本實(shí)用新型涉及大功率風(fēng)電變流器技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于大功率風(fēng)電變流器的功率單元的布局。

背景技術(shù)：

在風(fēng)電變流器的設(shè)計(jì)中，功率單元占有核心地位。現(xiàn)有的功率單元種類有三相和單相之分，單相功率單元因其尺寸小、重量輕而帶來維護(hù)方便、備件成本低等優(yōu)點(diǎn)，從而得到越來越廣泛的應(yīng)用。

風(fēng)電變流器的功率單元多采用水冷散熱板進(jìn)行散熱。為充分發(fā)揮水冷散熱器的潛能，提高單個(gè)功率單元的功率密度，一般將兩組獨(dú)立的功率模組分別貼裝于散熱器兩側(cè)，從而構(gòu)成一個(gè)完整的雙模組功率單元，如圖1所示，標(biāo)號(hào)為1的部件是第一功率模組，標(biāo)號(hào)為2的部件是第二功率模組，標(biāo)號(hào)為3的部件是水冷散熱板，第一功率模組1和第二功率模組2分別貼裝于水冷散熱板3的兩側(cè)構(gòu)成一個(gè)雙模組功率單元，也即一個(gè)雙模組功率單元包括兩個(gè)功率模組。其中的功率模組主要由IGBT模塊、直流電容、驅(qū)動(dòng)板件及電源板構(gòu)成。

當(dāng)風(fēng)機(jī)功率等級(jí)上升，單個(gè)功率模組無法滿足變流器需求時(shí)，則需要通過功率模組的并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電變流器的功率等級(jí)的提升。風(fēng)電變流器所需雙模組功率單元的數(shù)量取決于每相并聯(lián)功率模組的數(shù)量，整流側(cè)雙模組功率單元（或逆變側(cè)雙模組功率單元）的數(shù)量=3×N/2(N=每相并聯(lián)功率模組的數(shù)量)。在某種特定的情況下，當(dāng)N取奇數(shù)時(shí)，雙模組功率單元的數(shù)量出現(xiàn)小數(shù)0.5，無法取整，此時(shí)如果繼續(xù)延用雙模組功率單元，同時(shí)保證整流側(cè)雙模組功率單元的數(shù)量和逆變側(cè)雙模組功率單元的數(shù)量對(duì)等，通常的解決辦法是將功率單元的數(shù)量取整，即整流側(cè)雙模組功率單元數(shù)量=逆變側(cè)雙模組功率單元數(shù)量=3×N/2+0.5，圖2-A是N=3時(shí)的功率單元的布局；圖2-B是N=1時(shí)的功率單元的布局。而此種情況下，整流側(cè)和逆變側(cè)用于取整的雙模組功率單元會(huì)各浪費(fèi)一個(gè)功率模組，例如N=3時(shí)整流側(cè)的功率模組的實(shí)際需要數(shù)量為3×N，即9個(gè)，而整流側(cè)雙模組功率單元數(shù)量為（3×N/2+0.5），即5個(gè)，也即10個(gè)功率模組，則浪費(fèi)一個(gè)功率模組；逆變側(cè)的功率模組計(jì)算同上；由上可知，現(xiàn)有的功率單元布局導(dǎo)致功率單元利用率降低，成本上升問題，同時(shí)對(duì)柜體空間尺寸要求高，影響變流器整機(jī)在塔筒內(nèi)的布局。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述功率單元布局問題，本實(shí)用新型旨在針對(duì)每相并聯(lián)功率模組的數(shù)量為奇數(shù)時(shí)，提供一種電氣柜內(nèi)的功率單元布局方案，通過合理的功率單元布局，在保證同等電氣性能基礎(chǔ)上，提高功率單元利用率，降低成本，同時(shí)可減小功率單元占用空間，進(jìn)而減小變流器整體尺寸，以方便變流器在塔筒、廠房等內(nèi)的布局。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出兩種思路，一種思路是，當(dāng)整流側(cè)（或逆變側(cè)）雙模組功率單元數(shù)量=3×M/2，M為奇數(shù)，整流側(cè)（或逆變側(cè)）雙模組功率單元數(shù)量出現(xiàn)小數(shù)0.5時(shí)，將整流側(cè)0.5個(gè)雙模組功率單元和逆變側(cè)0.5個(gè)雙模組功率單元整合成一個(gè)完整的雙模組功率單元，此時(shí)雙模組功率單元總數(shù)為奇數(shù)，無法用背靠背方式完全均分，即背靠背兩邊放置功率單元數(shù)量不相同，相差1。此整合的功率單元上兩個(gè)功率模組分別實(shí)現(xiàn)整流或逆變功能，保證整體的整流模組數(shù)量與逆變模組數(shù)量相同。

