CN220732614U - 一种变流器功率模块及储能变流器 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例公开了一种变流器功率模块及储能变流器，涉及储能技术领域，能够有效提高变流器的功率密度。所述变流器功率模块包括：变流子模块、缓冲子模块、控制器；所述变流子模块由半导体连接组成，具有交流连接端、直流连接端、施控端，所述变流子模块在所述施控端的作用下，由交流连接端向直流连接端实现整流功能、由直流连接端向交流连接端实现逆变功能；所述缓冲子模块由并联于所述变流子模块直流连接端的电容器构成；所述控制器分别与所述变流子模块的交流连接端和直流连接端电连接以获取电信号，所述控制器与所述变流子模块的施控端电连接以对所述变流子模块半导体的开断进行控制。本申请适用于储能配件使用场景。

Description

一种变流器功率模块及储能变流器

技术领域

本申请涉及储能技术领域，具体涉及一种变流器功率模块及储能变流器。

背景技术

储能变流器简称为PCS(Power Conversion System)，其功能是控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网或电网容量较弱的情况下可以将蓄电池的直流电逆变为交流电，为交流负荷供电；在电网容量富裕或电网电价便宜时，可将交流电整流成直流电为蓄电池充电，通过这种DC/AC双向转换的方式，可实现电网的削峰填谷，降低弃风弃光弃电的现象，使能源更高效的利用。传统的储能变流器采用独立运行的小功率储能变流器，因功率受限，难以扩展使用；或采用大功率的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)作为功率器件的大功率储能变流器，具有成本高、体积大、功率密度低的缺点。

实用新型内容

为了解决现有的变流器功率密度低的问题，本申请提供一种变流器功率模块及储能变流器。

第一方面，本申请实施例提供一种变流器功率模块，包括：

变流子模块，所述变流子模块由半导体连接组成，具有交流连接端、直流连接端、施控端，所述变流子模块在所述施控端的作用下，由交流连接端向直流连接端实现整流功能、由直流连接端向交流连接端实现逆变功能；

缓冲子模块，所述缓冲子模块由并联于所述变流子模块直流连接端的电容器构成；

控制器，所述控制器分别与所述变流子模块的交流连接端和直流连接端电连接以获取电信号，所述控制器与所述变流子模块的施控端电连接以对所述变流子模块半导体的开断进行控制。

在一种具体的实施方案中，所述变流子模块包含三组半导体桥臂；所述半导体桥臂具有电连接于所述交流连接端其中一相的相连接端，以及电连接于所述直流连接端正负极的级连接端；所述半导体桥臂包含第一桥臂、第二桥臂，所述第一桥臂与第二桥臂在所述相连接端和级连接端之间反并联；所述级连接端包括与所述第一桥臂电连接的第一级端、与所述第二桥臂电连接的第二级端，所述第一级端、第二级端分别电连接于所述直流连接端的正负极。

在一种具体的实施方案中，所述三组半导体桥臂的第一桥臂、第二桥臂分别由多个MOSFET并联构成。

在一种具体的实施方案中，所述三组半导体桥臂各自的相连接端与所述交流连接端之间的电路中、以及所述直流连接端的电路中分别配置有霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器电连接于所述控制器的电流采样端。

在一种具体的实施方案中，所述半导体桥臂的相连接端，与所述交流连接端之间的电路中配置有交流EMC电感；所述第一级端、第二级端与所述直流连接端正负极之间的电路中分别配置有直流EMC电感。

在一种具体的实施方案中，所述变流子模块的其中两组所述半导体桥臂的相连接端，与所述交流连接端之间的电路中配置有交流电阻，所述交流电阻并联有交流继电器。

在一种具体的实施方案中，所述第一级端、第二级端的其中一端与所述直流连接端之间的电路中串联有直流电阻、二极管，所述直流电阻、二极管并联有直流继电器。

在一种具体的实施方案中，所述半导体桥臂的相连接端具有接地旁路，所述接地旁路中串联有交流差模电感和旁路电容，以实现LC滤波功能。

在一种具体的实施方案中，所述交流连接端配置有熔断器，和/或所述直流连接端配置有熔断器。

在一种具体的实施方案中，所述控制器还包括交流电压采样端，所述交流连接端的各相分别电连接于所述控制器的交流电压采样端。

在一种具体的实施方案中，所述控制器还包括直流电压采样端，所述直流连接端的正负极分别电连接于所述控制器的直流电压采样端。

在一种具体的实施方案中，所述控制器还包括用于和上位机电连接以实现通讯的CAN通讯端。

在一种具体的实施方案中，所述控制器还包括同步信号端，所述同步信号端用于多个所述变流器功率模块控制器之间电连接以实现信号同步。

在一种具体的实施方案中，还包括有风扇，所述控制器还包括与所述风扇电连接的风扇控制端。

第二方面，本发明的实施例还提供一种储能变流器，包括有本申请的实施例提供的任一种变流器功率模块。

第三方面，本发明的实施例还提供一种储能变流器，包括有多个本申请的实施例提供的任一种变流器功率模块，所述多个变流器功率模块的交流连接端互相并连，所述多个变流器功率模块的直流连接端互相独立，所述多个变流器功率模块控制器的同步信号端互相电连接以相互通讯实现信号同步。

