一種串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法及系統(tǒng)，具體通過(guò)與串聯(lián)電容并聯(lián)的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器檢測(cè)電容上的電壓大小，取所有電容檢測(cè)值最大值和最小值，用最大值與最小值得差與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，如二者之差小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則說(shuō)明串聯(lián)電容組正?？捎茫环駝t，則說(shuō)明串聯(lián)電容組不異常，發(fā)出告警和保護(hù)信號(hào)。本發(fā)明的方法及系統(tǒng)采用隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器檢測(cè)電容電壓成本較低，采用串聯(lián)電容電壓最大和電壓最小值差來(lái)對(duì)電容故障進(jìn)行判斷，準(zhǔn)確可靠。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)特別適用于電壓型逆變器的中間直流電容電壓不均勻檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電壓逆變器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及其中的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓型逆變器將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷?，其直流?cè)接有大容量的支撐電容，常用的支撐電容采用直流電解電容，目前直流電容的電壓等級(jí)只有450V，因此在中高壓逆變器應(yīng)用中，通常采用多個(gè)同一型號(hào)的電容串聯(lián)并聯(lián)而成。如圖1所示的電壓型逆變器直流支撐電容由3個(gè)(或3組)電容串聯(lián)而成。正常情況下各串聯(lián)電容組間的電容電壓相差決定于電容容值差(一般在5%之內(nèi))，如果串聯(lián)電容組中有I個(gè)或各個(gè)串聯(lián)電容組中有I組發(fā)生短路故障，則串聯(lián)電容組間的分壓會(huì)嚴(yán)重不均衡，因此檢測(cè)串聯(lián)電容組間的電壓差可以作為電容故障判斷的依據(jù)。
[0003]直流電解電容的壽命十分有限，實(shí)際運(yùn)行中，串聯(lián)電容組中有一個(gè)發(fā)生短路故障，會(huì)導(dǎo)致其它的電容組電壓過(guò)高而各個(gè)被擊穿損壞，發(fā)生直流側(cè)短路，引發(fā)設(shè)備中其它部件過(guò)流故障(如前面整流橋、進(jìn)線(xiàn)保險(xiǎn)等因短路電流過(guò)大而損壞)，因此及時(shí)檢測(cè)到電容早期故障有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決串聯(lián)電容有一個(gè)發(fā)生短路故障時(shí)造成的上述問(wèn)題，提出了一種串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法，具體為:檢測(cè)所述的串聯(lián)電容組中每個(gè)電容兩端的電壓；比較所獲得的電壓的大小，得到最大電壓值和最小電壓值；計(jì)算得到的最大電壓值和最小電壓值的差值，將該差值 與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若所述的差值小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則所述的串聯(lián)電容正常，否則，所述的串聯(lián)電容異常。
[0005]進(jìn)一步的，檢測(cè)所述的串聯(lián)電容組中每個(gè)電容兩端的電壓具體使用隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0006]更進(jìn)一步的，所述的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器具體為半橋主電路結(jié)構(gòu)的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0007]進(jìn)一步的，所述的預(yù)先設(shè)定的閾值具體為Ut Wt=VMXkQV^XNyN1，其中，M為串聯(lián)電容組的電容個(gè)數(shù)，4為串聯(lián)電容組的兩端的電壓，N1為隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器中的隔離變壓器初級(jí)匝數(shù)，N2為隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器中的隔離變Ut=Ud/MX k%/2 XN2ZN1壓器次級(jí)匝數(shù)；k%為串聯(lián)電容組允許的電容量差。
[0008]本發(fā)明還提出了一種串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)系統(tǒng)，具體包括:電壓檢測(cè)單元、第一比較單元、減法器單元和第二比較單元；其中，
[0009]所述的電壓檢測(cè)單元用于檢測(cè)所述的串聯(lián)電容組中每個(gè)電容兩端的電壓；
