[发明专利]一种积木式电能路由器功率单元结构

说明书

本发明公开了一种积木式电能路由器功率单元结构，属于电力电子变换器领域。本发明将电能路由器功率单元的整流级设计成一个整流积木，DAB级设计成两个积木——前端H桥积木和后端H桥积木，逆变级设计成一个逆变积木；将整流级与DAB级之间的电解电容设计成一个前端电容积木；将DAB级与逆变级之间的电解电容设计成一个后端电容积木。本发明采用积木式结构，所以可以根据不同应用场合的功能需求，选择需要的积木，不需重新进行结构设计，方便系统功能的扩展和删减。功率单元组装、拆卸、维护方便。

技术领域

本发明属于电力电子变换器领域，涉及一种电能路由器功率单元结构设计方法，具体地说，是指一种积木式电能路由器功率单元结构设计方法，适用于380V/100kVA以下电能路由器。

背景技术

电能路由器是能源互联网中的关键设备，是分布式发电、分布式储能、分布式负荷以及不同电网互联的重要网络节点。电能路由器能够实现能量的自主分配和管理，保证电能质量，具有隔离功能，可以满足电能变换、通信等要求。

为了满足上述要求，电能路由器一般具备多级，包括整流级、DAB级(Dual ActiveBridge，双有源桥)、逆变级和多端口，包括直流端口和交流端口。电能路由器的每级相当于一台电力电子变换器，且各级之间需要通过电解电容和高频变压器耦合，因此设计出来的电能路由器功率单元的体积通常很大，级内和级间杂散电感大。另外，电能路由器应用场合不同，功能需求也会不同，需要选择不同的变换级数，此时需要重新进行功率单元结构设计。如何使得电能路由器应用场合发生变化时，能根据功能需求方便地扩展、删减功率单元的某部分而不重新进行结构设计，且在保证每级以及整体结构紧凑、体积小的前提下，满足功率器件散热、级内和级间杂散电感小的要求，是电能路由器结构设计面临的挑战。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种积木式电能路由器功率单元结构，将电能路由器功率单元的整流级设计成一个整流积木，DAB级(Dual Active Bridge，双有源桥)设计成两个积木——前端H桥积木和后端H桥积木，逆变级设计成一个逆变积木；将整流级与DAB级之间的电解电容设计成一个前端电容积木；将DAB级与逆变级之间的电解电容设计成一个后端电容积木。

所述前端电容积木布置在与其有电气联系的整流积木和前端H桥积木之间，通过前端电容积木安装板与两侧积木固定在一起，三个积木通过层叠母排A实现电气上的连接。后端电容积木布置在与其有电气联系的后端H桥积木和逆变积木之间，通过后端电容积木安装板与两侧积木固定在一起，三个积木通过层叠母排B实现电气上的连接。

所述整流积木、前端H桥积木、后端H桥积木、逆变积木均带独立的散热器，且散热器垂直放置。整流积木和逆变积木的散热器背靠背布置，通过整流积木安装板和逆变积木安装板固定在一起，组成一个完整的垂直风道。前端H桥积木和后端H桥积木的散热器背靠背布置，通过前端H桥积木安装板和后端H桥积木安装板固定在一起，组成一个完整的垂直风道。

本发明具有以下优点：

(1)由于采用积木式结构，所以可以根据不同应用场合的功能需求，选择需要的积木，不需重新进行结构设计，方便系统功能的扩展和删减。

(2)积木内模块布局紧凑，积木体积小、杂散电感小。

(3)前端电容积木和后端电容积木均布置在与其有电气联系的积木之间，方便积木间层叠母排的设计，且级间结构紧凑、杂散电感小。

(4)整流积木和逆变积木的散热器背靠背布置，前端H桥积木和后端H桥积木的散热器背靠背布置，形成的风道完整、集中，且为垂直风道，利用相对较轻的热气流形成烟囱效应，热阻小，散热效果好。

(5)所有的功率模块端子、电容端子均位于功率单元的最外侧，方便测试。

(6)功率单元组装、拆卸、维护方便。

附图说明