專利名稱：模塊化的線路接地故障識(shí)別的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及感測(cè)諸如電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電カ設(shè)備中的接地故障。具體地，本發(fā)明涉及模塊化的線路接地故障識(shí)別技木。
背景技術(shù)：
諸如電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的許多電力裝置通常包括用于將輸入的AC(交流)電カ轉(zhuǎn)換為DC (直流)電カ的變流器電路和用于將DC電カ轉(zhuǎn)換為受控頻率的AC電カ輸出的逆變器電路?？筛袦y(cè)AC電カ的三相的輸出電流以用于監(jiān)測(cè)和控制功能，諸如用于電機(jī)控制和保護(hù)。例如,可通過對(duì)全部三個(gè)測(cè)量到的相電流求和來確定地電流。當(dāng)三個(gè)相電流之和超過閾值(例如，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的額定電流的20% )時(shí)，可認(rèn)為發(fā)生了系統(tǒng)的接地故障。通常，接地故障檢測(cè)對(duì)三個(gè)相電流之和進(jìn)行采樣、對(duì)結(jié)果進(jìn)行濾波并且在超過閾值時(shí)生成警報(bào)。閾值可以是能被調(diào)整至低水平的，但是該接地故障檢測(cè)方法仍對(duì)噪聲和反饋精度有些敏感。此外，電機(jī)的故障電流與正常電流之間的比率可能是與所使用的電流傳感器的信噪比可比較的，因此，系統(tǒng)可能在其本應(yīng)檢測(cè)到接地故障時(shí)卻無法檢測(cè)到接地故障。因此，需要對(duì)接地故障的更可靠的檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般涉及用于檢測(cè)電カ轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的接地故障(即，線路接地故障)的系統(tǒng)和方法。具體地，此處描述的實(shí)施例包括共模電壓提升器模塊，該模塊被配置成基于用于系統(tǒng)的多個(gè)電壓命令來計(jì)算共模電壓提升因子和共模電壓提升函數(shù)。共模電壓提升因子和/或共模電壓提升函數(shù)可應(yīng)用于電壓命令以生成提升后的電壓命令，而提升后的電壓命令在被施加于逆變器或變流器時(shí)產(chǎn)生指示系統(tǒng)中的接地故障的電流。更具體地，共模電壓提升因子可與共模電壓計(jì)算器算出的共模電壓相乘并且與電壓命令求和。另外，在電壓命令已與共模電壓提升因子求和之后，共模電壓提升函數(shù)可與電壓命令求和。


當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中，類似的符號(hào)表示類似的部分，其中圖I是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的圖解表示；圖2是可由控制器實(shí)現(xiàn)的、用以檢測(cè)圖I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中何時(shí)發(fā)生了接地故障的控制邏輯的示意表示；圖3是圖2的控制邏輯的示意表示，其中，共模電壓提升函數(shù)已被設(shè)置為零；以及圖4是圖2的控制邏輯的示意表示，其中，共模電壓提升因子已被設(shè)置為零。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖I表示根據(jù)本公開內(nèi)容的方面的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10被配置成耦合到以附圖標(biāo)記12表示的AC電カ源(諸如電網(wǎng))并將調(diào)節(jié)后的電カ遞送到電機(jī)14或任何其它適當(dāng)?shù)呢?fù)載?？刂破?6耦合到電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的電路，并且被配置成如以下更全面地描述的那樣來控制電路的操作。在當(dāng)前設(shè)想的實(shí)施例中，控制器16可容納在驅(qū)動(dòng)器中或單獨(dú)的外殼中。設(shè)置適當(dāng)?shù)牟季€(例如，光纖布線)以在控制器16與電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的電路之間傳輸控制和反饋信號(hào)。在圖I所示的實(shí)施例中，電カ濾波電路18可設(shè)置在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的上游。這樣的電路可包括電感器、電容器、斷路器、熔斷器等，它們?cè)谠O(shè)計(jì)和應(yīng)用方面一般是常用的。應(yīng)注意，盡管本討論一般涉及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但是采用本技術(shù)的系統(tǒng)可包括電カ轉(zhuǎn)換電路的各種配置，并且可用于為各種負(fù)載進(jìn)行供電，電機(jī)是特別重要的，但并不是可供電的唯一類型的負(fù)載。