本申请的实施例提供的变流器功率模块，包括变流子模块、缓冲子模块、控制器；其中，变流子模块由半导体连接组成，具有交流连接端、直流连接端、施控端，所述变流子模块在所述施控端的作用下，可以由交流连接端向直流连接端实现整流功能、由直流连接端向交流连接端实现逆变功能；所述缓冲子模块由并联于所述变流子模块直流连接端的电容器构成；此外，所述控制器分别与所述变流子模块的交流连接端和直流连接端电连接以获取电信号，并通过所述控制器与所述变流子模块的施控端电连接以对所述变流子模块半导体的开断进行控制。通过模块化的配置，可对变流子模块、缓冲子模块、以及变流器功率模块本身进行灵活配置，并通过控制器对变流子模块、缓冲子模块、以及变流器功率模块的成组化配置提供监控功能，以提高变流器的功率密度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请的一种变流器功率模块图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

第一方面，如图1所示，本申请的实施例提供一种变流器功率模块，该模块可以包括：

变流子模块，所述变流子模块由半导体连接组成，具有交流连接端、直流连接端、施控端，所述变流子模块在所述施控端的作用下，由交流连接端向直流连接端实现整流功能、由直流连接端向交流连接端实现逆变功能。

变流子模块的半导体作为主功率器件，其构成的交流连接端分别对应输出A、B、C三相交流电压，控制交流侧三相电路每一相的功率输出。

缓冲子模块，所述缓冲子模块由并联于所述变流子模块直流连接端的电容器构成。

缓冲子模块可以由多个电容器并联构成例如本例中的电容器C1-C6，对直流连接端的电路母线进行电压支撑，实现直流连接端电路的能量缓冲。

控制器，所述控制器分别与所述变流子模块的交流连接端和直流连接端电连接以获取电信号，所述控制器与所述变流子模块的施控端电连接以对所述变流子模块半导体的开断进行控制。

控制器为整个变流器功率模块的控制部分，用于采集交流连接端和直流连接端的电信号，通过变流子模块的施控端，对所述变流子模块半导体的开断进行控制，实现由交流连接端向直流连接端的整流功能、由直流连接端向交流连接端的逆变功能。

本申请的实施例提供的变流器功率模块，包括变流子模块、缓冲子模块、控制器；其中，变流子模块由半导体连接组成，具有交流连接端、直流连接端、施控端，所述变流子模块在所述施控端的作用下，可以由交流连接端向直流连接端实现整流功能、由直流连接端向交流连接端实现逆变功能；所述缓冲子模块由并联于所述变流子模块直流连接端的电容器构成；此外，所述控制器分别与所述变流子模块的交流连接端和直流连接端电连接以获取电信号，并通过所述控制器与所述变流子模块的施控端电连接以对所述变流子模块半导体的开断进行控制。通过模块化的配置，可对变流子模块、缓冲子模块、以及变流器功率模块本身进行灵活配置，并通过控制器对变流子模块、缓冲子模块进行监控、为变流器功率模块的成组化配置提供通讯功能，以提高变流器的功率密度。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述变流子模块包含三组半导体桥臂；所述半导体桥臂具有电连接于所述交流连接端其中一相的相连接端，以及电连接于所述直流连接端正负极的级连接端；所述半导体桥臂包含第一桥臂、第二桥臂，所述第一桥臂与第二桥臂在所述相连接端和级连接端之间反并联；所述级连接端包括与所述第一桥臂电连接的第一级端、与所述第二桥臂电连接的第二级端，所述第一级端、第二级端分别电连接于所述直流连接端的正负极。

本例中，每一半导体桥臂包含的第一桥臂与第二桥臂在相连接端和级连接端之间反并联，每一半导体桥臂的相连接端电连接于交流连接端的其中一相，三组半导体桥臂分别控制交流连接端A相、B相、C相的功率输入和输出。每一半导体桥臂的级连接端包含与第一桥臂电连接的第一级端、与第二桥臂电连接的第二级端，第一级端、第二级端分别电连接于直流连接端的正极和负极，实现直流连接端的功率输入和输出。请参阅图1，交流连接端的A相、B相、C相可提供380V交流接口，直流连接端的正极和负极DC+、DC-可用于接电池。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述三组半导体桥臂的第一桥臂、第二桥臂分别由多个MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属-氧化物半导体场效应晶体管)并联构成。

