(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 212114212 U(45)授权公告日 2020.12.08
(21)申请号 202020661427.7(22)申请日 2020.04.27
(73)专利权人 国电南瑞科技股份有限公司
地址 211100 江苏省南京市江宁经济技术
开发区诚信大道19号
专利权人 国电南瑞南京控制系统有限公司(72)发明人 曹鹏 陈杰 宋飞 王俊辉
王腾飞 孙海洋 (74)专利代理机构 南京纵横知识产权代理有限
公司 32224
代理人 丁朋华(51)Int.Cl.
H01R 25/16(2006.01)H01R 13/02(2006.01)H01B 7/08(2006.01)
权利要求书2页 说明书4页 附图1页
H01B 7/02(2006.01)H02M 7/00(2006.01)H02M 7/483(2007.01)
CN 212114212 U(54)实用新型名称
一种中大功率储能变流器的叠层母排(57)摘要
本实用新型公开了一种中大功率储能变流器的叠层母排，包括：相互连接的电容母排和模块母排，电容母排用于安装电容，模块母排用于安装IGBT；电容母排包括：多组导电孔排组以及若干个位于导电孔排组两边区域的用于安装母线电容的孔位，两边区域的孔位相同且极性对称；所述导电孔排组用于与模块母排连接。本发明基于缩短功率器件换流回路路径及电流非平衡路径，通过合理的功率器件布局缩短换流回路，能有效地降低杂散电感，大幅度降低了功率器件的关断过电压，省去du/dt吸收电路，在降低成本的同时使结构更加紧凑，功率密度进一步提高，扩大了变流器的安全工作区域，有利于三电平变流器的长期安全、稳定运行。
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权 利 要 求 书
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1.一种中大功率储能变流器的叠层母排，其特征是，包括：相互连接的电容母排和模块母排，电容母排用于安装电容，模块母排用于安装IGBT；电容母排包括：多组导电孔排组以及若干个用于安装电容的孔位，导电孔排组包括依次放置的正极导电孔排、零极导电孔排和负极导电孔排，所述孔位分别位于正极导电孔排和负极导电孔排的两侧，两侧的孔位相同且极性对称；所述导电孔排组用于与模块母排连接。
2.根据权利要求1所述的一种中大功率储能变流器的叠层母排，其特征是，电容母排包括七层，依次为：第一层绝缘层、第二层电容正极导电层、第三层绝缘层、第四层电容零极导电层、第五层绝缘层、第六层电容负极导电层和第七层绝缘层；所述第二层电容正极导电层还包括引出的第一端子和第二端子，第一端子与正极母线连接，第二端子用于检测电压；所述第四层电容零极导电层还包括引出的第三端子，用于检测电压，所述第六层电容负极导电层还包括引出的第四端子和第五端子，第四端子用于与外部负极母线连接，第五端子用于检测电压；第一端子和第四端子位于电容母排侧边的一端，第二端子、第三端子和第五端子依次位于电容母排同一侧边的另一端，第二端子位于里端，第五端子位于外端； 第一端子和第四端子分别与电容母排垂直对开，且在一平面上；第二端子、第三端子、第五端子均与电容母排垂直，且在一平面上。
3.根据权利要求1所述的一种中大功率储能变流器的叠层母排，其特征是，导电孔排的长边方向与具有端子的电容母排侧边方向垂直。
4.根据权利要求3所述的一种中大功率储能变流器的叠层母排，其特征是，用于安装电容的孔位包括：正极孔位、零极孔位和负极孔位，正、负极导电孔排的两侧分别设置有一组极性对称的电容孔位组，电容孔位组包括四个孔位，中间两个孔位为零极孔位，另外两个孔位极性相反；导电孔排组两边区域中相邻的非零孔位之间的正负极性相反。
5.根据权利要求1所述的一种中大功率储能变流器的叠层母排，其特征是，多组导电孔排组之间分别设置有一对正极孔位和零极孔位。
6.根据权利要求1所述的一种中大功率储能变流器的叠层母排，其特征是，所述模块母排包括七层，依次为：第一层绝缘层、第二层模块正极导电层、第三层绝缘层、第四层模块零极导电层、第五层绝缘层、第六层模块负极导电层和第七层绝缘层；模块正极导电层还包括引出的第六端子，模块负极导电层还包括引出的第七端子，模块零极导电层还包括引出的第八端子，所述第八端子位于第七端子和第六端子中间，第七端子和第八端子分别与第六端子对开呈180°。
7.根据权利要求6所述的一种中大功率储能变流器的叠层母排，其特征是，第六端子、第八端子和第七端子分别与电容母排的正极导电孔排、零极导电孔排和负极导电孔排连接。