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10還可包括變流器電路20，變流器電路20將來自AC電源12的三相AC電カ轉(zhuǎn)換為施加于DC總線22的DC電力。變流器電路20可以是無源的或有源的。即，在當(dāng)前設(shè)想的實(shí)施例中，非開關(guān)電路單獨(dú)用于定義將輸入的AC電カ轉(zhuǎn)換為施加于總線22的DC電カ的全波整流器。在其它實(shí)施例中，變流器電路20可以是有源的，其包括在導(dǎo)通狀態(tài)與不導(dǎo)通狀態(tài)之間切換的受控電カ電子開關(guān)，以控制施加于總線22的DC電カ的特 性。當(dāng)變流器電路20是有源變流器電路時(shí)，此處描述的系統(tǒng)和方法可以是特別有益的。另夕卜，可設(shè)置總線濾波/儲(chǔ)能電路24，其調(diào)節(jié)沿DC總線22傳送的DC電力。這樣的濾波電路可包括例如電容器、電感器(例如，扼流圈)、制動(dòng)電阻器等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10還包括逆變器電路26。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，這樣的電路通常將包括電カ電子開關(guān)的集合，諸如被布置成允許將來自總線22的DC電カ轉(zhuǎn)換為受控頻率的AC輸出波形的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和ニ極管。因此，逆變器產(chǎn)生可施加于輸出濾波電路28的三相受控頻率輸出，輸出濾波電路28可包括耦合各相之間的輸出電カ的電磁部件?？刂破?6通常將包括控制電路30，控制電路30被配置成通過適當(dāng)?shù)叵蚰孀兤麟娐?6 (以及當(dāng)適當(dāng)吋，向變流器電路20)發(fā)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)各種控制體制，以控制這些電路內(nèi)的電カ電子開關(guān)?？刂齐娐?0可例如包括任何適當(dāng)?shù)奶幚砥?，諸如微處理器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、存儲(chǔ)器電路、配套電源等。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中，控制電路30可被配置成實(shí)現(xiàn)各種期望的控制體制，諸如用于速度調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制、啟動(dòng)體制等。在圖I所示的實(shí)施例中，各種功能電路板32鏈接到控制電路30并且可被設(shè)置為用于特定功能。例如，可通過使用這樣的電路來實(shí)現(xiàn)廣泛的選項(xiàng)，包括上述控制體制以及各種通信選項(xiàng)、安全選項(xiàng)
坐寸ο控制器16通常將允許連接到操作者接ロ，操作者接ロ可位于控制器本地和/或遠(yuǎn)離控制器。在當(dāng)前設(shè)想的實(shí)施例中，例如，操作者接ロ 34可物理上位于控制器16上但是可拆卸用于手持接ロ。接ロ電路(例如，便攜式計(jì)算機(jī))也可諸如經(jīng)由因特網(wǎng)布線或其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(包括標(biāo)準(zhǔn)エ業(yè)控制協(xié)議)而永久地或偶爾地耦合到控制器16。最后，控制器16可耦合到以附圖標(biāo)記36表示的各種遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制電路。這樣的電路可包括監(jiān)測(cè)站、控制站、控制室、遠(yuǎn)程編程站等。應(yīng)注意，這樣的電路還可包括其它驅(qū)動(dòng)器，以使得當(dāng)期望吋，電動(dòng)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的操作可與其它設(shè)備的操作協(xié)調(diào)。在以協(xié)調(diào)方式執(zhí)行大量操作的自動(dòng)化設(shè)置中，這種協(xié)調(diào)特別有用。因此，控制電路30可與自動(dòng)化控制器、単獨(dú)的計(jì)算機(jī)等實(shí)現(xiàn)的邏輯協(xié)調(diào)地形成其控制。
可在沿電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的所有點(diǎn)處監(jiān)測(cè)輸入相38、40、42(即，分別為A相、B相和C相)、輸出相39、41、43 (即，分別為U相、V相和W相)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的DC鏈路22的電流和電壓，以控制和保護(hù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10。例如，可通過對(duì)所有三相39、41、43的電流求和來確定地電流。當(dāng)三相39、41、43的電流之和超過閾值(例如，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的額定電流的20% )時(shí)，可認(rèn)為發(fā)生了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的接地故障。