功率模块及其并联装置、变流器以及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种功率模块及其并联装置、变流器以及控制方法，其中，功率模块包括一个及以上IGBT单元以及与IGBT单元连接的控制单元，控制单元连接输入光纤和输出光纤，输入光纤用于接收来自上游功率模块的光信号，输出光纤用于向下游功率模块输出光信号；控制单元，用于根据监测到的IGBT单元的运行状态和/或输入光纤中的光信号的状态，控制向输出光纤中输出的光信号的状态和/或控制IGBT单元的运行状态。以此，可将当前功率模块、上游功率模块的运行状态(尤其是故障状态)，通过输出光纤及时传递给下游功率模块，以实现对其他功率模块的及时保护，保证其他功率模块的安全运行。

Power Module and Its Parallel Device, Converter and Control Method

The embodiment of the present invention provides a power module and its parallel device, converter and control method, in which the power module includes one or more IGBT units and a control unit connected with the IGBT unit, the control unit connects the input fiber and the output fiber, the input fiber is used to receive the optical signal from the upstream power module, and the output fiber is used to output the downstream power module. An optical signal; a control unit for controlling the state of the optical signal output to the output optical fiber and/or the operation state of the IGBT unit according to the operation state of the IGBT unit monitored and/or the state of the optical signal input to the optical fiber. In this way, the operation status of current power module and upstream power module (especially the failure status) can be transmitted to downstream power module through the output optical fiber in time, so as to realize the timely protection of other power modules and ensure the safe operation of other power modules.

