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IPM(智能功率模塊)炸毀現象。經分析，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厚的環氧樹脂板，如果環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優化后的母排設計

所以，我們對母排進行了優化，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，消除了灰塵的威脅，并提高了絕緣性能，通過了濕熱循環、耐高壓、局部放電等測試。采用整改后的母排后，經過了較長時間的運行，變流器運行穩定，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。本文根據多年風電變流器結構設計經驗并結合相關理論，從母排電感的抑制、母排應力分析以及環境適應性等幾個方面系統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的風電機組被陸續研制出來，并向更高功率發展。作為風電并網的核心設備——風電變流器，也相應地在向更大的功率方向發展，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(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。■