用于檢測(cè)接地故障的某些方法是基于基本電壓/電流信號(hào)的水平檢測(cè)和/或水平。然而，這些接地故障檢測(cè)方法對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的拓?fù)浜筒粚?duì)稱性較敏感。此外，利用這種接地故障檢測(cè)方法，設(shè)置接地故障的閾值可能相對(duì)困難。如以下更詳細(xì)地描述的，控制器16可包括共模電壓提升器模塊，該共模電壓提升器模塊被配置成基于對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的多個(gè)電壓命令(即，與三相39、41、43的電壓有關(guān)的電壓命令)而計(jì)算共模電壓提升因子和共模電壓提升函數(shù)。共模電壓提升因子和/或共模電壓提升函數(shù)可應(yīng)用于電壓命令，以生成提升后的電壓命令，該提升后的電壓命令可以產(chǎn)生指示電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10中的接地故障的電流。更具體地，共模電壓提升因子可與共模 電壓計(jì)算器算出的共模電壓相乘并且與電壓命令求和。另外，在電壓命令與共模電壓提升因子求和之后，共模電壓提升函數(shù)可與電壓命令求和。此處描述的實(shí)施例通過跟蹤由共模電壓產(chǎn)生的電流的適當(dāng)諧波分量而以不昂貴的方式提供了檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10中的接地故障的能力。另外，此處描述的實(shí)施例允許檢測(cè)并行電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)中的哪個(gè)特定電機(jī)驅(qū)動(dòng)器正經(jīng)歷接地故障。圖2是可由控制器16的控制電路30實(shí)現(xiàn)的、用以檢測(cè)圖I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10中何時(shí)發(fā)生了接地故障的控制邏輯44的示意表示。如所理解的，控制電路30可包括處理器，該處理器被配置成執(zhí)行存儲(chǔ)在機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如閃存、EEPROM、ROM、CD-ROM或其它光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì))或者可存儲(chǔ)用于執(zhí)行以下討論的技術(shù)的數(shù)據(jù)或指令的任何其它適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)介質(zhì)中的程序指令(例如，軟件)。更具體地，控制電路30可從電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10接收與電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的操作條件(諸如電壓、電流等)有關(guān)的信號(hào)(例如，來自傳感器)。如以下更詳細(xì)地描述的，控制電路30接收的信號(hào)可用作到控制邏輯44的輸入，該輸入可被實(shí)現(xiàn)為由控制器16的處理器執(zhí)行的程序指令，以用于生成控制輸出。更具體地，如圖2所示，控制邏輯44可接收三個(gè)電壓命令信號(hào)Vm、Vm、Vwn，這三個(gè)電壓命令信號(hào)Vm、Vvn、Vm分別表不圖I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的三相39、41、43相對(duì)于逆變器電路26的調(diào)制器的虛擬中性點(diǎn)的線電壓。電壓命令Vm、Vvn、Vwn可由控制邏輯44從沿電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的存在三相AC電カ39、41、43的任意位置接收。例如，電壓命令Vm、Vvn、Vwn可表示逆變器電路26與電カ濾波電壓28之間的或者電カ濾波電路28與電機(jī)14之間的三相39、41、43的逆變器輸出電壓。類似地，在整流器是有源的情形中，表示圖I的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的三相38、40、42相對(duì)于變流器電路20的調(diào)制器的虛擬中性點(diǎn)的線電壓的電壓命令Vm、Vbn> Vcn可由控制邏輯44從沿電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的存在三相AC電カ38、40、42的任意位置接收。例如，電壓命令Van、Vbn、Vm可表示AC電源12與電カ濾波電路18之間的或者電カ濾波電路18與變流器電路20之間的三相38、40、42的線電壓?？刂七壿?4還可接收表示DC鏈路電壓VDC_link的信號(hào)，該信號(hào)可從變流器電路20與逆變器電路26之間的、沿電機(jī)驅(qū)動(dòng)10的存在DC電カ的任何地方接收。如圖2所示，控制邏輯44包括共模電壓計(jì)算器模塊46，共模電壓計(jì)算器模塊46被配置成基于三個(gè)電壓命令vm、Vvn, Vwn而計(jì)算電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的共模電壓CMV (即，共模信號(hào))。