CN107346934B - 用于控制功率设备的系统 - Google Patents

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Abstract

本公开内容提供了一种用于控制功率设备的系统，其包括：一个或多个功率元件；一个或多个驱动模块，其被配置为通过信号线路提供关于一个或多个功率元件的驱动信号并且被提供有第一无线模块；以及上层控制器，其被配置为通过信号线路发送关于一个或多个驱动模块的控制信号并且被提供有与第一无线模块相对应的第二无线模块，其中，一个或多个驱动模块中的每个通过第一无线模块将一个或多个功率元件和一个或多个驱动模块的状态信息发送到第二无线模块，并且上层控制器通过第二无线模块将与状态信息相对应的控制信号发送到第一无线模块。

Description

用于控制功率设备的系统
技术领域
本公开内容涉及用于控制被提供在诸如高压直流(HVDC)、逆变器或能量存储系统(ESS)的系统中的功率设备的系统。
背景技术
诸如高压直流(HVDC)、逆变器或能量存储系统(ESS)的系统包括用于对电功率进行转换或控制的功率设备。
这样的功率设备的容量逐渐增高到几千安培(A)。因此，当在供应几千安培(A)的电流的功率设备中发生异常时，有必要迅速感测异常并快速地对其进行处置。根据相关技术的功率设备控制系统发送和接收信号以便以光学信号传输方式监视或控制功率设备。
结果，存在的问题在于存在改善信号的传输速度的缺陷。为了解决这样的问题，光缆等等可以被额外地安装，但是存在的问题在于存在由光缆的物理特性的空间约束并且招致用于安装光缆的额外成本。
发明内容
为了解决上述问题，本公开内容的目标是要提供一种能够通过执行对在诸如高压直流(HVDC)、逆变器或能量存储系统(ESS)的系统中提供的功率设备的双重控制来改善总体系统的可靠性的功率设备控制系统。
本公开内容的目标不限于上述目标，并且以上未提到的其他目标和优点将在技术上根据下面的描述来理解并且还通过本公开内容的实施例来明显地理解。此外，将容易理解，本文中描述的本公开内容的目标和优点可以借助于由随附权利要求限定的单元及其组合来实施。
为了实现上述目标，本公开内容的功率设备控制系统可以被配置为包括：一个或多个功率元件；一个或多个驱动模块，其被配置为通过信号线路提供关于一个或多个功率元件的驱动信号并且被提供有第一无线模块；以及上层控制器，其被配置为通过信号线路发送关于一个或多个驱动模块的控制信号并且被提供有与第一无线模块相对应的第二无线模块，其中，一个或多个驱动模块中的每个通过第一无线模块将一个或多个功率元件和一个或多个驱动模块的状态信息发送到第二无线模块，并且上层控制器通过第二无线模块将与状态信息相对应的控制信号发送到第一无线模块。
这里，上层控制器可以由被配置有两个或更多个控制模块的分层结构构成，并且与第一无线模块相对应的第二无线模块可以被提供在两个或更多个控制模块中的每个处，并且两个或更多个控制模块中的每个可以被配置为通过第二无线模块将与状态信息相对应的控制信号发送到第一无线模块。
在这一点上，当一个或多个功率元件和被连接到其的一个或多个驱动模块分别存在两个或更多个时，本公开内容可以被配置为使得两个或更多个驱动模块中的每个被提供有第一无线模块。
此外，当所述一个或多个功率元件和被连接到其的所述一个或多个驱动模块分别存在两个或更多个时，所述两个或更多个驱动模块可以被配置为共享单个第一无线模块。
在这种情况下，当其中的每个被配置具有其中被连接到所述两个或更多个驱动模块的所述两个或更多个功率元件被并联连接的结构的两个或更多个功率模块被串联连接时，本公开内容的功率设备控制系统可以被配置为使得单个第一无线模块被提供在两个或更多个功率模块中的每个处，并且被连接到两个或更多个功率元件的对两个或更多个功率元件进行配置的两个或更多个驱动模块可以被配置为共享单个第一无线模块。
如以上所描述的，根据本公开内容，存在的优点在于通过执行对在诸如HVDC、逆变器或ESS的系统中提供的功率设备的双重控制来改善总体系统的可靠性。