基于上述思路，具體的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種功率單元布局，包括3N個(gè)整流側(cè)功率模組，3N個(gè)逆變側(cè)功率模組，其中N為1、3、5……的奇數(shù)；其中一個(gè)整流側(cè)功率模組和其中一個(gè)逆變側(cè)功率模組組合貼裝于散熱板兩側(cè)形成復(fù)合雙模組功率單元；其余3N-1個(gè)整流側(cè)功率模組設(shè)于整流側(cè)，兩兩組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成整流雙模組功率單元；其余3N-1個(gè)逆變側(cè)功率模組設(shè)于逆變側(cè)，倆倆組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成逆變雙模組功率單元；所述整流雙模組功率單元與逆變雙模組功率單元成背靠背布置。其中，其中的散熱板不局限于水冷散熱板，還可以用風(fēng)冷方式，或者可以用一塊散熱板雙面貼裝的方式，也可以用兩塊散熱板分別貼裝，然后再把兩塊散熱板背靠背放置。

作為一種可行的方案，所述復(fù)合雙模組功率單元位于整流側(cè)，所述復(fù)合雙模組功率單元中的整流側(cè)功率模組與所述整流雙模組功率單元中的整流側(cè)功率模組相鄰設(shè)置。

作為另一種可行的方案，所述復(fù)合雙模組功率單元位于逆變側(cè)，所述復(fù)合雙模組功率單元中的逆變側(cè)功率模組與所述逆變雙模組功率單元中的逆變側(cè)功率模組相鄰設(shè)置。

本實(shí)用新型采用上述方案，增設(shè)復(fù)合雙模組功率單元，使得整流側(cè)和逆變側(cè)的功率單元的數(shù)量相差1，與常用功率單元布局方案相比，雙模組功率單元類型保持不變，但總的數(shù)量減少了1個(gè)，從而提高了功率單元利用率，降低成本，同時(shí)也減少了功率單元的占用空間。

本實(shí)用新型同時(shí)還公開一種使用上述功率單元布局的大功率風(fēng)電變流器，其包括柜體，設(shè)置于所述柜體內(nèi)部的功率單元，該功率單元采用上述功率單元布局的布局方案。

作為一個(gè)可行的方案，所述柜體包括整流功率柜和逆變功率柜，所述整流雙模組功率單元設(shè)置于所述整流功率柜，所述逆變雙模組功率單元設(shè)置于所述逆變功率柜，所述整流功率柜和逆變功率柜成背靠背布置。

本實(shí)用新型的另一種思路是，當(dāng)整流側(cè)（或逆變側(cè)）雙模組功率單元數(shù)量=3×M/2，M為奇數(shù)，整流側(cè)（或逆變側(cè)）雙模組功率單元數(shù)量出現(xiàn)小數(shù)0.5時(shí)，將整流側(cè)0.5個(gè)雙模組功率單元和逆變側(cè)0.5個(gè)雙模組功率單元分布設(shè)計(jì)成兩個(gè)獨(dú)立的單模組功率單元，此時(shí)功率單元總數(shù)為偶數(shù)，呈背靠背方式布局，整流側(cè)和逆變側(cè)的功率單元數(shù)量相同。

基于上述思路，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種功率單元布局，包括3N個(gè)整流側(cè)功率模組，3N個(gè)逆變側(cè)功率模組，其中N為1、3、5……的奇數(shù)；所述3N個(gè)整流側(cè)功率模組設(shè)于整流側(cè)，其中一個(gè)整流側(cè)功率模組單獨(dú)貼裝于散熱板上形成整流單模組功率單元，其余3N-1個(gè)整流側(cè)功率模組倆倆組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成整流雙模組功率單元；所述3N個(gè)逆變側(cè)功率模組設(shè)于逆變側(cè)，其中一個(gè)逆變側(cè)功率模組單獨(dú)貼裝于散熱板上形成逆變單模組功率單元，其余3N-1個(gè)逆變側(cè)功率模組倆倆組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成逆變雙模組功率單元；所述整流雙模組功率單元與逆變雙模組功率單元成背靠背布置。

本實(shí)用新型同時(shí)還公開一種使用上述功率單元布局的大功率風(fēng)電變流器，其包括柜體，設(shè)置于所述柜體內(nèi)部的功率單元，所述功率單元采用上述的功率單元布局。作為一個(gè)可行的方案，所述柜體包括整流功率柜和逆變功率柜，所述3N個(gè)整流側(cè)功率模組設(shè)置于所述整流功率柜，所述3N個(gè)逆變側(cè)功率模組設(shè)置于所述逆變功率柜，所述整流功率柜和逆變功率柜成背靠背布置。

