5 設計實例

圖10為某型號風電變流器功率模組的初始結構三維圖，該模組的直流側母排由前模塊母排、后模塊母排和連接母排構成，此3個母排均為開放式的疊層母排。然而，在風場運行過程中，頻頻出現(xiàn)IPM(智能功率模塊)炸毀現(xiàn)象。經(jīng)分析，引起IPM炸毀可能有以下3個原因：①母排設計不合理，電感大，模塊在關斷過程中出現(xiàn)比較高的電壓尖峰，當電壓尖峰超過IPM承受的極限時，模塊炸毀;②由于風場沙漠化比較嚴重，灰塵比較大，母排上積聚了大量灰塵，導致母排正負極出現(xiàn)打火放電，模塊過流炸毀;③疊層母排的層間絕緣采用的是0.7mm厚的環(huán)氧樹脂板，如果環(huán)氧樹脂板本身有劃傷，在變流器運行時，該疊層母排可能會出現(xiàn)局部放電，日積月累，導致層間絕緣被擊穿。所有的問題都指向母排。

圖11優(yōu)化后的母排設計

所以，我們對母排進行了優(yōu)化，如圖11所示，將原來的3個母排合成一個母排，極大降低了回路中的雜散電感，經(jīng)測算，直流側母排電感由原來的89nH左右下降至43nH左右;并且采用了層銅板+層間絕緣+絕緣包覆(壓合封邊)結構，整個母排除接頭外，其余的地方是一個密閉的結構，正負極銅板基本上處于密閉狀態(tài)，消除了灰塵的威脅，并提高了絕緣性能，通過了濕熱循環(huán)、耐高壓、局部放電等測試。采用整改后的母排后，經(jīng)過了較長時間的運行，變流器運行穩(wěn)定，無模塊炸毀事故。

6 結束語

直流側母排設計是整個風電變流器結構設計工作中的一個關鍵點。本文根據(jù)多年風電變流器結構設計經(jīng)驗并結合相關理論，從母排電感的抑制、母排應力分析以及環(huán)境適應性等幾個方面系統(tǒng)闡述了母排的設計要點，最后結合實例，作進一步分析說明，對以后的設計工作具有重要的指導意義。另外，隨著風力發(fā)電機組設計和制造水平的不斷提高，5MW、7MW的風電機組被陸續(xù)研制出來，并向更高功率發(fā)展。作為風電并網(wǎng)的核心設備——風電變流器，也相應地在向更大的功率方向發(fā)展，將會對母排的設計提出更高的要求。

參考文獻

[1] Beukes H J，Enslin J H R，Spee R

Bus bar design consideration for high power IGBT converters[C]

IEEE Power Electronics Specialists Conference，St. Louis，Missouri，USA，1997.

[2] Moongilan D.Skin

effect modeling of image plane techniques for radiated emissions from PCB traces[C]

IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility，Austin，TX，USA，1997.

[3] Caponet M C，Profumo F，De Doncker R W，Tenconi A

Low stray inductance bus bar design and construction for good EMC performance in power

electronic circuit[J].IEEE Trans. on Power Electronics，2002，17(2)：225-231.

作者簡介

黃彭發(fā)(1983.5.20—)，男，工程師，主要從事大功率風電變流器結構設計工作。■