CN219937949U - 撬棒模块及风电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种撬棒模块及风电系统，属于电网技术领域。撬棒模块封装有第一电源端、第二电源端、多个并联的功率开关管和负载单元，第一电源端与负载单元的第一端电连接，负载单元的第二端分别与各功率开关管的第一端电连接，各功率开关管的第二端与第二电源端电连接。根据本申请的撬棒模块，通过将撬棒模块进行重新封装，将功率开关管重新组合串并联，去除了半桥结构，在使用时可以控制部分或者全部的功率开关管导通，从而消除了撬棒模块的直通风险。

Description

撬棒模块及风电系统

技术领域

本申请属于电网技术领域，尤其涉及一种撬棒模块及风电系统。

背景技术

风电变流器功率拓扑一般设计有撬棒模块，该撬棒模块用于泄放能量。当电网发生低电压穿越时，电网侧的电压减小，从而输送到电网的能量减小，但发电设备仍然向直流侧输送有功能量。此时需要在低电压穿越期间把这个能量差通过该撬棒模块泄放掉。

目前，撬棒模块封装多为半桥结构，上下半桥分别设有功率开关管，但在进行泄放时仅使用下半桥。撬棒模块存在直流侧直通的风险，且撬棒模块利用率低，功率密度小，成本高。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种撬棒模块及风电系统，撬棒模块没有直通风险。

第一方面，本申请提供了一种撬棒模块，撬棒模块封装有第一电源端、第二电源端、多个并联的功率开关管和负载单元，第一电源端与负载单元的第一端电连接，负载单元的第二端分别与各功率开关管的第一端电连接，各功率开关管的第二端与第二电源端电连接。

根据本申请的撬棒模块，通过将撬棒模块进行重新封装，将功率开关管重新组合串并联，去除了半桥结构，在使用时可以控制部分或者全部的功率开关管导通，从而消除了撬棒模块的直通风险。

根据本申请的一个实施例，第一电源端用于连接电源正极，第二电源端用于连接电源负极。

根据本申请的一个实施例，撬棒模块还封装有多个同向并联的二极管，各二极管的阴极与第一电源端电连接，各二极管的阳极与各功率开关管的第一端电连接。

根据本申请的一个实施例，功率开关管为绝缘栅双极型晶体管。

根据本申请的一个实施例，绝缘栅双极型晶体管的发射极与第二电源端电连接，绝缘栅双极型晶体管的集电极分别与二极管的阳极和负载单元的第二端电连接。

根据本申请的一个实施例，绝缘栅双极型晶体管的数量为两个。

根据本申请的一个实施例，两个绝缘栅双极型晶体管的门极用于分别接入独立的驱动信号。

根据本申请的一个实施例，二极管的数量为两个。

根据本申请的一个实施例，负载单元包括一个电阻。

第二方面，本申请提供了一种风电系统，风电系统包括根据上述实施例中任一项的撬棒模块。

根据本申请的风电系统，撬棒模块中的功率开关管重新组合串并联，去除了半桥结构，在使用时可以控制部分或者全部的功率开关管导通，从而消除了撬棒模块的直通风险。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的撬棒模块的电路结构示意图；

图2是本申请实施例提供的撬棒模块的电路原理图；

图3是相关技术中的撬棒模块的电路原理图。

附图标记：

第一电源端10，第二电源端20，功率开关管30，负载单元40；

二极管D，第一至第四二极管D1～D4，第一至第四IGBT管Q1～Q4，第一至第二电阻R1～R2。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考图1和图2描述根据本申请实施例的撬棒模块。

如图1所示，本申请的一个实施例提供了一种撬棒模块。在本实施方式中，撬棒模块封装有第一电源端10、第二电源端20、多个并联的功率开关管30和负载单元40，第一电源端10与负载单元40的第一端电连接，负载单元40的第二端分别与各功率开关管30的第一端电连接，各功率开关管30的第二端与第二电源端20电连接。

在一些实施例中，撬棒模块还包括外壳，功率开关管30和负载单元40封装与外壳内。第一电源端10和第二电源端20可以封装为极片，极片一端与外壳内的功率开关管30和负载单元40电连接，极片的另一端延伸至外壳之外。第一电源端10和第二电源端20用于连接电源，其中，第一电源端10连接正极，第二电源端20连接负极；或者第一电源端10连接负极，第二电源端20连接正极。

需要说明的是，功率开关管30的控制端接入有控制信号，该控制信号用于控制功率开关管30在导通状态和关断状态之间切换。各功率开关管30所接入的控制信号各自独立，进而可以实现对各功率开关管30的独立控制。

在一些实施例中，撬棒模块可以连接于供电系统中的直流母线上，以对直流母线上的能量进行泄放。在功率开关管30导通时，直流母线的正极与负极被负载单元40和功率开关管30连通，负载单元40可以消耗直流母线上的部分能量。并且，导通的功率开关管30的数量越多，负载单元40上的电流越大，进而可以消耗更多的能量。

在相关技术中，直流母线的正极与负极之间直接串联两个功率开关管30，因此在一些异常的控制下可能出现两个功率开关管30同时导通的情况，从而导致直流母线直通。而本实施方式中，直流母线的正极与负极之间功率开关管30和负载单元40串联，不会出现直通的情况。

根据本申请的撬棒模块，通过将撬棒模块进行重新封装，将功率开关管30重新组合串并联，去除了半桥结构，在使用时可以控制部分或者全部的功率开关管30导通，从而消除了撬棒模块的直通风险。

在本申请的一些实施例中，第一电源端10用于连接电源正极，第二电源端20用于连接电源负极。

在一些实施例中，电源可以为直流电源，撬棒模块可以连接于直流母线上。负载单元40的第一端与直流母线上的正极电源线电连接，各功率开关管30的第二端与直流母线上的负极电源线电连接。功率开关管30与负极直接连接，便于驱动功率开关管30。