即，本公开内容具有能够通过不仅应用使用传统光学信号传输方法的有线控制方法而且应用使用无线模块的无线控制方法来实施双重控制的优点。因此，在不额外地安装光缆的情况下，用于控制或监视功率设备的信号传输速度可以被增大。因此，与光缆的额外安装相比，存在的优点在于可以提供空间和成本上的双重控制的效率。
此外，可以不仅通过被提供有无线模块的下一上部系统而且也通过上部系统来执行功率设备的控制。即，功率设备的控制可以被双重执行。结果，甚至当在上部系统中发生异常时，功率系统的控制可以由下一上部系统代替上部系统执行，使得可以改善总体系统的可靠性。
附图说明
图1是图示了根据本公开内容的一个实施例的功率设备控制系统的配置的概念图。
图2至图4分别是应用图1的功率设备控制系统的各种系统配置的示例性示意图。
具体实施方式
稍后将参考附图详细地描述本公开内容的以上目标和其他目标、特征和优点，并且因此本公开内容的技术精神能够容易地由本领域技术人员实施。在本公开内容的下面的描述中，如果已知配置和功能的描述被确定为使本公开内容的实施例的解读模糊不清，则将省略对其的详细描述。
在下文中，将参考附图详细地描述根据本公开内容的优选实施例。在附图中，相同的附图标记在其中指代相同的或相似的元件。
图1是图示了根据本公开内容的一个实施例的功率设备控制系统的配置的概念图。
参考图1，根据本公开内容的一个实施例的功率设备控制系统包括功率元件310、驱动模块320以及上层控制器330。另外，功率设备控制系统还可以包括下一上层控制器340。
功率元件310可以由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或功率金属氧化硅场效应晶体管(MOSFET)实施。另外，功率元件310可以为由SiC或GaN制成的元件。
驱动模块320基于上层控制器330的控制信号来将驱动信号供应到功率元件310。
功率元件310基于驱动模块320的被应用到栅极端子G的驱动信号而被驱动为被打开和关闭。
另外，通过将功率元件310的集电极端子C连接到驱动模块320的信号线路，关于功率元件310的集电极端子C的状态的信息被反馈到驱动模块320。在这一点上，保护性二极管或其他电路配置可以被额外地提供在功率元件310的集电极端子C与驱动模块320之间的信号线路处。
驱动模块320将关于功率元件310的状态和驱动模块320的状态的信息(在下文中被称为“误差反馈信号”)发送到上层控制器330。
上层控制器330将控制信号发送到驱动模块320并从其接收误差反馈信号。
根据本公开内容的实施例，驱动模块320被提供有第一无线模块325，并且上层控制器330被提供有与第一无线模块325相对应的第二无线模块335。另外，下一上层控制器340被提供有与第一无线模块325和第二无线模块335中的至少一个相对应的第三无线模块345。
这里，第一无线模块325和第二无线模块335中的每个被提供用于实施诸如无线保真度(Wi-Fi)、蓝牙等的传统无线通信方法。
在下文中，下面将描述根据本公开内容的实施例的功率设备控制系统的操作过程。
下一上层控制器340通过信号线路提供关于驱动模块320或上层控制器330的控制信号。
上层控制器330将用于控制驱动模块320的控制信号发送到驱动模块320。在这一点上，控制信号可以以诸如光学信号等的有线方式被发送，。
驱动模块320接收上层控制器330的控制信号并且基于控制信号而输出驱动信号。
功率元件310基于驱动信号而被驱动为打开和关闭。
功率元件310将关于其的信息发送到驱动模块320。作为说明，关于功率元件310的集电极端子C的状态的信息可以被发送到驱动模块320。
驱动模块320基于关于功率元件310的状态和驱动模块320的状态的信息而生成误差反馈信号，其是监视功率元件310和驱动模块320中的每个的状态的结果，并且将所生成的误差反馈信号发送到上层控制器330。
作为说明，功率元件310通过栅极端子G的输入电压和输入电流来执行ON/OFF操作，并且功率元件310的输入ON/OFF状态由在栅极G与发射极E之间的电压差确定。这样的ON/OFF控制在ON状态中以在大约12到20伏特(V)之间的传统电压差并且在OFF状态中以0V或更低来驱动。