8.根据权利要求1所述的一种中大功率储能变流器的叠层母排，其特征是，模块母排上设置有：多个用于安装IGBT的正极安装孔位、零极安装孔位和负极安装孔位；正极安装孔位、负极安装孔位分别与零极安装孔位组成一对，交替放置。
9.根据权利要求2所述的一种中大功率储能变流器的叠层母排，其特征是，所述电容母排的第一层绝缘层、第三层绝缘层、第五层绝缘层和第七层绝缘层的材料均为绝缘纸，第二层电容正极导电层、第四层电容零极导电层和第六层电容负极导电层分别采用1.5mm、1.0mm和1.5mm厚的紫铜。
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权 利 要 求 书
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10.根据权利要求6所述的一种中大功率储能变流器的叠层母排，其特征是，所述模块母排的第一层绝缘层、第三层绝缘层、第五层绝缘层和第七层绝缘层的材料均为绝缘纸，第二层模块正极导电层、第四层模块零极导电层和第六层模块负极导电层均采用1.0mm厚的紫铜。
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说 明 书
一种中大功率储能变流器的叠层母排
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技术领域
[0001]本实用新型涉及一种中大功率储能变流器的叠层母排，属于新能源发电技术领域。
背景技术
[0002]近些年，储能变流器广泛应用于电力系统、轨道交通、新能源汽车、风力发电、太阳能光伏等领域，在电网削峰填谷、平滑新能源波动，能量回收利用等场合实现能量双向流动，对电网电压频率主动支撑，提高供电电能质量。并且正在朝着高效和高功率密度的方向发展。随着储能变流器对体积和效率的要求提高，其电气结构也逐渐应用更高效率的三电平拓扑结构，开关频率也随之提高。高开关频率及多功率器件的使用势必带来高开关损耗和高电压应力，因此储能变流器对功率器件模组电气回路杂散电感参数的要求也更加苛刻，为了消除杂散电感所引起的开关损耗和关断过电压问题，必须尽量优化功率模组主回路的杂散电感参数。目前，现有的叠层母排功率器件布局不合理、母排内部正极、负极、中性极铜箔厚度过厚、与功率器件压接端子高度过高等因素，对杂散电感的抑制效果并不理想。[0003]现有中大功率储能变流器如T型三电平变流器，工作频率一般在5kHz左右，其叠层母排中电容安装布局结构优化，有效的降低了变流器中环流回路的寄生电感，从而减小了变流器中开关器件在关断时刻的峰值电压；现有技术公开的一种用于二极管钳位型三电平变流器的叠层母排，其中模块母排分为五层，可以大幅度地降低换流回路的杂散电感，有效抑制器件的关断过电压，省去du/dt吸收电路（即关断吸收电路），在降低成本的同时使结构更加紧凑。
[0004]以上叠层母排的应用虽然使得功率器件模组电路中杂散电感得到了一定的改善，但因制造和装配误差、母排本身和电容等重力作用，导致功率器件受力是不可避免的，如果不在功率器件布局和叠层母排设计阶段将这些因素考虑进去，很可能导致功率器件承受过大的应力，尤其是三电平变流器，其母排一般都比较大，电容数量多，更增加了这种风险。实用新型内容
[0005]为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种中大功率储能变流器的叠层母排，解决了现有的叠层母排功率器件布局不合理，对杂散电感的抑制效果不理想的问题。
[0006]为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：一种中大功率储能变流器的叠层母排，包括：相互连接的电容母排和模块母排，电容母排用于安装电容，模块母排用于安装IGBT；
[0007]电容母排包括：多组导电孔排组以及若干个用于安装电容的孔位，导电孔排组包括依次放置的正极导电孔排、零极导电孔排和负极导电孔排，所述孔位分别位于正极导电孔排和负极导电孔排的两侧，两侧的孔位相同且极性对称；所述导电孔排组用于与模块母排连接。
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说 明 书
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进一步的，电容母排包括七层，依次为：第一层绝缘层、第二层电容正极导电层、第
