场一般集中在东北、华北、西北和沿海地带。东北和华北寒冷、温差大;西北部风沙大、灰尘多;沿海地区空气中水分含量大、腐蚀力强;③连续上班时间长，在风力较好的季节，经常连续几个月处于满负荷运行状态;④有极大几率会出现阵风、台风等恶劣天气。这些特点对变流器的主电路设计，尤其是功率模块单元的母排设计提出了更高的要求。如果母排设计不合理，没考虑到风电变流器的特别的条件，有极大几率会出现下面几个问题：①母排过热，这是由于风电变流器的直流侧电流大、电压不稳定，再加上风季时长时间处于满功率运作时的状态，轻易造成母排过热;②母排电感过大，产生过高的尖峰电压，导致安全裕量变小，当遇到阵风、台风等恶劣天气时，变流器直流侧电压会短时急剧升高，功率器件很也许会出现过压，严重时可能会导致功率器件炸毁，造成重大损失;③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，如果不在母排设计阶段将这一些因素考虑进去，很可能会引起功率器件承受过大的应力，风电变流器的功率比较大，母排一般都比较大，电容数量多，更增加了这种风险;④母排防护不够，随着灰尘、潮气的侵入，导致绝缘失效。

　　因此，针对以上问题，本文提出了风电变流器直流侧母排设计原则及要点。实践证明，依据这一些原则及要点设计的母排具备极高的可靠性。

　　⑴ 确定风电变流器的工作环境。要确定变流器是室外型还是室内型，高原型还是地面型，严寒地区还是潮湿地区。并依据这一些环境条件来确定环境的污染等级、极限温升和最小爬电距离与电气间隙。

　　⑶ 确定额定工作电压和电流。目前，风电变流器主流机型的直流侧母线V左右，电流从几百A到几千A不等，这取决于风电机组的功率大小。额定工作电压和电流作为计算母排尺寸的一个重要依据。

　　⑷ 常规使用的寿命。使用寿命的选取会影响到直流母排的结构工艺及其在允许电压下不导电的材料的选择。风电变流器的寿命一般要求20年，故对直流母线的寿命也一般要求不低于20年。这样，在产品的生命周期内，母排就可以免于维护。

　　在确定了母排工作环境、电路拓扑、电气参数等一些具体实际的要求以后，就能开始母排的设计。首先，依据电流的大小计算铜板的截面积。必须要格外注意的是别选过厚的铜排，因为电流流过导体存在集肤效应[1]，集肤深度计算公式为

　　风电变流器的功率密度大，母排导体一般选择紫铜材料，紫铜的磁导率为4 X10-7H/m，电导率为5.8X107S/m。风电变流器的功率器件开关频率一般为2kHz -3kHz，就以3kHz为例，根据式(1)可以计算出集肤深度为：

　　所以，铜板厚度一般都会采用1.5mm2.5mm为宜。如果没注意到这一点，不但浪费材料，还往往伴随出现母线过热的现象。

　　由于杂散电感的作用，在IGBT关断时会出现尖峰电压，此电压与直流回路电压叠加，对功率器件和母排绝缘构成很大威胁。变流器功率越大，功率器件di/dt越大，这种危害就越严重。由杂散电感引起的尖峰电压UL为：以下脚注改为正体，i与t改为斜体

　　由(2)式可知，降低电压尖峰有两个途径：① 通过改变门极驱动电阻的值来减小di/dt，将导致开通和关断的时间延长，功率器件的损耗增加，这会使变流器的效率降低，而且给功率器件的散热也将带来挑战。所以靠减小di/dt来减小杂散电感是有限的;② 减小杂散电感(LB+LM)，(LB+LM)当功率器件选定以后，其自身寄生电感就基本固定，能够减小的就只有母排寄生电感了，所以，母排设计是获得低电压尖峰的关键。为获得低电感的母排，在母排设计时可以从以下几个方面考虑。

　　由邻近效应可知，某一导体的高频电流在邻近的导体层会形成镜像电流。对于双层铜排，当信号路径与地平面互相叠层，并使满足绝缘层厚度的间距远小于导体宽度时，高频电流将主要分布在两块铜排相临近的两个内部平面上，部分高频磁场能够相互抵消[2]，从而减小回路中的电感。

　　式中：LI为母排内部等效电感，与频率有关，频率越高，内电感越小[3]，此处可忽略不计;LC为母排外部等效电感

　　式中：t为单层铜板厚度;d为绝缘层厚度;l为叠层母排长度;w为叠层母排宽度。从式(3)可看出，母排长度越短，宽度越大，电感越小。

　　尽管采用了叠层母排，可以有效减小杂散电感，但是电感还是存在的，而且功率器件本身的寄生电感也是没办法消除的。因此，直流侧应设置少数的支撑电容，以便有效抑制杂散电感。目前，风电变流器上常用的支撑电容主要有两种：铝电解电容和膜电容。由于铝电解电容的耐压等级较低，通常要大量的并串联，所以其母线设计很复杂，而且铝电解电容发热严重，寿命短，逐渐被膜电容取代。膜电容拥有耐压高、寿命长、发热少等诸多优点，正获得愈来愈普遍的应用。由于膜电容耐压高，额定工作电压可达1100V，在低压风电变流器中一般就不需要串联，简化了母排设计，也减小母排寄生电感，建议优先选择膜电容作为直流侧支撑电容。在电容布局设计时，要注意以下两个问题：

　　⑴ 电容的摆放很重要，如图1所示，图1(a)与图1(b)的区别仅在于电容端子方向正好相差90，电流路径构成的环路面积就大不相同。环路面积越小，电感越小。因此，图1(b)布局优于图1(a)布局。