本實(shí)用新型采用上述方案，與常用功率單元布局方案相比，通過增加單模組功率單元，減少雙模組功率單元數(shù)量，從而提高了功率模組利用率，降低功率單元成本。另外，同時(shí)與雙模組功率單元相比，單模組功率單元重量輕，方便維護(hù)，另外單模組功率單元占用柜體空間小，方便變流器整體布局設(shè)計(jì)。

附圖說明

圖1為雙模組功率單元的示意圖；

圖2-A為現(xiàn)有技術(shù)中N=3時(shí)的功率單元的布局示意圖；

圖2-B為現(xiàn)有技術(shù)中N=1時(shí)的功率單元的布局示意圖；

圖3-A為本實(shí)用新型的實(shí)施例1的N=3時(shí)的功率單元的布局示意圖；

圖3-B為本實(shí)用新型的實(shí)施例1的N=1時(shí)的功率單元的布局示意圖；

圖4-A為本實(shí)用新型的實(shí)施例2的N=3時(shí)的功率單元的布局示意圖；

圖4-B為本實(shí)用新型的實(shí)施例2的N=1時(shí)的功率單元的布局示意圖；

圖5為本實(shí)用新型的實(shí)施例2的N=3時(shí)的風(fēng)電變流器柜內(nèi)的功率單元的布局示意圖；

圖6-A為本實(shí)用新型的實(shí)施例3的N=3時(shí)的功率單元的布局示意圖；

圖6-B為本實(shí)用新型的實(shí)施例3的N=1時(shí)的功率單元的布局示意圖；

圖7為本實(shí)用新型的實(shí)施例3中N=3時(shí)的風(fēng)電變流器柜內(nèi)的功率單元的布局示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

針對(duì)每相并聯(lián)功率模組的數(shù)量為奇數(shù)時(shí)，本實(shí)用新型提出兩種方案，方案1：當(dāng)整流側(cè)（或逆變側(cè)）雙模組功率單元數(shù)量=3×N/2，N為奇數(shù)，整流側(cè)（或逆變側(cè)）雙模組功率單元數(shù)量出現(xiàn)小數(shù)0.5時(shí)，將整流側(cè)0.5個(gè)雙模組功率單元和逆變側(cè)0.5個(gè)雙模組功率單元整合成一個(gè)完整的雙模組功率單元，此時(shí)雙模組功率單元總數(shù)為奇數(shù)，無法用背靠背方式完全均分，即背靠背兩邊放置功率單元數(shù)量不相同，相差1。此整合的功率單元上兩個(gè)功率模組分別實(shí)現(xiàn)整流或逆變功能，保證整體的整流模組數(shù)量與逆變模組數(shù)量相同。

方案2：當(dāng)整流側(cè)（或逆變側(cè)）雙模組功率單元數(shù)量=3×N/2，N為奇數(shù)，整流側(cè)（或逆變側(cè)）雙模組功率單元數(shù)量出現(xiàn)小數(shù)0.5時(shí)，將整流側(cè)0.5個(gè)雙模組功率單元和逆變側(cè)0.5個(gè)雙模組功率單元分布設(shè)計(jì)成兩個(gè)獨(dú)立的單模組功率單元，此時(shí)功率單元總數(shù)為偶數(shù)，呈背靠背方式布局，整流側(cè)和逆變側(cè)的功率單元數(shù)量相同。