[0010]所述的第一比較單元用于比較所獲得的電壓的大小，得到最大電壓值和最小電壓值；[0011]所述的減法器單元用于計(jì)算第一比較單元得到的最大電壓值和最小電壓值的差值；
[0012]所述的第二比較單元用于將減法器單元輸出的差值與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若所述的差值小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則所述的串聯(lián)電容正常，否則，所述的串聯(lián)電容異常。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法及系統(tǒng)通過(guò)與串聯(lián)電容并聯(lián)的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器檢測(cè)電容上的電壓大小，取所有電容檢測(cè)值最大值和最小值，用最大值與最小值得差與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，如二者之差小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則說(shuō)明串聯(lián)電容組正?？捎?；否則，則說(shuō)明串聯(lián)電容組異常，發(fā)出告警和保護(hù)信號(hào)。本發(fā)明的方法及系統(tǒng)采用隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器檢測(cè)電容電壓成本較低，采用串聯(lián)電容電壓最大和電壓最小值差來(lái)對(duì)電容故障進(jìn)行判斷，準(zhǔn)確可靠。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)特別適用于電壓型逆變器的中間直流電容電壓不均勻檢測(cè)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是電壓型逆變器主電原理示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法的原理示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的半橋主電路結(jié)構(gòu)隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器的檢測(cè)原理示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖標(biāo)記說(shuō)明:圖2中:(^Χ2Χ3、一電容;Ucl()、Ue2()、Ue3。，一隔尚DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出；UMax、Umn 一檢測(cè)電壓的最大和最小值；Max —信號(hào)取大；Min —信號(hào)取小；C0M —比較器；U?！猆b —電容不平衡輸出信號(hào)；Ut —比較門(mén)坎電壓;AU — Ultlax與UMin之差；
[0019]圖3中:Cdl和Cd2 —半橋逆變器中間電容A和V2 —半橋逆變器開(kāi)關(guān)器辦、D2 -輸出整流二極管；τ 一高頻變壓器；Cd。一輸出濾波電容；Uc-DC/DC輸入電壓AarDCVDC輸出電壓；仏-逆變器輸出電壓；NpN2 —隔離變壓器初級(jí)和兩個(gè)次級(jí)匝數(shù)；U。-逆變器輸出電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例的串聯(lián)電容電壓不均衡檢測(cè)方法的原理示意圖如圖2所示，具體為:檢測(cè)所述的串聯(lián)電容中每個(gè)電容兩端的電壓；比較所獲得的電壓的大小，得到最大電壓值和最小電壓值；計(jì)算得到的最大電壓值和最小電壓值的差值，將該差值與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若所述的差值小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則所述的串聯(lián)電容正常，否則，所述的串聯(lián)電容異常。
[0022]圖2中的串聯(lián)電容組具體以三個(gè)電容為例說(shuō)明，在本實(shí)施例中檢測(cè)所述的串聯(lián)電容組中每個(gè)電容兩端的電壓具體使用隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器，三個(gè)隔離的DC/DC轉(zhuǎn)換器與三個(gè)電容并聯(lián)檢測(cè)出三個(gè)電容的電壓值υε1()、υε2(^ρ Uc3o，將三個(gè)信號(hào)進(jìn)行取大和取小處理，得到最大值UMax和最小UMin，最大值與最小值相減得到二者差A(yù)U。Λ U與門(mén)坎電壓Ut進(jìn)行比較，當(dāng)AU不小于Ut時(shí)輸出電容不平衡故障信號(hào)U?！猽b，此信號(hào)用于電容故障報(bào)警和保護(hù)動(dòng)作。
[0023]本發(fā)明的方法采用隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器檢測(cè)電容上的電壓，最大電壓和最小電壓的差值作為電容是否正常的依據(jù)。隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器的PWM信號(hào)的占空比是最大值且固定不變，其輸出電壓與電容電壓成線(xiàn)性關(guān)系，成本低；采用串聯(lián)電容電壓最大值的與電壓最小值之差作為不均衡判斷依據(jù)，準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作點(diǎn)整定也很方便。