具体地，请参阅图1，本实施例包含18只碳化硅MOSFET(N1-N18)，其中，N1-N3并联，N4-N6并联，N7-N9并联，N10-N12并联，N13-N15并联，N16-N18并联；N1-N6组成A相的输入和输出，N7-N12组成B相的输入和输出，N13-N18组成C相的输入和输出。MOSFET的三个极分别为栅极G、源极S、漏极D，栅极G构成变流子模块的施控端，控制器的驱动信号输出端电连接N1-N18的栅极G端子，用于控制MOSFET开断。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述三组半导体桥臂各自的相连接端与所述交流连接端之间的电路中、以及所述直流连接端的电路中分别配置有霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器电连接于所述控制器的电流采样端。

请继续参阅图1，本例的霍尔电流传感器ITA1-ITA4分别穿入交流连接端的A、B、C相以及直流连接端的母线DC+的电路线缆，用于采集电流，并将电流信号传送至控制器的电路采样端。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述半导体桥臂的相连接端，与所述交流连接端之间的电路中配置有交流EMC电感；所述第一级端、第二级端与所述直流连接端正负极之间的电路中分别配置有直流EMC电感。

本例中，通过在每一半导体桥臂的相连接端与交流连接端之间的电路中配置交流EMC电感、在第一级端、第二级端与直流连接端正负极之间的电路中分别配置直流EMC电感元件，对电磁干扰起到EMC抑制作用，衰减、滤除所在电路及外部的噪声信号干扰。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述变流子模块的其中两组所述半导体桥臂的相连接端，与所述交流连接端之间的电路中配置有交流电阻，所述交流电阻并联有交流继电器。

本例中，请参阅图1，在交流连接端的A相、C相与对应半导体桥臂的相连接端之间的电路配置交流电阻R1、R2，分别并联交流继电器S1、S2，电阻R1和R2在变流器上交流电时候起到限流作用，在上电后，继电器S1、S2吸合，实现软启动。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述第一级端、第二级端的其中一端与所述直流连接端之间的电路中串联有直流电阻、二极管，所述直流电阻、二极管并联有直流继电器。

同样地，本例在直流连接端的正极DC+与对应的级连接端之间的电路中串联有直流电阻R3、二极管D1，并联直流继电器S3，这样，电阻R3在储能变流器上直流电时起到限流的作用，二极管D1起到直流防反接作用，继电器S3实现软启动。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述半导体桥臂的相连接端具有接地旁路，所述接地旁路中串联有交流差模电感和旁路电容，以实现LC滤波功能。

本例中，如图1所示，每一半导体桥臂的相连接端设置有接地旁路，三个接地旁路中分别串联有交流差模电感L1、L2、L3，旁路电容C7、C8、C9，三个接地旁路的汇合干路中配置有干路电容C10，通过上述方案，实现LC滤波功能，使MOSFET的交流输出更加平滑。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述交流连接端配置有熔断器，和/或所述直流连接端配置有熔断器。

本例中，在交流连接端各相的电路中分别配置熔断器F1、F2、F3、直流连接端的正极DC+电路中配置熔断器F4，以起到过流保护作用。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述控制器还包括交流电压采样端，所述交流连接端的各相分别电连接于所述控制器的交流电压采样端。

通过将交流连接端A、B、C三相电压接到控制器的交流电压采样端，用于采集交流电压信号，为控制决策提供依据。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述控制器还包括直流电压采样端，所述直流连接端的正负极分别电连接于所述控制器的直流电压采样端。

同样地，将直流连接端的正极DC+、负极DC-接到控制器的直流电压采样端，以采集直流电压信号。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述控制器还包括用于和上位机电连接以实现通讯的CAN通讯端。

控制器的CAN通讯端接上位机，以实现信号获取及控制决策。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述控制器还包括同步信号端，所述同步信号端用于多个所述变流器功率模块控制器之间电连接以实现信号同步。

本例中，当将多个变流器功率模块组合配置使用时，通过控制器的同步信号端，对储能变流器的变流器功率模块实现互联通讯，使输出电压波形的幅度、相位以及功率一致，达到提高功率密度的效果。

可选的，在本申请的一个实施例中，变流器功率模块还包括有风扇，所述控制器还包括与所述风扇电连接的风扇控制端。

通过设置风扇FAN，实现对模块的通风散热功能。

第二方面，本申请的实施例还提供一种储能变流器，包括有本申请实施例提供的任一种所述的变流器功率模块。

第三方面，本申请的实施例还提供一种储能变流器，包括有多个本申请实施例提供的任一种所述的变流器功率模块。所述多个变流器功率模块的交流连接端互相并连，所述多个变流器功率模块的直流连接端互相独立，所述多个变流器功率模块控制器的同步信号端互相电连接以相互通讯实现信号同步。