實(shí)施例1

本實(shí)施例采用方案1。圖3-A為N（N為每相并聯(lián)功率模組的數(shù)量）=3時(shí)的功率單元的布局示意圖；參見圖3-A，每相并聯(lián)功率模組的數(shù)量為3時(shí)，其整流側(cè)雙模組功率單元的數(shù)量=逆變側(cè)雙模組功率單元的數(shù)量=3×N/2=4.5，整流側(cè)功率模組的數(shù)量=逆變側(cè)功率模組的數(shù)量=2×3×N/2=3×N=9，將各整流側(cè)功率模組依次記為：整流模組1、整流模組2、……，整流模組9，各逆變側(cè)功率模組依次記為：逆變模組1、逆變模組2、……，逆變模組9，布局時(shí)，整流模組1、整流模組2、……，整流模組8設(shè)于整流側(cè)，兩兩組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成整流雙模組功率單元，也即整流模組1和整流模組2貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成一整流雙模組功率單元，整流模組3和整流模組4貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成一整流雙模組功率單元，依次類推；逆變模組1、逆變模組2、……，逆變模組8設(shè)于逆變側(cè)，倆倆組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成逆變雙模組功率單元；整流雙模組功率單元與逆變雙模組功率單元成背靠背布置；另外，整流模組9和逆變模組9組合貼裝于散熱板兩側(cè)形成復(fù)合雙模組功率單元。本實(shí)施例中，復(fù)合雙模組功率單元位于整流側(cè)，整流模組9與整流模組8相鄰設(shè)置，逆變模組9遠(yuǎn)離整流模組8而設(shè)置；其中，上述復(fù)合雙模組功率單元的位置也可以互換，即逆變模組9與整流模組8相鄰設(shè)置。另外，復(fù)合雙模組功率單元可以位于整流側(cè)的任何地方。另外，上述的散熱板不局限于水冷散熱板，還可以用風(fēng)冷方式，或者可以用一塊散熱板雙面貼裝的方式，也可以用兩塊散熱板分別貼裝，然后再把兩塊散熱板背靠背放置。

圖3-B為N=1時(shí)的功率單元的布局示意圖；參見圖3-A，每相并聯(lián)功率模組的數(shù)量為1時(shí)，其整流側(cè)雙模組功率單元的數(shù)量=逆變側(cè)雙模組功率單元的數(shù)量=3×N/2=1.5，整流側(cè)功率模組的數(shù)量=逆變側(cè)功率模組的數(shù)量=2×3×N/2=3×N=3，將各整流側(cè)功率模組依次記為：整流模組1、整流模組2、整流模組3，各逆變側(cè)功率模組依次記為：逆變模組1、逆變模組2、逆變模組3。布局時(shí)，整流模組1、整流模組2設(shè)于整流側(cè)，兩兩組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成整流雙模組功率單元。逆變模組1、逆變模組2設(shè)于逆變側(cè)，倆倆組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成逆變雙模組功率單元；另外，整流模組3和逆變模組3組合貼裝于散熱板兩側(cè)形成復(fù)合雙模組功率單元。本實(shí)施例中，上述復(fù)合雙模組功率單元位于整流側(cè)，整流模組3與整流模組2相鄰設(shè)置，逆變模組3遠(yuǎn)離整流模組2而設(shè)置。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，上述復(fù)合雙模組功率單元位于逆變側(cè)，第3×N逆變模組與第3×N-1逆變模組相鄰設(shè)置，第3×N 整流模組遠(yuǎn)離第3×N-1逆變模組而設(shè)置。

圖4-A為N=3時(shí)的功率單元的布局示意圖，整流模組9和逆變模組9組合貼裝于散熱板兩側(cè)形成復(fù)合雙模組功率單元，該復(fù)合雙模組功率單元位于逆變側(cè)，逆變模組9與逆變模組8相鄰設(shè)置，整流模組9遠(yuǎn)離逆變模組8而設(shè)置。

圖4-B為N=1時(shí)的功率單元的布局示意圖，整流模組3和逆變模組3組合貼裝于散熱板兩側(cè)形成復(fù)合雙模組功率單元，該復(fù)合雙模組功率單元位于逆變側(cè)，逆變模組3與逆變模組2相鄰設(shè)置，整流模組3遠(yuǎn)離逆變模組2而設(shè)置。

上述實(shí)施例1和實(shí)施例2均采用方案1，圖3-A和圖4-A所示柜內(nèi)功率單元布局，每相并聯(lián)3個(gè)功率模組（對(duì)應(yīng)上述N=3），兩兩組合貼裝于散熱板兩側(cè)，一邊放置4個(gè)功率單元，另一邊放置5個(gè)功率單元；圖3-B、圖4-B所示柜內(nèi)功率單元布局，每相并聯(lián)1個(gè)功率模組（對(duì)應(yīng)上述N=1），呈背靠背布局，一邊放置1個(gè)功率單元，另一邊放置2個(gè)功率單元。圖5所示為采用方案1且N=3時(shí)功率單元在風(fēng)電變流器柜內(nèi)的整體布局，兩邊放置的功率單元數(shù)量不相同，但整流側(cè)逆變側(cè)的功率模組數(shù)量仍然相同，整流側(cè)的整流模組有9個(gè)，逆變側(cè)的逆變模組也有9個(gè)。

此方案1與常用功率單元布局方案(圖2-A和圖2-B）相比，雙模組功率單元類型保持不變，但數(shù)量減少了1個(gè)，提高了功率單元利用率，降低成本，同時(shí)也減少了功率單元的占用空間。

