并联功率模块的驱动控制方法、装置及变流器与流程

本发明属于发电技术领域，尤其涉及一种并联功率模块的驱动控制方法、装置及变流器。

背景技术：

变流器是使电源系统的电压、频率、相数以及其他电量参数或特性发生变化的电器设备。变流器通常在并网发电系统中用于对输入的电流进行整流和逆变处理，以将处理后得到的电能并入电网中。变流器作为并网发电系统中的重要组件而越来越被重视。

目前变流器的功率模块驱动分为两种，一种是纯模拟电路的方式去实现，另外一种是采用CPU的数字驱动技术。采用纯模拟电路的方式去实现，驱动器是被动的接收指令和传递故障信息，不具备数字驱动的灵活性。采用数字驱动技术，一般仅能实现故障记录和参数调节等功能，并没有涉及故障准确定位、自适应均流等功能。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明的实施例提供一种并联功率模块的驱动控制方法、装置及变流器。

一方面，本发明实施例提供一种并联功率模块的驱动控制方法，包括：采集并联功率模块的每个功率模块中的各晶体管的各电极处电信号的电信号波形的步骤；比较所采集的每个功率模块的电信号波形的步骤；以及，根据比较结果来调整每个功率模块的驱动信号，从而对每个功率模块进行驱动控制，以使得并联功率模块中的每个功率模块的开通及关断电流保持一致的步骤。

另一方面，本发明实施例提供一种并联功率模块的驱动控制装置，包括：采集单元、处理单元和驱动单元，该采集单元被配置为采集并联功率模块的每个功率模块中的各晶体管的各电极处电信号的电信号波形。该处理单元被配置为比较所采集的每个功率模块的电信号波形。该驱动单元被配置为根据比较结果来调整每个功率模块的驱动信号，从而对每个功率模块进行驱动控制，以使得并联功率模块中的每个功率模块的开通及关断电流保持一致。

还一方面，本发明实施例提供一种变流器，包括并联功率模块和一个或多个上述的并联功率模块的驱动控制装置，上述并联功率模块的驱动控制装置与上述并联功率模块相连接，用于对上述并联功率模块进行控制。

还一方面，本发明实施例提供一种并联功率模块的驱动控制装置，包括：存储器、处理器和输入端口。该存储器，存储计算机可执行指令的存储器；该处理器，用于执行该存储器存储的程序，该程序使得该处理器执行上述并联功率模块的驱动控制方法；该输入端口，用于接收所采集的每个功率模块的电信号波形。

本发明实施例提供的一种并联功率模块的驱动控制方法、装置及变流器，通过采集每个功率模块内的各晶体管各极处的电信号波形，根据采集的上述电信号波形对每个功率模块进行对比，根据比较结果来调整所述每个功率模块的驱动信号，从而对每个功率模块进行驱动控制，以使得并联功率模块中的每个功率模块的开通及关断电流保持一致，实现功率模块的自适应多并联。

附图说明

通过参考附图会更加清楚地理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出根据一种实施例的传统并联功率模块控制装置及变流器的应用场景示意图；