[0024] 根據(jù)電容電壓的高低和選用的逆變器開(kāi)關(guān)器件電壓等級(jí)不同，電壓檢測(cè)用的隔離DC/DC主電路采用不同的方式，可以是推挽、半橋、全橋或其它方式，逆變電路采用固定寬度的PWM控制信號(hào)，輸出電壓與輸入電壓成線(xiàn)性關(guān)系。在本實(shí)施例中具體采用半橋主電路結(jié)構(gòu)的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器，下面以半橋主電路結(jié)構(gòu)的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器為例說(shuō)明本發(fā)明方法的具體檢測(cè)原理。
[0025]圖3是采用半橋逆變電路結(jié)構(gòu)的隔離DC/DC原理示意圖。DC/DC的輸入電壓是對(duì)應(yīng)并聯(lián)的電容上電壓U。，Cdl和Cd2是分壓電容,其電容量相等,將輸入電壓分成兩等份。V1和V2是逆變功率管，V1和V2的門(mén)極控制信號(hào)是PWM信號(hào)，其頻率為f，占空比為50%，兩路驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)，這樣逆變器就將直流電壓Uc逆變?yōu)榉葹閁c/2頻率為f為方波交流電壓Ui ;交流電壓Ui加在高頻變壓器的初級(jí)，次級(jí)感應(yīng)出初級(jí)同頻率有交流方電壓，其幅度與變壓器的匝數(shù)成正比。因此兩個(gè)次級(jí)繞組輸出電壓幅度為UcAXN2ZiN1，變壓器次級(jí)輸出經(jīng)過(guò)中抽橋式整流濾波后的輸出電壓為UeZ^XN2ZiN1-U11,其中，Ud為整流二極管Dp D2的管壓降?？梢?jiàn)輸出電壓與輸入電壓成線(xiàn)性關(guān)系。
[0026]根據(jù)上述隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器的檢測(cè)原理，則Usiax=Max(Ua、Uc2、UC3)/2XN2ZN1-Ud,Umn=Min (Uc1、Uc2、UC3) /2 X N2/NrUD，檢測(cè)的最大電壓與最小電壓信號(hào)差 Λ U=Max (Uc1、Uc2、UC3) /2 X N2/N「Min (Uc1、Uc2、UC3) /2 X VN1= [Max (Uc1、Uc2、UC3) -Min (Uc1、Uc2、UC3) ] /2 X VN1?？梢?jiàn)輸AU反映了串聯(lián)電容上電壓最大與電壓最小的差。
[0027]設(shè)串聯(lián)電容組允許電容量電壓為k%，則串聯(lián)電容組電壓最大值與電壓最小值的差為平均電壓的k%的一半、，因此圖2所示的電路中串聯(lián)電容電壓差允許最大值為Ud/3Xk%/2，因此檢測(cè)信號(hào)差A(yù)U的最大門(mén)坎值Ut=UdAXkGV^XN2ZiN1,因此這里預(yù)先設(shè)定的閾值具體為:Ut=Ud/3XId^XN2ZiNlt5當(dāng)AU〈Ut時(shí)說(shuō)明電容容值差在正常范圍，串聯(lián)電容組正常；AU>Ut時(shí)說(shuō)明電容值差超過(guò)正常范圍，串聯(lián)電容組發(fā)生了故障，發(fā)出電容不平衡故障信號(hào)Uc ub,斷開(kāi)電容上的電供電電源，對(duì)電容進(jìn)行更換。
[0028]基于上述方法，在本實(shí)施例中還提出了一種串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括:電壓檢測(cè)單元、第一比較單元、減法器單元和第二比較單元；其中，
[0029]所述的電壓檢測(cè)單元用于檢測(cè)所述的串聯(lián)電容中每個(gè)電容兩端的電壓；
[0030]所述的第一比較單元用于比較所獲得的電壓的大小，得到最大電壓值和最小電壓值；
[0031]所述的減法器單元用于計(jì)算第一比較單元得到的最大電壓值和最小電壓值的差值；
[0032]所述的第二比較單元用于將減法器單元輸出的差值與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若所述的差值小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則所述的串聯(lián)電容正常，否則，所述的串聯(lián)電容異常。
[0033]與檢測(cè)方法類(lèi)似，這里的電壓檢測(cè)單元具體使用隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器；作為一種優(yōu)選方案，這里的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器具體為半橋主電路結(jié)構(gòu)的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0034]同上，這里預(yù)先設(shè)定的閾值可以采用如下一種方式，預(yù)先設(shè)定的閾值記為Ut，則Ut=VMXkGV^XNyN1，其中，M為串聯(lián)電容的電容個(gè)數(shù)，Ud為串聯(lián)電容組的兩端的電壓，N1為隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器中的隔離變壓器初級(jí)匝數(shù)，N2為隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器中的隔離變壓器次級(jí)匝數(shù)；k%為串聯(lián)電容組允許電壓差。
