大功率风电变流器中的母排设计

5 设计实例

图10为某型号风电变流器功率模组的初始结构三维图，该模组的直流侧母排由前模块母排、后模块母排和连接母排构成，此3个母排均为开放式的叠层母排。然而，在风场运行过程中，频频出现IPM(智能功率模块)炸毁现象。经分析，引起IPM炸毁可能有以下3个原因：①母排设计不合理，电感大，模块在关断过程中出现比较高的电压尖峰，当电压尖峰超过IPM承受的极限时，模块炸毁;②由于风场沙漠化比较严重，灰尘比较大，母排上积聚了大量灰尘，导致母排正负极出现打火放电，模块过流炸毁;③叠层母排的层间绝缘采用的是0.7mm厚的环氧树脂板，如果环氧树脂板本身有划伤，在变流器运行时，该叠层母排可能会出现局部放电，日积月累，导致层间绝缘被击穿。所有的问题都指向母排。

图11优化后的母排设计

所以，我们对母排进行了优化，如图11所示，将原来的3个母排合成一个母排，极大降低了回路中的杂散电感，经测算，直流侧母排电感由原来的89nH左右下降至43nH左右;并且采用了层铜板+层间绝缘+绝缘包覆(压合封边)结构，整个母排除接头外，其余的地方是一个密闭的结构，正负极铜板基本上处于密闭状态，消除了灰尘的威胁，并提高了绝缘性能，通过了湿热循环、耐高压、局部放电等测试。采用整改后的母排后，经过了较长时间的运行，变流器运行稳定，无模块炸毁事故。

6 结束语

直流侧母排设计是整个风电变流器结构设计工作中的一个关键点。本文根据多年风电变流器结构设计经验并结合相关理论，从母排电感的抑制、母排应力分析以及环境适应性等几个方面系统阐述了母排的设计要点，最后结合实例，作进一步分析说明，对以后的设计工作具有重要的指导意义。另外，随着风力发电机组设计和制造水平的不断提高，5MW、7MW的风电机组被陆续研制出来，并向更高功率发展。作为风电并网的核心设备——风电变流器，也相应地在向更大的功率方向发展，将会对母排的设计提出更高的要求。

参考文献

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作者简介

黄彭发(1983.5.20—)，男，工程师，主要从事大功率风电变流器结构设计工作。■