图2示出根据一种实施例的并联功率模块的驱动控制方法的流程图；

图3示出根据另一种实施例的并联功率模块的驱动控制方法的流程图；

图4示出根据还一种实施例的并联功率模块的驱动控制方法的流程图；

图5示出根据一种实施例的并联功率模块的驱动控制装置的结构框图；

图6示出根据一种实施例的并联功率模块的驱动控制装置的应用场景示意图；

图7示出根据一种实施例的并联功率模块的驱动控制装置的采集单元采集电信号波形的示例性过程示意图；

图8示出根据一种实施例的变流器的结构框图；

图9示出根据一种实施例的并联功率模块的驱动控制装置的结构框图。

图中：

101、断路器，102、避雷器，103、滤波器，

104、发电机整流器，105、斩波器，106、逆变器，

107、交流熔断器，108、电感，109、主断路器，

110、电流传感器，111、预充电，112、交流滤波器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1示出根据一种实施例的传统并联功率模块的驱动控制装置及变流器的应用场景示意图。如图1所示，以风力发电系统中变流器的结构为例进行说明，应理解不限于此，本方案的并联功率模块的驱动控制方法、装置及变流器还可用于水电、火电系统中。该风力发电系统包括：风力发电机G和变流器，这里的变流器包括断路器101、避雷器102、滤波器103、发电机整流器104、斩波器105、逆变器106、交流熔断器107、电感108、主断路器109、电流传感器110、预充电111、交流滤波器112。该变流器中包括多个功率模块，以及一个控制器(图中未示出)，控制器分别与功率模块连接，并且，每个功率模块与发电机的某一相连接，多个功率模块可以共同完成某一项功能，例如整流器104中包括3个功率模块，逆变器106中包括3个功率模块，其中的每个功率模块执行的操作的控制指令均由控制器下发。例如，整流器104或逆变器106中的功率模块采集相应相的电流、电压和温度的模拟信号发送给控制器，控制器将该模拟信号进行采样，得到相应的数字信号，通过对该数字信号的分析输出相应的控制指令。而且，变流器中功率模块的各个功能是通过控制器发送的控制信号进行控制的。由于网侧功率模块为并联，以绝缘栅双极型晶体管(英文：Insulated Gate Bipolar Transistor，缩写IGBT)模块为例，存在的主要技术问题是多个IGBT直接并联，由于控制信号以及模块安装的结构路径不一致会导致功率模块开通关断电流不均流。此外，还不能实现故障的准确定位，这是由于目前的功率模块的驱动控制可以分为两种，一种是纯模拟电路的方式去实现，另外一种是采用控制器的数字驱动技术。采用纯模拟电路的方式去实现，驱动器是被动的接收指令和传递故障信息，不具备数字驱动控制的灵活性。采用数字驱动技术，可以灵活的实现多种功能。但是现有的数字驱动技术，比较简单，一般是仅仅实现功率模块整故障记录，功率模块整体参数调节等功能。虽然多模块的并联，可以改进结构的方式，通过结构一致等方式，做到模块的均流，但是此种方法不具备自适应功能，而且实际中，由于信号路径、以及结构的兼容难度等效果会不理想。

考虑到结合图1描述的上述情况，本发明提出了一种并联功率模块的驱动控制方法、装置及变流器。

图2示出根据一种实施例的并联功率模块的驱动控制方法的流程图。如图2所示，该并联功率模块的驱动控制方法，在S210中，采集并联功率模块的每个功率模块中的各晶体管的各电极处的电信号波形；这里的功率模块多数采用为智能功率模块，是以IGBT为内核的先进混合集成功率部件，由高速低功耗管芯(IGBT)和优化的门极驱动电路，以及快速保护电路构成。在一个示例中，这里的电信号波形可以包括每个功率模块中的各晶体管的管压降和晶体管门极电压的波形。在S220中，比较所采集的每个功率模块的电信号波形。在步骤S230中，根据比较结果来调整每个功率模块的驱动信号，从而对每个功率模块进行驱动控制，以使得并联功率模块中的每个功率模块的开通及关断电流保持一致。通过采集每个功率模块内的各晶体管各极处的电信号波形，根据采集的上述电信号波形对每个功率模块的上述电信号波形进行对比，获得每个功率模块的驱动控制信号，弥补各个功率模块与接入的线路中的信号损耗，使得多个并联功率模块的开通或关断电流均流一致，实现功率模块的自适应多并联。在一个示例中，该方法的电信号还可以包括与并联功率模块的每个功率模块相连的直流母线电压，该方法还可以包括基于上述电信号和典型故障表确定故障类型。以短路故障为例，短路故障往往也会触发功率模块过流故障，但是通过查看故障发生前后的直流母线电压波形，往往可以发现短路故障发生时，与功率模块相连的直流母线电压往往会瞬间大幅跌落，此特征可以作为典型故障特征在现有的典型故障表中查询得到该故障类型为功率模块短路故障，进而将功率模块短路和过流故障区分出来，从而能够综合判断，区分原发故障信号、后发故障信号，给出准确的原始故障类型。

应理解，传统的控制器可以通过自身的多个检测点，进行一些故障定位，但是只能定位到模块级别，对于功率模块内部，并不够进一步去定位原始故障点。通过该方法，例如可以根据发生故障的功率模块在故障发生前后的功率模块内晶体管各极处的电信号波形与经验电信号波形进行比较，以确定对应故障定位。

在一个示例中，在采集并联功率模块的每个功率模块中的各晶体管的各电极处的电信号波形的步骤中的采集过程，以及，在根据比较结果来调整每个功率模块的驱动信号，从而对每个功率模块进行驱动控制，以使得并联功率模块中的每个功率模块的开通及关断电流保持一致的步骤中的对每个功率模块的驱动控制过程均经由光纤完成通信。