一般地，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的共模電壓CMV表不在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的中性點(diǎn)與地電勢(shì)之間所測(cè)量的電壓。共模電壓CMV所產(chǎn)生的電流可用于檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10中隨時(shí)間而發(fā)生的接地故障。然而，在CMV的注入下降時(shí)，在較高的逆變器工作頻率(例如，40Hz或者更高)時(shí)僅使用由共模電壓CMV產(chǎn)生的電流作為接地故障的度量會(huì)變得有些困難。
因此，此處描述的實(shí)施例還利用共模電壓提升器模塊48，共模電壓提升器模塊48可用于使用電壓命令vm、Vvn, Vwn和DC鏈路電壓Vrc_link作為輸入來計(jì)算共模電壓提升因子k和共模電壓提升函數(shù)CMVMi。在某些實(shí)施例中，共模電壓提升因子k可以是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的逆變器電路26的工作頻率的函數(shù)。如圖2所示，共模電壓提升因子k可用于對(duì)共模電壓計(jì)算器模塊46算出的共模電壓CMV信號(hào)進(jìn)行提升(即，増加)，以使得提升后的共模電壓CMV信號(hào)可與電壓命令Vm、Vvn、Vwn相加，以生成開關(guān)控制信號(hào)S1, S2、S3、S4、S5、S6,開關(guān)控制信號(hào)Si、S2> S3> S4> S5> S6可用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的逆變器電路26的電カ電子開關(guān)的切換。如圖2所示，可使用乘法器50 ( S卩，用于將共模電壓提升因子k與共模電壓CMV信號(hào)相乘的乘法電路)將共模電壓提升因子k與逆變器電路26的共模電壓CMV相乗。然后可使用第一序列加法器54、56、58(即，用于將提升后的共模電壓信號(hào)52與電壓命令Vm、Vvn>Vwn相加的加法電路)將來自乘法器50的提升后的共模電壓信號(hào)52 ( S卩，乘法器50的乘積)與每個(gè)電壓命令Vm、Vvn, Vwn相加。例如，可使用第一加法器54將來自乘法器50的提升后的共模電壓信號(hào)52與電壓命令Vun相加,可使用第二加法器56將來自乘法器50的提升后的共模電壓信號(hào)52與電壓命令Vvn相加，并可使用第三加法器58將來自乘法器50的提升后的共模電壓信號(hào)52與電壓命令Vwn相加。 還如圖2所示，除了提升后的共模電壓信號(hào)52之外，還可以將共模電壓提升函數(shù)CMVm與電壓命令Vm、Vvn, Vwn相加，以生成開關(guān)控制信號(hào)S1, S2, S3> S4, S5, S60更具體地，可使用第二序列加法器60、62、64(即，用于將共模電壓提升函數(shù)CMVm與電壓命令Vm、Vvn、Vwn相加的加法電路)將共模電壓提升函數(shù)CMVsh與每個(gè)電壓命令Vu^VvnJwn相カロ。例如，可使用第一加法器60將共模電壓提升函數(shù)CMVsh與電壓命令Vun相加，可使用第二加法器62將共模電壓提升函數(shù)CMVm與電壓命令Vvn相加，并且可使用第三加法器64將共模電壓提升函數(shù)CMVsh與電壓命令Vwn相加?！┮咽褂玫谝恍蛄屑臃ㄆ?4、56、58將來自乘法器50的提升后的共模電壓信號(hào)52與每個(gè)電壓命令Vm、Vvn, Vwn相加、并使用第二序列加法器60、62、64將共模電壓提升函數(shù)CMVsh與每個(gè)電壓命令Vm、Vm、Vwn相加之后，所得到的提升后的電壓命令66、68、70( SP，分別對(duì)應(yīng)于輸入的電壓命令Vu^VfVJ可用作到比較器72(8卩，比較器電路)的輸入。比較器72可使用提升后的電壓命令66、68、70 (以及DC鏈路電壓VDC_link)作為輸入來生成開關(guān)控制信號(hào)S1' S2, S3> S4、S5, S6，控制器16可使用開關(guān)控制信號(hào)S1' S2, S3> S4、S5, S6來控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的逆變器電路26的電カ電子開關(guān)的切換。盡管在圖2中示出為使用共模電壓提升因子k和共模電壓提升函數(shù)CMVsh兩者來生成提升后的電壓命令66、68、70，但是在某些情形中，控制邏輯44可確定應(yīng)僅使用共模電壓提升因子k和共模電壓提升函數(shù)CMVsh中的一個(gè)或另一個(gè)來對(duì)與電壓命令Vm、Vvn, Vwn有關(guān)的信號(hào)進(jìn)行提升。因此，在某些實(shí)施例中，控制邏輯44還可包括選擇邏輯模塊74，選擇邏輯模塊74可用于確定共模電壓提升因子k和/或共模電壓提升函數(shù)CMVm是否應(yīng)該用于對(duì)與電壓命令VunJv^Vwn有關(guān)的信號(hào)進(jìn)行提升。例如，在某些情況中，如果電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的驅(qū)動(dòng)速度或頻率低于期望的閾值頻率(例如，40Hz)，則選擇邏輯模塊74可確定僅共模電壓提升因子k應(yīng)該與電壓命令Vm、Vvn、Vm相加。