【技术实现步骤摘要】
功率模块及其并联装置、变流器以及控制方法
本专利技术涉及风力发电领域，尤其涉及一种功率模块及其并联装置、变流器以及控制方法。
技术介绍
在风力发电设备中，风电变流器是不可缺少的能量转换单元，其功能是将风机在自然风的作用下发出电压频率、幅值不稳定的电能转换为频率、幅值稳定、符合电网要求的电能后并入电网。风电变流器，主要包括功率模块和变流器控制器，其中，功率模块是风电变流器的核心功率部件，其主要是通过内部控制单元来驱动功率半导体器件IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)单元的开关来完成风电变流器的逆变、整流、制动等功能；而变流器控制器，则用于控制功率模块。随着风电变流器功率等级的提高以及功率模块单体容量的限制，需要将多个功率模块的功率输出并联起来形成并联功率模块，以满足风电变流器的功率需求。在现有技术中，各个功率模块通过光纤与变流器控制器连接，如果功率模块没有故障，则向变流器控制器正常发送光信号，也就是说光纤中有光，而当出现故障时，就停止光信号传输。现有技术的模式中，如果功率模块发生故障会先通过光纤通知变流器控制器，变流器控制器本身处理大量的控制任务，当发现功率模块发生故障时，需要一定的处理时间，并且还需要通过与功率模块的通信线路通知其他功率模块或者对其他功率模块发送控制信号。在这样的机制下，必然存在一定的时间延迟，一旦出现紧急故障，变流器控制器无法及时通知全部功率模块，可能会导致在某一功率模块出现紧急故障的情况下，不能及时对其他功率模块采取保护措施的问题，进而影响整个并联功率模块的安全运行；另一方面，只要发生故障都采用一样的保护措施，没有对故障类型进行区分，更没有针对不同故障类型而执行不同的保护措施，也就是说，上述保护机制较为粗略且不具针对性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种功率模块及其并联装置、变流器以及控制方法，可对功率模块的运行状态进行及时传递，提高功率模块的安全性。为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：第一方面，提供了一种功率模块，包括：一个及以上IGBT单元以及与所述IGBT单元连接的控制单元，所述控制单元连接输入光纤和输出光纤，所述输入光纤用于接收来自上游功率模块的光信号，所述输出光纤用于向下游功率模块输出光信号，所述控制单元，用于对所述IGBT单元的运行状态进行监测，并根据所述IGBT单元的运行状态和/或所述输入光纤中的光信号的状态，控制向所述输出光纤中输出的光信号的状态和/或控制所述IGBT单元的运行状态。所述控制单元通过上行光纤和下行光纤连接于变流器控制器，所述控制单元，还用于通过所述上行光纤向所述变流器控制器发送包含所述IGBT单元的故障状态信息的上行光信号，以及通过所述下行光纤接收来自所述变流器控制器的包含对IGBT单元的脉冲控制信号的下行光信号，并根据所述脉冲控制信号对所述IGBT单元进行驱动控制。第二方面，提供了一种功率模块的并联装置，包括第一方面中的功率模块，所述多个功率模块的功率输出端并联连接，所述多个功率模块中的控制单元通过光纤依次连接，形成光纤环路，且上游功率模块的输出光纤作为下游功率模块的输入光纤。第三方面，提供了一种变流器，包括变流器控制器和第二方面的功率模块的并联装置，所述功率模块中的控制单元与所述变流器控制器相连接。第四方面，提供了一种应用于第一方面中功率模块的控制方法，包括：所述功率模块的控制单元对IGBT单元的运行状态进行监测；根据所述IGBT单元的运行状态和/或所述输入光纤中的光信号的状态，控制向所述输出光纤中输出的光信号的状态和/或控制所述IGBT单元的运行状态。第五方面，提供了应用于第三方面中变流器的控制方法，包括：所述变流器中各个功率模块的控制单元通过上行光纤向所述变流器控制器发送包含IGBT单元的故障状态信息的上行光信号，所述故障状态信息包括紧急故障信息、温度信息、电压信息、电流信息中的一个或任意多个；变流器控制器根据从上行光信号提取到的故障状态信息判定功率模块的故障类型，并根据故障类型通过下行光纤向功率模块的控制单元发送相应的包括对IGBT单元的脉冲控制信号的下行光信号，以便所述控制单元根据所述脉冲控制信号对所述IGBT单元进行驱动控制。本专利技术提供的功率模块、功率模块的并联装置及相应的控制方法，功率模块中的控制单元在监测IGBT单元的运行状态的同时，还根据IGBT单元的运行状态和/或上游输入光纤的光信号状态，控制通过输出光纤向下游功率模块的控制单元所传递的光信号状态，当多个功率模块通过输入光纤和输出光纤的连接形成环路拓扑结构时，能够将一个功率模块中的运行状态迅速向下游功率模块进行传递，尤其在将多个功率模块并联使用且任一功率模块发生紧急故障的情况下，通过该保护机制可实现对其他功率模块的及时保护，进而保证其他功率模块的安全运行。本专利技术提供的变流器以及相应的控制方法，在前面的功率模块和功率模块的并联装置的基础上，还增加了与变流器控制器通信连接的上行光纤和下行光纤，形成了各个功率模块与变流器控制之间的中心拓扑结构，从而各个功率模块的控制单元能够将自身功率模块中的故障状态信息上报给变流器控制器，由变流器控制器进行分析以确定故障类型后，通过脉冲控制信号对各个功率模块进行相应的驱动控制。这样的中心拓扑结构和上述的环形拓扑结构能够形成有效的互补机制，从而对各个功率模块进行有效的驱动控制。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术实施例一中功率模块的结构示意图；图2为本专利技术实施例一中功率模块与变流器控制器连接的结构示意图；图3为本专利技术实施例二中功率模块的并联装置的结构示意图；图4为本专利技术实施例二中功率模块的并联装置与变流器控制器连接的结构示意图；图5为本专利技术实施例三中变流器的结构示意图；图6为本专利技术实施例三中变流器控制器的故障判断及处理的流程示意图；图7为本专利技术实施例四中功率模块的控制方法流程示意图；图8为本专利技术实施例五中变流器的控制方法流程示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。下面通过实施例来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例一如图1所示，为本专利技术实施例一的功率模块的结构示意图，功率模块10可包括一个及以上IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)单元11，及与IGBT单元11连接的控制单元12(可包括用于存储和执行程序的闪存模块(FLASH)和处理模块(CPU)等)。在本实施例中，功率模块10可应用于风电变流器中，控制单元12可通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率模块，其特征在于，包括：一个及以上IGBT单元以及与所述IGBT单元连接的控制单元，所述控制单元连接输入光纤和输出光纤，所述输入光纤用于接收来自上游功率模块的光信号，所述输出光纤用于向下游功率模块输出光信号，所述控制单元，用于对所述IGBT单元的运行状态进行监测，并根据所述IGBT单元的运行状态和/或所述输入光纤中的光信号的状态，控制向所述输出光纤中输出的光信号的状态和/或控制所述IGBT单元的运行状态。