三层绝缘层、第四层电容零极导电层、第五层绝缘层、第六层电容负极导电层和第七层绝缘层；所述第二层电容正极导电层还包括引出的第一端子和第二端子，第一端子与正极母线连接，第二端子用于检测电压；所述第四层电容零极导电层还包括引出的第三端子，用于检测电压，所述第六层电容负极导电层还包括引出的第四端子和第五端子，第四端子用于与外部负极母线连接，第五端子用于检测电压；[0009]第一端子和第四端子位于电容母排侧边的一端，第二端子、第三端子和第五端子依次位于电容母排同一侧边的另一端，第二端子位于里端，第五端子位于外端；[0010]第一端子和第二端子分别与电容母排垂直对开，且在一平面上；第二端子、第三端子、第五端子均与电容母排垂直，且在一平面上。[0011]进一步的，导电孔排组包括：依次放置的正极导电孔排、零极导电孔排和负极导电孔排，导电孔排的长边方向与具有端子的电容母排侧边方向垂直。[0012]进一步的，用于安装母线电容的孔位包括：正极孔位、零极孔位和负极孔位，正、负极导电孔排的两侧分别设置有一组极性对称的电容孔位组，电容孔位组包括四个孔位，中间两个孔位为零极孔位，另外两个孔位极性相反；导电孔排组两边区域中相邻的非零孔位之间的正负极性相反。[0013]进一步的，多组导电孔排组之间分别设置有一对正极孔位和零极孔位。[0014]进一步的，所述模块母排包括七层，依次为：第一层绝缘层、第二层模块正极导电层、第三层绝缘层、第四层模块零极导电层、第五层绝缘层、第六层模块负极导电层和第七层绝缘层；
[0015]模块正极导电层还包括引出的第六端子，模块负极导电层还包括引出的第七端子，模块零极导电层还包括引出的第八端子，所述第八端子位于第七端子和第六端子中间，第七端子和第八端子分别与第六端子对开呈180°[0016]进一步的，第六端子、第八端子和第七端子分别与电容母排的正极导电孔排、零极导电孔排和负极导电孔排连接。[0017]进一步的，模块母排上设置有：多个用于安装IGBT的正极安装孔位、零极安装孔位和负极安装孔位；正极安装孔位、负极安装孔位分别与零极安装孔位组成一对，交替放置。[0018]进一步的，所述电容母排的第一层绝缘层、第三层绝缘层、第五层绝缘层和第七层绝缘层的材料均为绝缘纸，第二层电容正极导电层、第四层电容零极导电层和第六层电容负极导电层分别采用1.5mm、1.0mm和1.5mm厚的紫铜；[0019]进一步的，所述模块母排的第一层绝缘层、第三层绝缘层、第五层绝缘层和第七层绝缘层的材料均为绝缘纸，第二层模块正极导电层、第四层模块零极导电层和第六层模块负极导电层均采用1.0mm厚的紫铜。
[0020]本实用新型所达到的有益效果：本发明基于缩短功率器件换流回路路径及电流非平衡路径，通过合理的功率器件布局缩短换流回路，叠层母排正负极路径优化复合抵消磁场辐射，能有效地降低杂散电感，大幅度降低了功率器件的关断过电压，省去du/dt吸收电路，在降低成本的同时使结构更加紧凑，功率密度进一步提高，扩大了变流器的安全工作区域，有利于三电平变流器的长期安全、稳定运行。
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附图说明
[0021]图1是本实用新型实施例中的一种电容母排示意图；[0022]图2是本实用新型实施例中的一种模块母排示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。[0024]如图1和2所示，一种中大功率储能变流器叠层母排，包括：相互连接的电容母排和模块母排；电容母排用于安装电容，模块母排用于安装IGBT开关；[0025]电容母排和模块母排采用一体设计，电容母排包括七层，依次为：第一层绝缘层、第二层电容正极导电层、第三层绝缘层、第四层电容零极导电层、第五层绝缘层、第六层电容负极导电层和第七层绝缘层；所述第二层电容正极导电层还包括引出的第一端子1和第二端子2，第一端子1与正极母线连接，第二端子2用于检测电压，通常为外部电压霍尔采集点，所述第四层电容零极导电层还包括引出的第三端子3，用于检测电压，通常为外部电压霍尔采集点，所述第六层电容负极导电层还包括引出的第四端子4和第五端子5，第四端子4用于与外部负极母线连接，第五端子5用于检测电压，通常为外部电压霍尔采集点，上述七层通过绝缘膜热压合成叠压在一起。