相反地，如果電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的驅(qū)動(dòng)速度或頻率高于期望的閾值頻率，則選擇邏輯模塊74可確定僅共模電壓提升函數(shù)CMVsh應(yīng)該與電壓命令Vm、Vvn, Vwn相加。在確定僅應(yīng)該使用共模電壓提升因子k的情形中，選擇邏輯模塊74可將共模電壓提升函數(shù)CMVm設(shè)置為零。相反地，在確定僅應(yīng)該使用共模電壓提升函數(shù)CMVm的情形中，選擇邏輯模塊74將共模電壓提升因子k設(shè)置為零。在某些實(shí)施例中，選擇邏輯模塊74可基于調(diào)制指數(shù)確定共模電壓提升因子k與共模電壓提升函數(shù)CMVsh之間的切換(例如，取代基于驅(qū)動(dòng)速度或頻率進(jìn)行該確定)。因此，控制邏輯44可基于選擇邏輯模塊74做出的確定而有效地旁路共模電壓提升因子邏輯路徑76或共模電壓提升函數(shù)邏輯路徑78。例如，圖3是圖2的控制邏輯44的示意表示，其中，共模電壓提升函數(shù)CMVsh已被設(shè)置為零，并且圖4是圖2的控制邏輯44的示意表示，其中共模電壓提升因子k已被設(shè)置為零。因此，圖3示出了選擇邏輯模塊74已確定應(yīng)該旁路共模電壓提升函數(shù)CMVm的情形，并且圖4示出了選擇邏輯模塊74已確定應(yīng)該旁路共模電壓提升因子k的情形。還應(yīng)注意，在某些實(shí)施例中，選擇邏輯模塊74可被旁路或者完全省略，而共模電壓提升因子k和共模電壓提升函數(shù)CMVm兩者均用于產(chǎn)生提升后的電壓命令66、68、70。如上所述，由提升后的電壓命令66、68、70在被施加到逆變器電路26時(shí)所產(chǎn)生的電流可指示發(fā)生在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的接地故障。因此，控制器16可使用提升后的電壓命令66、68、70來檢測(cè)發(fā)生在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10中的接地故障。更具體地，使用共模電壓提升因子k和/或共模電壓提升函數(shù)CMVsh對(duì)電壓命令Vm、Vvn, Vwn進(jìn)行提升生成了比輸入的電壓命令Vm、Vvn、Vwn幅度高的波形(例如，提升后的電壓命令66、68、70)。因此，控制器16可使用提升后的電壓命令66、68、70來更容易地識(shí)別電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10中何時(shí)發(fā)生接地故障。例如，控制器16可使用頻譜分析(諸如對(duì)脈寬調(diào)制(PWM)頻率分量、低頻(例如，基頻的三次諧波)分量等的分析)，以檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10中的接地故障。為了避免處理在較高頻時(shí)通過例如雜散電容“漏”到地的電流，選擇將低頻電流信號(hào)用于檢測(cè)接地故障是合適的。更具體地，在較低頻率時(shí)較小的電流漏到地，這使得更容易選擇閾值。用于使用上述技術(shù)檢測(cè)接地故障的候選分量包括例如電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的基頻以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的低頻共摸。使用低頻共模電壓(CMV)的另ー優(yōu)點(diǎn)在于，低頻CMV顯著地更少受到不對(duì)稱磁耦合或電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的拓?fù)涞挠绊憽Ｏ喾吹?，差分電壓源產(chǎn)生的電流受拓?fù)浜筒粚?duì)稱性的影響。然而，如果已驗(yàn)證電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10中的磁耦合沒有掩蓋線路接地故障的發(fā)生并且如果不需要最大線電流幅值的比較，則可以使用差分電壓源產(chǎn)生的電流。如上所述，此處描述的實(shí)施例監(jiān)測(cè)由低頻CMV產(chǎn)生的電流，諸如變流器電路20的由CMV產(chǎn)生的電流、逆變器電路26的由CMV產(chǎn)生的電流等。特別地，某些實(shí)施例包括使用AC電源12附近的電流之和(例如，在AC電源12與變流器電路20之間)、使用逆變器電路 26附近的電流之和(例如,在逆變器電路26與電機(jī)14之間)、使用DC總線22處的電流之和、使用AC電源12附近的線電流(例如，在AC電源12與變流器電路20之間)、使用逆變器電路26附近的線電流(例如，在逆變器電路26與電機(jī)14之間)、使用DC總線22處的軌道電流(rail current)等。算出的共模電壓提升因子k和/或共模電壓提升函數(shù)CMVMi的值確保調(diào)制器繼續(xù)工作在其線性區(qū)域內(nèi)。例如，在某些實(shí)施例中，其它標(biāo)準(zhǔn)可用于確定和可能優(yōu)化提升因子k和/或共模電壓提升函數(shù)CMVm的值，諸如最小開關(guān)損耗。