板;橋臂電抗器柜頂部設置有第二抽風離心風機,供橋臂電抗器散熱使用;前后柜門設置有通風濾網(wǎng),冷卻風由前后通風濾網(wǎng)進入柜體,再流經(jīng)橋臂電抗器后從頂部風機排出。
本實用新型的有益效果:
1)功率單元全部為可控整流逆變單元,可以實現(xiàn)能量的雙向流動,實現(xiàn)四象限變頻器的性能;
2)功率單元可以實現(xiàn)高壓輸入和高壓輸出,即功率單元可直接掛在高壓電網(wǎng)上,無需再使用體積龐大且可靠性較低的移相變壓器;
3)高壓和高壓之間采用了可靠性更高的電抗器,比起移相變壓器來說,體積更小、成本更低,同時可以滿足變頻器整機更大容量的需求;使用電抗器替換移相變壓器,還可以實現(xiàn)在相同配置下,整機容量大幅度提高,甚至翻番,在降成本方面非常可觀;
4)當一組橋臂電抗器柜功率單元柜位于電站機側(cè),另一組功率單元柜橋臂電抗器柜位于電站網(wǎng)側(cè)時,僅需改變軟件控制程序即可實現(xiàn)柔性直流輸電功能。
附圖說明
下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式做進一步的說明。
圖1-通用型變頻器主視圖(前視);
圖2-通用型變頻器俯視圖;
圖3-通用型變頻器主視圖(后視);
圖4-通用型變頻器控制柜左視圖;
圖5-通用型變頻器功率單元柜左視圖;
圖6-通用型變頻器變壓器柜左視圖;
圖7-MMC變頻器主視圖(前視);
圖8-MMC變頻器俯視圖;
圖9-MMC變頻器主視圖(后視);
圖10-MMC變頻器進線控制柜左視圖;
圖11-MMC變頻器功率單元柜1/2左視圖;
圖12-MMC變頻器電抗器柜1/2左視圖;
圖13-MMC變頻器進線控制柜軸側(cè)圖;
圖14-MMC變頻器功率單元柜軸側(cè)圖;
圖15-MMC變頻器電抗器柜軸側(cè)圖;
圖16-MMC變頻器整機軸側(cè)圖。
具體實施方式
如圖7-圖16所示,本實用新型的一種模塊化多電平換流器裝置(MMC裝置),包括依次排列的進線控制柜13、第一橋臂電抗器柜14、第一功率單元柜15、第二功率單元柜16和第二橋臂電抗器柜17,該第一橋臂電抗器柜14、第一功率單元柜15設置在電站機側(cè),第二功率單元柜16和第二橋臂電抗器柜17設置在電站網(wǎng)側(cè),僅需改變軟件控制程序即可實現(xiàn)柔性直流輸電功能。第一功率單元柜15、第二功率單元柜16皆采用可控整流逆變單元以實現(xiàn)能量的雙向流動,實現(xiàn)四象限變頻器的性能。
作為本技術方案的進一步具體化,所述第一橋臂電抗器柜14和第二橋臂電抗器柜17為完全相同的兩個柜體,第一功率單元柜15和第二功率單元柜16為完全相同的兩個柜體。此設計模式非常便于整機容量的拓展,只需要通過增加相同的柜體即可實現(xiàn)容量拓展,無論從設計上還是制造裝配上都具體更為明顯的優(yōu)勢。
進一步,所述進線控制柜13內(nèi)安裝有MMC變頻器的控制系統(tǒng)18、進線高壓真空接觸器19和充放電電阻20,見圖10、圖13。
如圖11、圖14,所述第一功率單元柜15和第二功率單元柜16的前部及后部皆安裝有上、中、下三層功率單元21,柜體中部為功率單元21的散熱風道22,柜體頂部安裝有第一抽風離心風機23用于功率單元21的散熱,冷卻風通過前門的通風濾網(wǎng)進入柜體,再通過功率單元21及后部散熱風道22由頂部第一抽風離心風機23排出。
如圖12、圖15,第一橋臂電抗器柜14和第二橋臂電抗器柜17內(nèi)皆裝有橋臂電抗器24及電壓檢測板26;橋臂電抗器柜頂部設置有第二抽風離心風機25,供橋臂電抗器24散熱使用;前后柜門設置有通風濾網(wǎng),冷卻風由前后通風濾網(wǎng)進入柜體,再流經(jīng)橋臂電抗器后從頂部風機排出。
如上所述,本技術方案基于上述結構,將功率單元全部為可控整流逆變單元,可以實現(xiàn)能量的雙向流動,實現(xiàn)四象限變頻器的性能;同時,功率單元可以實現(xiàn)高壓輸入和高壓輸出,即功率單元可直接掛在高壓電網(wǎng)上,無需再使用體積龐大且可靠性較低的移相變壓器;高壓和高壓之間采用了可靠性更高的電抗器,比起移相變壓器來說,體積更小、成本更低,同時可以滿足變頻器整機更大容量的需求;使用電抗器替換移相變壓器,還可以實現(xiàn)在相同配置下,整機容量大幅度提高,甚至翻番,在降成本方面非??捎^;當一組橋臂電抗器柜功率單元柜位于電站機側(cè),另一組功率單元柜橋臂電抗器柜位于電站網(wǎng)側(cè)時,僅需改變軟件控制程序即可實現(xiàn)柔性直流輸電功能。
以上所述僅為本實用新型的優(yōu)先實施方式,本實用新型并不限定于上述實施方式,只要以基本相同手段實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案都屬于本實用新型的保護范圍之內(nèi)。