【技术特征摘要】
1.一种功率模块，其特征在于，包括：一个及以上IGBT单元以及与所述IGBT单元连接的控制单元，所述控制单元连接输入光纤和输出光纤，所述输入光纤用于接收来自上游功率模块的光信号，所述输出光纤用于向下游功率模块输出光信号，所述控制单元，用于对所述IGBT单元的运行状态进行监测，并根据所述IGBT单元的运行状态和/或所述输入光纤中的光信号的状态，控制向所述输出光纤中输出的光信号的状态和/或控制所述IGBT单元的运行状态。2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，根据所述IGBT单元的运行状态和/或所述输入光纤中的光信号的状态，控制向所述输出光纤中输出的光信号的状态和/或控制所述IGBT单元的运行状态，包括：如果所述IGBT单元出现紧急故障或者所述输入光纤中的光信号为无光状态，则停止向所述输出光纤中输出光信号，并关断所述IGBT单元；如果所述输入光纤中的光信号为有光状态并且所述IGBT单元处于正常运行状态，则向所述输出光纤中输出光信号。3.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述控制单元通过上行光纤和下行光纤连接于变流器控制器，所述控制单元，还用于通过所述上行光纤向所述变流器控制器发送包含所述IGBT单元的故障状态信息的上行光信号，以及通过所述下行光纤接收来自所述变流器控制器的包含对IGBT单元的脉冲控制信号的下行光信号，并根据所述脉冲控制信号对所述IGBT单元进行驱动控制。4.一种功率模块的并联装置，其特征在于，包括多个如权利要求1至3任一所述的功率模块，所述多个功率模块的功率输出端并联连接，所述多个功率模块中的控制单元通过光纤依次连接，形成光纤环路，且上游功率模块的输出光纤作为下游功率模块的输入光纤。5.一种变流器，其特征在于，包括变流器控制器和如权4所述的功率模块的并联装置，所述功率模块中的控制单元与所述变流器控制器相连接。6.根据权利要求5所述的变流器，其特征在于，所述控制单元通过上行光纤和下行光纤连接于所述变流器控制器，所述控制单元通过所述上行光纤向所述变流器控制器发送包含IGBT单元的故障状态信息的上行光信号，以及通过所述下行光纤接收来自所述变流器控制器的包含对IGBT单元的脉冲控制信号的下行光信号；其中，所述上行光信号中的故障状态信息包括紧急故障信息，所述变流器控制器，用于根据从上行光信号中提取到的紧急故障信息判定任一功率模块发生紧急故障时，通过各条下行光纤向所有功率模块的控制单元发送关断IGBT单元的脉冲控制信号；或者，所述上行光信号中的故障状态信息包括温度信息，所述变流器控制器，用于根据从上行光信号中提取到的温度信息判定任一功率模块的温度高于预置温度告警阈值时，通过各条下行光纤向所有功率模块的控制单元发送以低于预置功率运行的脉冲控制信号；或，用于根据从上行光信号中提取到的温度信息判定任一功率模块的温度高于预置温度保护阈值时，通过各条下行光纤向所有功率模块的控制单元发送关断IGBT单元的脉冲控制信号；所述预置温度告警阈值小于所述预置温度保护阈值；或者，所述上行光信号中的故障状态信息包括电压信息，所述变流器控制器，用于根据从上行光信号中提取到的电压信息判定任一功率模块的电压高于预置电压保护阈值时，通过各条下行光纤向所有功率模块的控制单元发送关断IGBT单元的脉冲控制信号；或者，所述上行光信号中的故障状态信息包括电流信息，所述变流控制器，用于根据从上行光信号中提取的电流信息判定各功率模块之间电流的均...

【专利技术属性】
技术研发人员：高绪华，张群，杨志千，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11