如果能夠驗(yàn)證(例如,通過有限元仿真、直接測(cè)量等)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10的拓?fù)浜筒粚?duì)稱性不會(huì)掩蓋線路接地故障的發(fā)生并且逆變器電路26的頻率足夠高，則可監(jiān)測(cè)逆變器產(chǎn)生的基本量(例如，逆變器電路26處的電流之和、或者逆變器電路26處的三相38、40、42的每個(gè)線電流)。或者，可監(jiān)測(cè)由低頻CMV產(chǎn)生的電流。對(duì)于低速范圍，還可監(jiān)測(cè)變流器電路20的由CMV產(chǎn)生的電流或逆變器電路26的由提升后的CMV產(chǎn)生的電流。盡管此處僅示出并描述了本發(fā)明的某些特征，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行多種修改和改變。因此，應(yīng)理解，所附權(quán)利要求g在覆蓋落入本發(fā)明的真正精神內(nèi)的所有這些修改和改變。根據(jù)上述描述可知，本發(fā)明的實(shí)施例公開了以下技術(shù)方案，包括但不限于方案I. ー種其上編碼有軟件指令的機(jī)器可讀介質(zhì)，所述軟件指令包括共模電壓計(jì)算器模塊，被配置成基于用于電カ轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的多個(gè)電壓命令而計(jì)算所述系統(tǒng)的共模電壓；共模電壓提升器模塊，被配置成基于用于所述系統(tǒng)的所述多個(gè)電壓命令而計(jì)算共模電壓提升因子和共模電壓提升函數(shù)；選擇邏輯模塊，被配置成確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述多個(gè)電壓命令；以及至少ー個(gè)加法器，被配置成基于所述共模電壓以及所述共模電壓提升因子和/或所述共模電壓提升函數(shù)而生成提升后的電壓命令。方案2.根據(jù)方案I所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中，所述提升后的電壓命令指示發(fā)生在所述系統(tǒng)中的接地故障，并且其中所述系統(tǒng)包括有源變流器電路。方案3.根據(jù)方案I所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，包括乘法器，用于將所述共模電壓計(jì)算器模塊算出的共模電壓與所述共模電壓提升器模塊算出的共模電壓提升因子相乗；第一組加法器，用于對(duì)所述乘法器的乘積與所述電壓命令求和；以及第ニ組加法器，用于對(duì)所述共模電壓提升器模塊算出的共模電壓提升函數(shù)與所述電壓命令求和。方案4.根據(jù)方案3所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中，如果所述選擇邏輯模塊確定不應(yīng)該將所述共模電壓提升因子應(yīng)用于所述共模電壓，則所述選擇邏輯模塊將所述共模電壓提升因子設(shè)置為零。方案5.根據(jù)方案3所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中，如果所述選擇邏輯模塊確定不應(yīng)該將所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述共模電壓，則所述選擇邏輯模塊將所述共模電壓提升函數(shù)設(shè)置為零。方案6.根據(jù)方案I所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中，所述選擇邏輯模塊被配置成基于所述系統(tǒng)的頻率確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述共模電壓。方案7.根據(jù)方案I所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中，所述選擇邏輯模塊被配置成基于所述系統(tǒng)的調(diào)制指數(shù)確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述共模電壓。方案8.根據(jù)方案I所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中，所述共模電壓提升因子包括可變、増益。方案9.根據(jù)方案I所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中，所述共模電壓提升因子包括空間矢量。方案10. —種方法，包括基于用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的多個(gè)電壓命令而計(jì)算所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的共模電壓；基于用于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所述多個(gè)電壓命令而計(jì)算共模電壓提升因子和共模電壓提升函數(shù)；確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述多個(gè)電壓命令；以及基于所述共模電壓以及所述共模電壓提升因子和/或所述共模電壓提升函數(shù)而生成提升后的電壓命令。方案11.