在ON状态中，在集电极C与发射极E之间的电压差可以被降低在2到3V内，并且在ON状态中，在集电极C与发射极E之间的电压差的变化可以根据驱动电流来发生。
然而，当在集电极C与发射极E之间的电压差在ON状态中被增大时，其可以脱离功率元件310的安全操作区(SOA)。因此，驱动模块320可以基于与集电极端子C的状态相对应的反馈信号而验证功率元件310的状态，并且可以将关于功率元件310的状态的信息作为误差反馈信号发送到上层控制器330。
作为说明，当保护性二极管存在于电路单元中的集电极端子C处时，保护性二极管当集电极端子C的电压高于反馈级的电压时被关闭，并且当集电极端子C的电压低于反馈级的电压时被打开。结果，功率元件310的集电极端子C的电压值可以被发送到驱动模块320。
如以上所描述的，根据本公开内容的实施例的驱动模块320被提供有第一无线模块325，并且上层控制器330和下一上层控制器340分别被提供有与第一无线模块325相对应的第二无线模块335和第三无线模块345。
因此，驱动模块320可以通过第一无线模块325将功率元件310和驱动模块320的状态信息不仅发送到第二无线模块335而且发送到第三无线模块345。在这种情况下，下一上层控制器340可以通过第三无线模块345基于状态信息而将关于驱动模块320或上层控制器330的控制信号发送到第一无线模块325或第二无线模块335。
为供参考，根据本公开内容的一个实施例的功率设备控制系统可以根据系统的配置信息选择性地包括下一上层控制器340。另外，尽管未示出在图1中，根据本公开内容的一个实施例的功率设备控制系统还可以包括比下一上层控制器340更上层的控制器以包括被配置有超过三层的多层结构的控制模块。
另外，类似于上层控制器330和下一上层控制器340，比下一上层控制器340更上层的控制器可以使用与第一无线模块325相对应的无线模块发送关于下层控制器或驱动模块320的控制信号。
结果，驱动模块320可以通过驱动模块320的第一无线模块325由上层控制器330和比上层控制器330更上层的至少一个控制器340中的至少一个直接监测。
因此，关于包括功率元件310的连接状态的系统状态信息的快速验证和根据快速验证的保护协同可以是可能的，使得可以改善总体功率设备控制系统的可靠性。
因此，根据本公开内容的一个实施例，当在大规模系统等等中发生问题时，在其处发生异常的部件被快速地且准确地确定，使得系统的有效维护可以是可能的。此外，与仅仅使用光学信号的双重控制系统的配置相比较，存在的优点在于设施配置可以以低成本进行而没有空间限制。
在下文中，将参考图2至图4描述根据本公开内容的实施例的各种系统配置的示例。
图2至图4分别是应用图1的功率设备控制系统的各种系统配置的示例性示意图。
首先，参考图2，根据本公开内容的单个上层控制器330可以被连接到多个驱动模块320。
驱动模块320中的每个生成关于被直接连接到其的功率元件310的驱动信号等等，并且被提供有单独的无线模块325。
上层控制器330被提供有单个无线模块335并且可以通过单个无线模块335将无线数据发送到被提供在驱动模块320中的每个处的无线模块325并且从无线模块325接收无线数据。
参考图3，能够看到，其中两个或更多个驱动模块320共同地使用单个无线模块325的配置。
即，针对高输出系统等等的配置，可以提供其中两个或更多个功率元件310与彼此被串联和并联连接的系统。在这种情况下，多个功率元件可以根据每个位置和连接关系来模块化，并且被连接到功率元件310的对每个模块进行配置的驱动模块320可以被配置为共享单个无线模块325。
在这种情况下，提供如下效果：根据关于功率设备的双重控制方案制定改善操作效率，并且还提供如下额外的效果：减小了用于系统配置的成本。
在图4中，为参考功率元件310的串并联混合配置的示例性示意图。
参考图4，能够看出，四个功率元件310通过并联连接对功率模块进行配置并且四个功率模块被串联连接以形成系统的功率级。