實(shí)施例3

本實(shí)施例采用方案2。

圖6-A為本實(shí)施例中N=3時(shí)的功率單元的布局示意圖；參見圖6-A，記整流側(cè)雙模組功率單元的數(shù)量=逆變側(cè)雙模組功率單元的數(shù)量=3×N/2=4.5，N=每相并聯(lián)功率模組的數(shù)量，且N為奇數(shù)，則整流側(cè)功率模組的數(shù)量=逆變側(cè)功率模組的數(shù)量=2×3×N/2=3×N=9，將各整流側(cè)功率模組依次記為：整流模組1、整流模組2、……，整流模組9，各逆變側(cè)功率模組依次記為：逆變模組1、逆變模組2、……，逆變模組9，布局時(shí)，整流模組1、整流模組2、……，整流模組9設(shè)于整流側(cè)，且兩兩組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成整流雙模組功率單元；逆變模組1、逆變模組2、……，逆變模組9設(shè)于逆變側(cè)，且倆倆組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成逆變雙模組功率單元；其中，整流模組9和逆變模組9為獨(dú)立的單模組功率單元。

圖6-B為本實(shí)施例中N=1時(shí)的功率單元的布局示意圖；參見圖6-B，記整流側(cè)雙模組功率單元的數(shù)量=逆變側(cè)雙模組功率單元的數(shù)量=3×N/2=1.5，N=每相并聯(lián)功率模組的數(shù)量，則整流側(cè)功率模組的數(shù)量=逆變側(cè)功率模組的數(shù)量=2×3×N/2=3×N=3，將各整流側(cè)功率模組依次記為：整流模組1、整流模組2、整流模組3，各逆變側(cè)功率模組依次記為：逆變模組1、逆變模組2、逆變模組3，布局時(shí)，整流模組1、整流模組2、整流模組3設(shè)于整流側(cè)，且整流模組1和整流模組2兩兩組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成整流雙模組功率單元；逆變模組1、逆變模組2、逆變模組3設(shè)于逆變側(cè)，且逆變模組1和逆變模組2倆倆組合貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成逆變雙模組功率單元；其中，整流模組3和逆變模組3為獨(dú)立的單模組功率單元。

圖6-A為本實(shí)用新型的實(shí)施例3中N=3時(shí)的風(fēng)電變流器柜內(nèi)的功率單元的布局示意圖，每相并聯(lián)3個(gè)功率模組（對(duì)應(yīng)上述N=3），兩邊各放置4個(gè)雙模組功率單元和1個(gè)單模組功率單元。

圖6-B所示柜內(nèi)的功率單元布局，每相并聯(lián)1個(gè)功率模組（對(duì)應(yīng)上述N=1），呈背靠背布局，兩邊各放置1個(gè)雙模組功率單元和1個(gè)單模組功率單元。

圖7所示N=3時(shí)功率單元在風(fēng)電變流器柜內(nèi)的整體布局，兩邊放置的功率單元數(shù)量相同，也即整流模組1和整流模組2貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成一整流雙模組功率單元，整流模組3和整流模組4貼裝于散熱板兩側(cè)構(gòu)成一整流雙模組功率單元，依次類推；整流雙模組功率單元與逆變雙模組功率單元成背靠背布置；另外，整流模組9和逆變模組9單獨(dú)貼裝于散熱板上形成獨(dú)立的單模組功率單元，分別設(shè)置于整流側(cè)和逆變側(cè)。

此方案2與常用功率單元布局方案(圖2-A和圖2-B）相比，通過增加單模組功率單元，減少雙模組功率單元數(shù)量，從而提高了功率模組利用率，降低功率單元成本。同時(shí)與雙模組功率單元相比，單模組功率單元重量輕，方便維護(hù)，另外單模組功率單元占用柜體空間小，方便變流器整體布局設(shè)計(jì)。

本方案主要應(yīng)用在大功率風(fēng)電變流器中，當(dāng)輸出功率較大時(shí)候，考慮到成本和選型方便原則，往往采用并聯(lián)功率單元的方法來降低成本，與常用布局方案相比（圖2-A和圖2-B），通過方案1的應(yīng)用，既能保持雙模組功率單元的一致性，也能降低功率單元成本，同時(shí)減少功率單元整體占用空間，方便變流器整體布局設(shè)計(jì)；通過方案2的應(yīng)用，引入單模組功率單元替換雙模組功率單元，既能提高功率模組的利用率，降低成本，同時(shí)方便維護(hù)操作，減少占用空間，方便變流器整體布局設(shè)計(jì)。

盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本實(shí)用新型做出各種變化，均為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。