[0026]第一端子1和第四端子4位于电容母排侧边的一端，第二端子2、第三端子3和第五端子5依次位于电容母排同一侧边的另一端，第二端子2位于里端，第五端子5位于外端；[0027]根据强弱电信号隔离设计原则，端子1、4与端子2、3、5分别放置电容母排同一侧的两端。端子1和端子4分别与电容母排垂直对开，且在一平面上，其作用是与储能变流器正负极母线端口连接，走强电流信号；端子2、端子3、端子5均与电容母排垂直，端子2、3和5在一平面上，其作用是电压信号采集端口，走弱电流信号。端子2、3、5与端子1、4分别放置电容母排两端，使得电压端口采集信号不被强电流磁场辐射干扰，保证采样精度准确性。[0028]电容母排还包括：位于电容母排中央的多组导电孔排组以及若干个位于导电孔排组两边区域的用于安装母线电容的孔位，两边区域的孔位相同且极性对称；[0029]如图1所示，实施例中的三组导电孔排组形成了端口9、端口10和端口11；[0030]所述导电孔排组用于与模块母排连接，包括：依次放置的正极导电孔排、零极导电孔排、负极导电孔排；导电孔排的长边方向与具有端子的电容母排侧边方向垂直；所述孔位分别位于正极导电孔排和负极导电孔排的两侧，两侧的孔位相同且极性对称；[0031]实施例中，导电孔排组有三组，每个导电孔排具有三个孔位，正极导电孔排为从电容母排正极导电层引出的孔排，零极导电孔排为从电容母排零极导电层引出的孔排，负极导电孔排为从电容母排负极导电层引出的孔排；[0032]用于安装母线电容的孔位包括：正极孔位（+）、零极孔位（0）和负极孔位（-），正、负极导电孔排的两侧分别设置有一组极性对称的电容孔位组，电容孔位组包括四个孔位，中间两个孔位为零极孔位，另外两个孔位极性相反，导电孔排组两边区域中相邻的非零孔位之间的正负极性相反；多组导电孔排组之间分别设置有正极孔位（+）、零极孔位（0）或者负极孔位（-）和零极孔位（0）。[0033]实施例中，导电孔排组两边区域中分别包括24个孔位，三组导电孔排组之间分别
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设置有一对孔位，如图1所示；[0034]图1中，通过将导电孔排两侧的第一列电容孔位从上至下依次按照负极孔位（-）、零极孔位（0）、零极孔位（0）、正极孔位（+）、正极孔位（+）、零极孔位（0）、零极孔位（0）、负极孔位（-）排序与正极导电孔排形成最小换流路径；第二列电容孔位从上至下依次按照正极孔位（+）、零极孔位（0）、零极孔位（0）、负极孔位（-）、负极孔位（-）、零极孔位（0）、零极孔位（0）、正极孔位（+）与负极导电孔排形成最小换流路径，以此来减小母线电容与导电孔排连接的功率器件IGBT形成环流回路杂散电感，降低IGBT强迫换流所引起的过高尖峰电压风险。
[0035]通过将导电孔排两侧的电容孔位正负极性对称设计，使得两侧母线电容与导电孔排连接的功率器件IGBT形成的电流磁场相互抵消，达到两侧电流相互平衡，解决了市面上叠层母排电流非平衡路径问题。
[0036]所述电容母排的第一层绝缘层、第三层绝缘层、第五层绝缘层和第七层绝缘层的材料均为绝缘纸，第二层电容正极导电层、第四层电容零极导电层、第六层电容负极导电层分别采用1.5mm、1.0mm、1.5mm紫铜。
[0037]市面上电容母排导电层紫铜厚度一般都在2.0mm，1.5mm厚度减少了杂散电感。[0038]如图2所示，所述模块母排也包括七层，该七层通过绝缘膜热压合成一体，依次为：第一层绝缘层、第二层模块正极导电层、第三层绝缘层、第四层模块零极导电层、第五层绝缘层、第六层模块负极导电层和第七层绝缘层。
[0039]模块正极导电层还包括引出的第六端子6，模块负极导电层还包括引出的第七端子7，模块零极导电层还包括引出的第八端子8，所述第八端子位于第七端子7和第六端子6中间，第七端子7和第八端子8分别与第六端子6对开呈180°
[0040]模块母排正极导电端子6和负极导电端子7分别与电容母排正导电孔排、负导电孔排连接；
[0041]所述模块母排上设置有：多个用于安装IGBT的正极安装孔位（+）、零极安装孔位（0）、负极安装孔位（-），正极安装孔位为从模块正极导电层引出的孔位；零极安装孔位为从模块零极导电层引出的孔位；负极安装孔位为从模块负极导电层引出的孔位；正极安装孔位、负极安装孔位分别与零极安装孔位组成一对，交替放置。[0042]如图2所示，实施例中，模块母排上具有两个对称放置的孔位组，每个孔位组包括两对孔位，分别为负极安装孔和零极安装孔、正极安装孔和零极安装孔。[0043]所述模块母排的第一层绝缘层、第三层绝缘层、第五层绝缘层和第七层绝缘层的材料均为绝缘纸，第二层模块正极导电层、第四层模块零极导电层、第六层模块负极导电层均采用1.0mm紫铜。市面上模块母排导电层紫铜厚度一般都在1.5mm，1.0mm厚度减少了杂散电感。
[0044]模块母排的第六端子6、第八端子8、第七端子7分别通过螺栓与电容母排的导电孔排组中的正极导电孔排、零极导电孔排、负极导电孔排连接。[0045]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
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