图3示出根据另一种实施例的并联功率模块的驱动控制方法的流程图。如图3所示，该并联功率模块的驱动控制方法，在S310中，采集并联功率模块的每个功率模块中的各晶体管的各电极处的电信号波形；这里的电信号还可以包括每个功率模块的输出电流，在只通过调整每个功率模块中的各晶体管的管压降和晶体管门极电压后仍不能使并联功率模块的开通及关断电流保持较好的一致性时，还可以通过上述每个功率模块的输出电流的电流波形进一步对驱动控制信号进行调节。在S320中，根据电信号波形获得并联功率模块的每个功率模块的开通及关断时间和电流，比较开通及关断时间和电流。在S330中，根据比较结果来调整每个功率模块的驱动信号，从而对每个功率模块进行驱动控制，以使得并联功率模块中的每个功率模块的开通及关断电流保持一致。通过该方法，不仅可以弥补各个功率模块与接入的线路中的信号损耗，还能解决补功率模块自身元件差异导致的开通及关断电流不均流的问题。在一个示例中，该方法还包括，根据该驱动调整参数对每个功率模块进行驱动控制的步骤。例如判断哪个模块先开通以及先开通的时间，调整驱动控制信号，进行相应延时处理，再根据各个功率模块的开通关断电流，反复校正，最终获得能够使得开通关断电流与其他功率模块的均流一致的驱动控制信号，可以根据该驱动控制信号对多个并联功率模块进行控制。

图4示出根据还一种实施例的并联功率模块的驱动控制方法的流程图。如图4所示，该并联功率模块的驱动控制方法，在S410中，采集并联功率模块的每个功率模块中的各晶体管的各电极处的电信号波形。这里的电信号波形可以包括每个功率模块中的各晶体管的管压降、晶体管门极电压和每个功率模块的输出电流的波形。在S420中，根据故障发生前后的电信号波形及电信号的采集位置获得故障位置定位。在一个示例中，以逆变器中的并联的多个功率装置为例，上述电信号波形，可以包括：上管管压降VCE、下管管压降VCE、交流输出电流。在一个示例中，上述电信号波形还可以包括直流母线电压模型。故障发生后，调出在故障发生前后采集的每个功率模块中的各晶体管的各电极处的上述电信号波形，找到上述波形中在在故障发生前后变化较大的电信号波形，那么可以确定采集该电信号波形的元件位置为具体发生故障的电器元件。在一个示例中，还可以将上述故障发生前后的采集到的每个功率模块中的各晶体管的各电极处的上述电信号波形与经验相应的电信号波形进行比较，给出准确的故障位置定位。在一个示例中，该方法还可以包括故障发生时，以故障发生时刻为基准，例如可以向前记录512个采样数据，向后记录512个采样数据，这样将故障发生前的运行状态以及故障发生后的状态记录，便于后续故障分析。可以通过上述方法定位的故障类型包括过流故障、短路故障、过温故障、欠压故障、过压故障等。

图5示出根据一种实施例的并联功率模块的驱动控制装置的结构框图。如图5所示，该并联功率模块的驱动控制装置500，包括采集单元510、处理单元520和驱动单元530，该采集单元510被配置为采集并联功率模块的每个功率模块中的各晶体管的各电极处的电信号波形。该处理单元520被配置为比较所采集的每个功率模块的电信号波形。该驱动单元530被配置为根据比较结果来调整每个功率模块的驱动信号，从而对每个功率模块进行驱动控制，以使得并联功率模块中的每个功率模块的开通及关断电流保持一致。在一个示例中，上述电信号可以包括所述每个功率模块中的各晶体管的管压降和晶体管门极电压。在一个示例中，上述电信号还可以包括每个功率模块的输出电流，该处理单元还被可以配置为根据电信号波形获得并联功率模块的每个功率模块的开通及关断时间和电流，以及，比较所述开通及关断时间和电流。在一个示例中，上述电信号还包括与并联功率模块的每个功率模块相连的直流母线电压，该装置还包括可以故障诊断单元，被配置为基于电信号和典型故障表判断故障类型。在一个示例中，该装置还可以包括故障定位单元，被配置为根据故障发生前后的电信号波形及电信号的采集位置确定故障位置定位。在一个示例中，该采集单元的采集过程和该驱动单元的驱动控制过程均经由光纤完成通信。在一个示例中，该装置可以单独的设置也可以耦合在现有的控制器中，在单独设置的情况中，该装置也可以作为一个辅助控制装置与现有的控制器分离的设置。以该装置也作为一个辅助控制装置与现有的控制器分离的设置为例，可以自定义通信协议，该装置与控制器或该装置与功率模块之间可以实现高达50M的高速通讯，可以通过高速光纤传递直流母线电压和交流输出电流等电信号给控制器用于闭环控制、接收控制器指令、并通过控制器完成功率模块之间的参数交换。并避免电磁等其他信号的干扰。需要说明的是该控制装置的通信方式不限于上述高速光纤的方式，也可以通过常规的通信方式进行通信。由于该装置与该方法相对应，二者具有类似的功能，可以解决类似的技术问题，因此，二者相同或者相似的地方不再赘述。

图6示出根据一种实施例的并联功率模块的驱动控制装置的应用场景示意图。如图6所示，以逆变器中的多个并联的功率装置为例，逆变器中的每个并联的功率模块620对应的设置有一个并联功率模块的驱动控制装置610，该装置610可以单独的设置对功率模块620进行控制，在一个示例中，该控制装置610也可以耦合在现有的控制器中对功率模块620进行驱动控制，在单独设置的情况中，该装置610也可以作为一个辅助控制装置与现有的控制器分离的设置。