[0035]通過(guò)上述分析，可以看出，發(fā)明的方法和系統(tǒng)由于采用了隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器，降低了成本，采用串聯(lián)電容電壓最大和電壓最小值差來(lái)對(duì)電容故障進(jìn)行判斷，準(zhǔn)確可靠。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)特別適用于電壓型逆變器的中間直流電容電壓不均勻檢測(cè)
[0036]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法，具體為:檢測(cè)所述的串聯(lián)電容組中每個(gè)電容兩端的電壓；比較所獲得的電壓的大小，得到最大電壓值和最小電壓值；計(jì)算得到的最大電壓值和最小電壓值的差值，將該差值與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若所述的差值小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則所述的串聯(lián)電容正常，否則，所述的串聯(lián)電容異常。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法，其特征在于，檢測(cè)所述的串聯(lián)電容中每個(gè)電容兩端的電壓具體使用隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法，其特征在于，所述的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器具體為半橋主電路結(jié)構(gòu)的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法，其特征在于，所述的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器的PWM信號(hào)的占空比為固定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)方法，其特征在于，所述的預(yù)先設(shè)定的閾值具體為Ut =Ut=UdZiMXkGV^XNyN1，其中，M為串聯(lián)電容組的電容個(gè)數(shù)，UdS串聯(lián)電容組的兩端的電壓，N1為隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器中的隔離變壓器初級(jí)匝數(shù)，N2為隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器中的隔離變壓器次級(jí)匝數(shù)；K%為串聯(lián)電容組允許的電容量差。
6.一種串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)系統(tǒng)，具體包括:電壓檢測(cè)單元、第一比較單元、減法器單元和第二比較單元；其中， 所述的電壓檢測(cè)電壓?jiǎn)卧糜跈z測(cè)所述的串聯(lián)電容組中每個(gè)電容兩端的電壓； 所述的第一比較單元用于比較所獲得的電壓的大小，得到最大電壓值和最小電壓值； 所述的減法器單元用于計(jì)算第一比較單元得到的最大電壓值和最小電壓值的差值； 所述的第二比較單元用于將減法器單元輸出的差值與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若所述的差值小于預(yù)先設(shè)定的閾值，則所述的串聯(lián)電容正常，否則，所述的串聯(lián)電容異常。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的電壓檢測(cè)單元具體為隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器具體為半橋主電路結(jié)構(gòu)的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器的PWM信號(hào)的占空比為固定值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至8任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的串聯(lián)電容組電壓不均衡檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的預(yù)先設(shè)定的閾值具體為Ut =Ut=UdZiMXkGV^XNyN1，其中，M為串聯(lián)電容組的電容個(gè)數(shù)，UdS串聯(lián)電容組的兩端的電壓，N1為隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器中的隔離變壓器初級(jí)匝數(shù)，N2為隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器中的隔離變壓器次級(jí)匝數(shù)；Κ%為串聯(lián)電容組允許的電壓差。
【文檔編號(hào)】G01R19/10GK103499728SQ201310306493
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】唐連福, 盧國(guó)濤, 郭育華, 丁娜, 張昆侖, 金宇, 舒澤亮 申請(qǐng)人:上海磁浮交通工程技術(shù)研究中心, 西南交通大學(xué)