例如，包括有多个变流器功率模块的储能变流器，在单独一个模块工作时，模块输出功率为50kW、380V交流电压，或50KW、600V～900V直流电压；单独使用时，作为50kW的储能变流器功率模块，多个变流器功率模块并联使用时，成为N*50kW的储能变流器。当多个变流器功率模块并联时，模块的直流连接端相互独立，交流连接端并联。这样，当处于逆变状态时，变流器功率模块之间将通过同步信号端进行相互通讯，使输出电压波形的幅度，相位以及功率一致，达到提高功率密度的效果。当处于整流充电状态时，输出的电压大小一致，电流相同，各个变流器功率模块独立运行，为各自的电池组件充电，互不影响。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述内容已详略描述了本申请的实施例，本领域的技术人员可根据现场施工情况在本申请范围内对装置及其使用方式进行设计与修改。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种变流器功率模块，其特征在于，包括：

变流子模块，所述变流子模块由半导体连接组成，具有交流连接端、直流连接端、施控端，所述变流子模块在所述施控端的作用下，由交流连接端向直流连接端实现整流功能、由直流连接端向交流连接端实现逆变功能；

缓冲子模块，所述缓冲子模块由并联于所述变流子模块直流连接端的电容器构成；

控制器，所述控制器分别与所述变流子模块的交流连接端和直流连接端电连接以获取电信号，所述控制器与所述变流子模块的施控端电连接以对所述变流子模块半导体的开断进行控制。

2.如权利要求1所述的变流器功率模块，其特征在于，所述变流子模块包含三组半导体桥臂；所述半导体桥臂具有电连接于所述交流连接端其中一相的相连接端，以及电连接于所述直流连接端正负极的级连接端；所述半导体桥臂包含第一桥臂、第二桥臂，所述第一桥臂与第二桥臂在所述相连接端和级连接端之间反并联；所述级连接端包括与所述第一桥臂电连接的第一级端、与所述第二桥臂电连接的第二级端，所述第一级端、第二级端分别电连接于所述直流连接端的正负极。

3.如权利要求2所述的变流器功率模块，其特征在于，所述三组半导体桥臂的第一桥臂、第二桥臂分别由多个MOSFET并联构成。

4.如权利要求2所述的变流器功率模块，其特征在于，所述三组半导体桥臂各自的相连接端与所述交流连接端之间的电路中、以及所述直流连接端的电路中分别配置有霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器电连接于所述控制器的电流采样端。

5.如权利要求2所述的变流器功率模块，其特征在于，所述半导体桥臂的相连接端，与所述交流连接端之间的电路中配置有交流EMC电感；所述第一级端、第二级端与所述直流连接端正负极之间的电路中分别配置有直流EMC电感。

6.如权利要求2所述的变流器功率模块，其特征在于，所述变流子模块的其中两组所述半导体桥臂的相连接端，与所述交流连接端之间的电路中配置有交流电阻，所述交流电阻并联有交流继电器。

7.如权利要求2所述的变流器功率模块，其特征在于，所述第一级端、第二级端的其中一端与所述直流连接端之间的电路中串联有直流电阻、二极管，所述直流电阻、二极管并联有直流继电器。

8.如权利要求2所述的变流器功率模块，其特征在于，所述半导体桥臂的相连接端具有接地旁路，所述接地旁路中串联有交流差模电感和旁路电容，以实现LC滤波功能。

9.如权利要求2所述的变流器功率模块，其特征在于，所述交流连接端配置有熔断器，和/或所述直流连接端配置有熔断器。

10.如权利要求1所述的变流器功率模块，其特征在于，所述控制器还包括交流电压采样端，所述交流连接端的各相分别电连接于所述控制器的交流电压采样端。

11.如权利要求1所述的变流器功率模块，其特征在于，所述控制器还包括直流电压采样端，所述直流连接端的正负极分别电连接于所述控制器的直流电压采样端。

12.如权利要求1所述的变流器功率模块，其特征在于，所述控制器还包括用于和上位机电连接以实现通讯的CAN通讯端。

13.如权利要求1所述的变流器功率模块，其特征在于，所述控制器还包括同步信号端，所述同步信号端用于多个所述变流器功率模块控制器之间电连接以实现信号同步。

14.如权利要求1所述的变流器功率模块，其特征在于，还包括有风扇，所述控制器还包括与所述风扇电连接的风扇控制端。

15.一种储能变流器，其特征在于，包括有如权利要求1-14中任一项所述的变流器功率模块。

16.一种储能变流器，其特征在于，包括有多个如权利要求1-14中任一项所述的变流器功率模块，所述多个变流器功率模块的交流连接端互相并连，所述多个变流器功率模块的直流连接端互相独立，所述多个变流器功率模块控制器的同步信号端互相电连接以相互通讯实现信号同步。