根據(jù)方案10所述的方法，包括基于所述提升后的電壓命令確定所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中是否發(fā)生了接地故障，其中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括有源變流器電路。方案12.根據(jù)方案10所述的方法，包括將所述共模電壓與所述共模電壓提升因子相乗，對(duì)所述共模電壓和所述共模電壓提升因子的乘積與所述電壓命令求和，以及對(duì)所述共模電壓提升函數(shù)與所述電壓命令求和。方案13.根據(jù)方案12所述的方法，包括如果確定不應(yīng)該將所述共模電壓提升因子應(yīng)用于所述共模電壓，則將所述共模電壓提升因子設(shè)置為零。方案14.根據(jù)方案12所述的方法，包括如果確定不應(yīng)該將所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述共模電壓，則將所述共模電壓提升函數(shù)設(shè)置為零。方案15.根據(jù)方案10所述的方法，包括基于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的頻率確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述共模電壓。方案16.根據(jù)方案10所述的方法，包括基于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)制指數(shù)確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述共模電壓。方案17.根據(jù)方案10所述的方法，包括計(jì)算所述共模電壓提升因子，作為可變?cè)鲆妗７桨?8. —種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括變流器電路，被配置成從交流AC電源接收輸入三相AC電力，并將所述三相AC電カ轉(zhuǎn)換為直流DC電カ；DC總線，被配置成從所述變流器電路接收所述DC電カ；逆變器電路，被配置成從所述DC總線接收所述DC電力，并將所述DC電カ轉(zhuǎn)換為受控頻率輸出AC電カ以供三相電機(jī)使用；以及控制器，包括共模電壓計(jì)算器模塊，被配置成基于用于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的多個(gè)電壓命令而計(jì)算所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的共模電壓；共模電壓提升器模塊，被配置成基于用于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所述多個(gè)電壓命令而計(jì)算共模電壓提升因子和共模電壓提升函數(shù)；選擇邏輯模塊，被配置成確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述多個(gè)電壓命令；以及ー組加法器，被配置成基于所述共模電壓以及所述共模電壓提升因子和/或所述共模電壓提升函數(shù)而生成提升后的電壓命令。方案19.根據(jù)方案18所述的系統(tǒng)，其中，所述提升后的電壓命令在被施加于所述逆變器電路時(shí)所產(chǎn)生的電流指示發(fā)生在所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的接地故障。方案20.根據(jù)方案18所述的系統(tǒng)，其中，所述變流器電路是有源變流器電路。
方案21. —種方法，包括基于用于電カ轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的多個(gè)電壓命令而計(jì)算所述系統(tǒng)的共模電壓；基于用于所述系統(tǒng)的所述多個(gè)電壓命令而計(jì)算共模電壓提升因子和共模電壓提升函數(shù)；以及基于所述共模電壓以及所述共模電壓提升因子和/或所述共模電壓提升函數(shù)而生成提升后的電壓命令。方案22.根據(jù)方案21所述的方法，包括確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述多個(gè)電壓命令。方案23.根據(jù)方案21所述的方法，包括基于所述提升后 的電壓命令確定所述系統(tǒng)中是否發(fā)生了接地故障，其中，所述系統(tǒng)包括有源變流器電路。
權(quán)利要求
1.ー種方法，包括 基于用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的多個(gè)電壓命令而計(jì)算所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的共模電壓； 基于用于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所述多個(gè)電壓命令而計(jì)算共模電壓提升因子和共模電壓提升函數(shù)； 確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述多個(gè)電壓命令；以及 基于所述共模電壓以及所述共模電壓提升因子和/或所述共模電壓提升函數(shù)而生成提升后的電壓命令。