图7示出根据一种实施例的并联功率模块的驱动控制装置的采集单元采集电信号波形的示例性过程示意图。如图7所示，以逆变器中的多个并联的功率装置为例，该并联功率模块的驱动控制装置710可以采集功率控制模块的上管720管压降VCE、下管730管压降VCE、上管720门极电压、下管730门极电压、交流输出电流、直流母线电压中的一种或多种。

图8示出根据一种实施例的变流器的结构框图。一种变流器800，包括并联功率模块810和一个或多个上述的并联功率模块的驱动控制装置820，上述并联功率模块的驱动控制装置820与上述功率模块210相连接，用于对上述功率模块进行驱动控制。

结合图2和图5描述的并联功率模块的驱动控制方法和并联功率模块的驱动控制装置的至少一部分可以由计算设备实现。图9示出根据一种实施例的并联功率模块的驱动控制装置的结构框图。如图9所示，计算设备900包括处理器903、存储器904和输入端口902，该存储器904，用于存储程序；该处理器903，用于执行该存储器904存储的程序，该程序使得该处理器903执行上述并联功率模块的驱动控制方法；该输入端口902，用于接收所采集的每个功率模块的电信号波形。在一个示例中，该计算机设备还可以包括输入设备901、输入端口902、处理器903、存储器904、输出端口905、以及输出设备906。其中，输入端口902、处理器903、存储器904、以及输出端口905通过总线910相互连接，输入设备901和输出设备906分别通过输入端口902和输出端口905与总线910连接，进而与计算设备900的其他组件连接。需要说明的是，这里的输出接口和输入接口也可以用I/O接口表示。具体地，输入设备901接收来自外部的输入信息，并通过输入端口902将输入信息传送到处理器903；处理器903基于存储器904中存储的计算机可执行指令对输入信息进行处理以生成输出信息，将输出信息临时或者永久地存储在存储器904中，然后通过输出端口905将输出信息传送到输出设备906；输出设备906将输出信息输出到计算设备900的外部。

上述存储器904包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器904可包括HDD、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器904可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器904可在计算设备900的内部或外部。在特定实施例中，存储器904是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器904包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。

总线910包括硬件、软件或两者，将计算设备900的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线910可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线910可包括一个或多个总线910。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。

当通过图9所示的计算设备900实现结合图5描述的并联功率模块的驱动控制装置时，输入设备901接收采集每个功率模块内晶体管各极处的电信号波形，在特定实施例中，与输出设备相连的I/O接口可以包括硬件、软件或两者，提供用于在计算设备900与一个或多个I/O设备之间的通信的一个或多个接口。在合适的情况下，计算设备500可包括一个或多个这些I/O设备。一个或多个这些I/O设备可允许人和计算机系统900之间的通信。举例来说而非限制，I/O设备可包括键盘、小键盘、麦克风、监视器、鼠标、打印机、扫描仪、扬声器、静态照相机、触针、手写板、触摸屏、轨迹球、视频摄像机、另一合适的I/O设备或者两个或更多个以上这些的组合。I/O设备可包括一个或多个传感器。本发明实施例考虑用于它们的任何合适的I/O设备和任何合适的I/O接口。在合适的情况下，I/O接口可包括一个或多个装置或能够允许处理器903驱动一个或多个这些I/O设备的软件驱动器。在合适的情况下，I/O接口可包括一个或多个I/O接口。尽管本发明实施例描述和示出了特定的I/O接口，但本发明实施例考虑任何合适的I/O接口。该处理器903基于存储器904中存储的计算机可执行指令，根据电信号波形获得每个功率模块的驱动调整参数和/或每个功率模块中发生故障的功率模块的故障定位。随后在需要经由输出端口905和输出设备906将上述驱动调整参数和/或故障定位输出。

也就是说，根据本发明实施例的并联功率模块的驱动控制装置也可以被实现为包括存储有计算机可执行指令的存储器904；以及处理器903，该处理器903在执行计算机可执行指令时，可以实现结合图2和图5描述的并联功率模块的驱动控制方法和并联功率模块的驱动控制装置。

在合适的情况下，计算机可执行指令可包括一个或多个基于半导体的或其他集成电路(IC)(例如，诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用IC(ASIC))、硬盘驱动器(HDD)、混合硬盘驱动器(HHD)、光盘、光盘驱动器(ODD)、磁光盘、磁光盘驱动器、软盘、软盘驱动器(FDD)、磁带、全息存储介质、固态驱动器(SSD)、RAM驱动器、安全数字卡或驱动或其他合适的计算机可读非临时性存储介质或者两个或更多个以上这些的组合。

需要明确，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些端口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。