即，16个无线模块325可以被提供在功率设备中，功率设备被配置有16个功率元件310和被连接到其16个驱动模块320，但是为了方便系统配置和成本降低，能够看到，单个无线模块325被提供在每个功率模块处，并且每个功率模块中的4个驱动模块320共享单个无线模块325。
然而，图2至图4的配置分别是可由本公开内容的实施例实施的系统的示例性配置图，但是本公开内容不限于此。
为供参考，根据未来无线技术的发展，可以显而易见的是，功率系统的控制能够被实施以仅仅通过无线的方式来配置和执行，并且另外其可以可能的是，双重无线控制配置的方法可以可通过提供有两个或更多个无线模块来应用。
根据如以上所描述的本公开内容，通过添加无线模块来实施双重控制系统，使得提供如下各种效果：与采用光学模块的添加的双重控制方法相比较，空间和成本上的效率可以被大大提高，并且系统的可靠性可以通过关于功率元件的多重控制而大大改善。
尽管已经参考实施例描述了本公开内容，但是应当理解，能够在不脱离本公开内容的技术精神的情况下由本领域技术人员设想许多其他替代、修改和更改，并且因此应当理解，本公开内容不受以上描述的实施例和附图限制。

Claims (6)

1.一种用于控制功率设备的系统，所述系统包括：
一个以上功率元件；
一个以上驱动模块，其被配置为通过信号线路提供关于所述一个以上功率元件的驱动信号并且被提供有第一无线模块；以及
上层控制器，其被配置为通过信号线路发送关于所述一个以上驱动模块的控制信号并且被提供有与所述第一无线模块相对应的第二无线模块，
其中，所述一个以上驱动模块中的每个通过所述第一无线模块将所述一个以上功率元件和所述一个以上驱动模块的状态信息发送到所述第二无线模块，并且
所述上层控制器通过所述第二无线模块将与所述状态信息相对应的控制信号发送到所述第一无线模块，
所述一个以上驱动模块监视所述一个以上功率元件的状态或所述一个以上驱动模块的状态而提供误差反馈信号，
通过信号线路提供关于所述一个以上驱动模块或所述上层控制器的控制信号，
通过所述一个以上驱动模块提供的所述第一无线模块，由所述上层控制器直接监测所述一个以上驱动模块的状态信息。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
至少一个控制器，其比所述上层控制器更上层并且被配置为通过与所述第一无线模块相对应的无线模块执行所述状态信息的接收和关于所述一个以上驱动模块的控制信号的发送。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，当所述一个以上功率元件和被连接到其的所述一个以上驱动模块分别存在两个以上时，所述两个以上驱动模块中的每个被提供有所述第一无线模块。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其中，当所述一个以上功率元件和被连接到其的所述一个以上驱动模块分别存在两个以上时，所述两个以上驱动模块共享所述第一无线模块。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，当对应地连接到两个以上驱动模块的两个以上功率元件通过并联连接而构成两个以上功率模块，且所述两个以上功率模块被串联连接时，所述两个以上功率模块中的每个包括由所述两个以上驱动模块共享的所述第一无线模块。
6.根据权利要求1所述的系统，还包括：
下一上部控制器，其被配置为通过信号线路提供关于所述一个以上驱动模块和所述上层控制器的控制信号并且被提供有与所述第一无线模块和所述第二无线模块相对应的第三无线模块，
其中，所述一个以上驱动模块通过所述第一无线模块将所述一个以上功率元件和所述一个以上驱动模块的状态信息发送到所述第三无线模块，并且
所述下一上部控制器通过所述第三无线模块将与所述状态信息相对应的控制信号发送到所述第一无线模块或所述第二无线模块。
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