在本申请的一些实施例中，撬棒模块还封装有多个同向并联的二极管D，各二极管D的阴极与第一电源端10电连接，各二极管D的阳极与各功率开关管30的第一端电连接。

在本实施方式中，各二极管D的阴极与直流母线上的正极电源线电连接，各二极管D的阳极与负载单元的负载单元40的第二端电连接。在直流母线上的电压突然减小时，二极管D导通，可以起到续流功能。

在本申请的一些实施例中，功率开关管30可以为绝缘栅双极型晶体管。

绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)驱动功率小而饱和压降低，适合应用于高压的变流系统。由于在电网系统中，直流电压较高，应采用IGBT作为功率开关管30可以保证撬棒模块正常运行。当然，在撬棒模块应用于低压系统中使，功率开关管30还可以采用MOSFET管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金氧半场效晶体管)。

如图2所示，作为一种示例，撬棒模块可以包括第一IGBT管Q1、第二IGBT管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2和第一电阻R1。其中，第一电阻R1作为撬棒模块的负载单元40。

第一二极管D1和第二二极管D2同向并联，即阳极相互电连接，阴极相互点连接。第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极和第一电阻R1的第一端相互电连接，且均与第一电源端10电连接，第一IGBT管Q1的集电极和第二IGBT管Q2的集电极均分别与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阳极和第一电阻R1的第二端电连接，第一IGBT管Q1的发射极和第二IGBT管Q2的发射极相互连接，且均与第二电源端20电连接，第一电源端10和第二电源端20之间接入直流电源，且第一电源端10为正极，第二电源端20为负极。

在本实施方式中，第一IGBT管Q1和第二IGBT管Q2可以均为NPN型。第一IGBT管Q1和第二IGBT管Q2的门极在接入高电平时处于导通状态。第一IGBT管Q1的门极和第二IGBT管Q2的门极分别接入独立的驱动信号，即第一IGBT管Q1和第二IGBT管Q2采用独立控制。在需要对直流电源进行泄放时，控制第一IGBT管Q1和/或第二IGBT管Q2导通，电流经第一电源端10和接入，再经第一电阻R1、IGBT和第二电源端20流出。

如图3所述，在相关技术中，撬棒模块可以包括第三IGBT管Q3、第四IGBT管Q4、第三二极管D3、第四二极管D4和第二电阻R2。撬棒模块内的封装的IGBT管形成半桥结构，上半桥包括并联的第三IGBT管Q3、第三二极管D3和第二电阻R2，下半桥的IGBT管包括并联的第四IGBT管Q4和第四二极管D4。在对直流电源进行泄放时，控制下半桥的I第四IGBT管Q4导通。此时撬棒模块内封装的上半桥的第三IGBT管Q3和下半桥第四二极管D4没有产生作用。在需要提高泄放量时，需要在直流母线上设置多个撬棒模块。

在本实施方式中，撬棒模块可以同时利用第一IGBT管Q1和第二IGBT管Q2进行泄放，第一二极管D1和第二二极管D2可以实现续流，各器件得到充分利用。在需要提高泄放量时，直流母线上设置的撬棒模块的数量相较于相关技术中的更少，从而降低成本。

本申请的一个实施例还提供了一种风电系统，风电系统包括根据上述实施例中任一项的撬棒模块。撬棒模块的具体结构可以参照上述各实施例，本实施方式在此不在赘述。

根据本申请的风电系统，撬棒模块中的功率开关管30重新组合串并联，去除了半桥结构，在使用时可以控制部分或者全部的功率开关管30导通，从而消除了撬棒模块的直通风险。当然，风电系统还可以采用上述各实施例中的技术方案，其也具有相应的技术效果。

在一些实施例中，风电系统可以包括变流器，变流器的直流侧与发电设备连接，变流器的交流侧与电网电连接。撬棒模块可以设置于变流器的直流侧。当电网发生低电压穿越时，电网侧的电压减小，从而从电网侧输送到电网的能量减小，发电设备仍然向直流侧输送有功能量。此时，为避免直流侧的电压上升，可以孔撬棒模块开启，对发电设备输送的能量进行泄放。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种撬棒模块，其特征在于，所述撬棒模块封装有第一电源端、第二电源端、多个并联的功率开关管和负载单元，所述第一电源端与所述负载单元的第一端电连接，所述负载单元的第二端分别与各所述功率开关管的第一端电连接，各所述功率开关管的第二端与所述第二电源端电连接。

2.根据权利要求1所述的撬棒模块，其特征在于，所述第一电源端用于连接电源正极，所述第二电源端用于连接电源负极。

3.根据权利要求2所述的撬棒模块，其特征在于，所述撬棒模块还封装有多个同向并联的二极管，各所述二极管的阴极与所述第一电源端电连接，各所述二极管的阳极与各所述功率开关管的第一端电连接。

4.根据权利要求3所述的撬棒模块，其特征在于，所述功率开关管为绝缘栅双极型晶体管。

5.根据权利要求4所述的撬棒模块，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二电源端电连接，所述绝缘栅双极型晶体管的集电极分别与所述二极管的阳极和所述负载单元的第二端电连接。

6.根据权利要求5所述的撬棒模块，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管的数量为两个。

7.根据权利要求6所述的撬棒模块，其特征在于，两个所述绝缘栅双极型晶体管的门极用于分别接入独立的驱动信号。

8.根据权利要求6所述的撬棒模块，其特征在于，所述二极管的数量为两个。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的撬棒模块，其特征在于，所述负载单元包括一个电阻。

10.一种风电系统，其特征在于，所述风电系统包括根据权利要求1-9中任一项所述的撬棒模块。