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，包括基于所述提升后的電壓命令確定所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中是否發(fā)生了接地故障，其中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括有源變流器電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，包括將所述共模電壓與所述共模電壓提升因子相乗，對(duì)所述共模電壓和所述共模電壓提升因子的乘積與所述電壓命令求和，以及對(duì)所述共模電壓提升函數(shù)與所述電壓命令求和。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，包括如果確定不應(yīng)該將所述共模電壓提升因子應(yīng)用于所述共模電壓，則將所述共模電壓提升因子設(shè)置為零。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，包括如果確定不應(yīng)該將所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述共模電壓，則將所述共模電壓提升函數(shù)設(shè)置為零。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，包括基于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的頻率確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述共模電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，包括基于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)制指數(shù)確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述共模電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，包括計(jì)算所述共模電壓提升因子，作為可變増益。
9.一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),包括 變流器電路，被配置成從交流AC電源接收輸入三相AC電力，并將所述三相AC電カ轉(zhuǎn)換為直流DC電カ； DC總線，被配置成從所述變流器電路接收所述DC電カ； 逆變器電路，被配置成從所述DC總線接收所述DC電力，并將所述DC電カ轉(zhuǎn)換為受控頻率輸出AC電カ以供三相電機(jī)使用；以及 控制器，包括共模電壓計(jì)算器模塊，被配置成基于用于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的多個(gè)電壓命令而計(jì)算所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的共模電壓；共模電壓提升器模塊，被配置成基于用于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所述多個(gè)電壓命令而計(jì)算共模電壓提升因子和共模電壓提升函數(shù)；選擇邏輯模塊，被配置成確定是否應(yīng)該將所述共模電壓提升因子和所述共模電壓提升函數(shù)應(yīng)用于所述多個(gè)電壓命令；以及ー組加法器，被配置成基于所述共模電壓以及所述共模電壓提升因子和/或所述共模電壓提升函數(shù)而生成提升后的電壓命令。
10.ー種方法，包括 基于用于電カ轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的多個(gè)電壓命令而計(jì)算所述系統(tǒng)的共模電壓； 基于用于所述系統(tǒng)的所述多個(gè)電壓命令而計(jì)算共模電壓提升因子和共模電壓提升函數(shù)；以及 基于所述共模電壓以及所述共模電壓提升因子和/或所述共模電壓提升函數(shù)而生成提升后的電 壓命令。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及用于檢測(cè)電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的接地故障(即，線路接地故障)的系統(tǒng)和方法，并涉及模塊化的線路接地故障識(shí)別。具體地，此處描述的實(shí)施例包括共模電壓提升器模塊，該模塊被配置成基于用于系統(tǒng)的多個(gè)電壓命令來計(jì)算共模電壓提升因子和共模電壓提升函數(shù)。共模電壓提升因子和/或共模電壓提升函數(shù)可應(yīng)用于電壓命令以生成提升后的電壓命令，而提升后的電壓命令在被施加于逆變器或變流器時(shí)產(chǎn)生指示系統(tǒng)中的接地故障的電流。更具體地，共模電壓提升因子可與共模電壓計(jì)算器算出的共模電壓相乘并且與電壓命令求和。另外，在電壓命令已與共模電壓提升因子求和之后，共模電壓提升函數(shù)可與電壓命令求和。
文檔編號(hào)G01R31/02GK102645607SQ201210041229
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者蘭加拉詹·塔拉姆, 卡洛斯·羅德里格斯·瓦爾德斯, 拉塞爾·J·克爾克曼 申請(qǐng)人:洛克威爾自動(dòng)控制技術(shù)股份有限公司