基于脈沖電壓比較的級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器單元故障檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于脈沖電壓比較的級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器單元故障檢測(cè)方法，該方法適用于載波移相PWM方式，分為輸出交流電壓調(diào)理及采樣、檢測(cè)條件的判斷、故障判斷及定位三部分。級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器的輸出相電壓經(jīng)傳感器和調(diào)理電路后進(jìn)行A/D采樣；根據(jù)載波移相PWM的原理，在逆變器輸出相電壓大小為單個(gè)H橋單元直流側(cè)電壓的時(shí)刻，通過(guò)簡(jiǎn)單比較即可進(jìn)行故障判斷與定位。該方法只需對(duì)輸出的三相電壓進(jìn)行采樣和簡(jiǎn)單比較便可快速、準(zhǔn)確得到級(jí)聯(lián)型逆變器的H橋單元的直流側(cè)電壓值，進(jìn)而進(jìn)行故障判斷，通過(guò)軟件可方便實(shí)現(xiàn)，節(jié)約了成本并提高了效率，對(duì)于級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器實(shí)時(shí)故障檢測(cè)以及直流側(cè)電壓平衡控制方面具有研究和應(yīng)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】基于脈沖電壓比較的級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器單元故障檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高壓大功率電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及載波移相PWM調(diào)制方式下的級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器的單元故障檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著新能源技術(shù)、電力電子技術(shù)的發(fā)展，H橋級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)在并網(wǎng)逆變、儲(chǔ)能、電力電子變壓器等領(lǐng)域成為了研究的熱點(diǎn)。H橋級(jí)聯(lián)型逆變器具有功率容量大、開(kāi)關(guān)器件應(yīng)力小、諧波含量低、模塊化易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電氣裝置中。
[0003]級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器在雖然在多方面取得了較為成功的應(yīng)用，但也有其需要改進(jìn)之處:由于級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)采用了多個(gè)H橋單元串聯(lián)的形式，使具有其結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性和控制上的復(fù)雜性，這就增加了其故障的可能性。級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器常應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電力電子變壓器等場(chǎng)合，其應(yīng)用場(chǎng)合的重要性決定了其必須要有盡可能低的故障可能性，如果應(yīng)用在某些重要場(chǎng)合的級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器發(fā)生故障卻未得到及時(shí)有效的處理，會(huì)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失和其他嚴(yán)重后果。這就對(duì)級(jí)聯(lián)型逆變器的故障診斷能力提出了一定的要求。
[0004]在逆變器故障檢測(cè)方面，主要有兩種途徑可以達(dá)到故障檢測(cè)的目的。一種方法是通過(guò)在逆變器裝置中增加專門負(fù)責(zé)檢測(cè)故障的硬件電路，此方法具有檢測(cè)速度快、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，但硬件電路大大增加了裝置成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，降低了裝置的可靠性，而且隨著級(jí)聯(lián)單元數(shù)目的增加，其缺點(diǎn)也會(huì)隨之放大。另一種方法是通過(guò)軟件方法對(duì)逆變器的輸出電壓或電流進(jìn)行分析，這種方法可以節(jié)約成本并且不影響裝置的可靠性，具有較高的效率，在滿足檢測(cè)速度的前提下更具有優(yōu)勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器故障檢測(cè)方面的研究很少，考慮到級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器一般均采用載波移相PWM調(diào)制的方式，其輸出相電壓為多電平的疊加，可通過(guò)檢測(cè)級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器的輸出相電壓間接得到H橋單元直流側(cè)電壓值，從而進(jìn)行故障判斷與定位。另外，本方法在級(jí)聯(lián)型逆變器直流電壓平衡的方法研究方面也具有實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對(duì)上述級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器故障檢測(cè)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提出一種基于脈沖電壓比較的級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器的單元故障檢測(cè)方法，該方法可以準(zhǔn)確、快速進(jìn)行故障判斷與定位，提高裝置的可靠性。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于脈沖電壓比較的級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器單元故障檢測(cè)方法，該方法包括如下步驟:
[0007]步驟1:輸出交流電壓調(diào)理及采樣:
[0008]步驟1.1:利用電壓傳感器采集級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器的三相電壓，記為Vm，其中X代表X相，即x=a，b，c，a，b，c為三相符號(hào)；將所述模擬信號(hào)Vra通過(guò)調(diào)理電路，該調(diào)理電路為全波不控整流電路，經(jīng)過(guò)調(diào)理電路后的信號(hào)為V。㈧
[0009]步驟1.2:對(duì)所述濾波后的模擬信號(hào)V' ox進(jìn)行A/D采樣；[0010]步驟2:檢測(cè)條件的判斷:
[0011]步驟2.1:根據(jù)載波移相脈寬調(diào)制原理，得到逆變器中各個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中X代表X相，即X=a, b, C, I≤i≤η, η為單相H橋單元的個(gè)數(shù)，
m=l, 2，3，4,表示單個(gè)H橋單元中的絕緣柵雙極型晶體管標(biāo)號(hào)；開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)取值為O或1，0代表關(guān)斷，I代表導(dǎo)通；
[0012]步驟2.2:根據(jù)每個(gè)H橋單元的四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，得到該H橋單元的開(kāi)關(guān)狀態(tài)HSxi,其中X代表X相，即x=a, b, c, I ^ i ^ η ;開(kāi)關(guān)狀態(tài)HSxi的取值原則為:若H橋單元輸出電壓為零，則HSxi = 0，若H橋單元輸出電壓為土Vdexi，則HSxi = 1，其中Vdrad為H橋單元直流側(cè)電壓；
[0013]步驟2.3:在單相鏈節(jié)中，根據(jù)所述的H橋單元開(kāi)關(guān)狀態(tài)HSxi，確定輸出相電壓的單電平脈沖區(qū)域Lt1-At, t2-At]，其中L與t2為輸出單電平的理論起始時(shí)刻和理論結(jié)束時(shí)亥IJ，At為硬件電路死區(qū)時(shí)間；在單電平脈沖區(qū)域內(nèi)相電壓瞬時(shí)值的大小即為某單元的直流側(cè)電壓；單電平脈沖區(qū)域用R表示，R = I表示輸出相電壓為第i個(gè)單元的直流側(cè)電壓；若不在單電平脈沖區(qū)域內(nèi)，則R = O ;R古O時(shí)檢測(cè)條件成立；
[0014]步驟3:故障判斷及定位:
[0015]H橋單元的直流側(cè)電壓正常范圍為當(dāng)所述檢測(cè)條件成立時(shí)，R= i ;檢測(cè)
y丨M的大小，若V ?，Κ]，則逆變器工作正常，若則第ifH橋單元發(fā)
生故障；單電平脈沖區(qū)域R，濾波后的模擬信號(hào)V 0χΟ
[0016]有益效果:
[0017](I)本方法無(wú)需增加硬 件，在原有硬件基礎(chǔ)上通過(guò)改變測(cè)量的電壓量即可進(jìn)行故障檢測(cè)，且不影響直流側(cè)電壓控制的實(shí)現(xiàn)；
[0018](2)本方法檢測(cè)速度快，不受輸出電壓的影響。直接比較脈沖電壓，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，故障響應(yīng)速度快。傳統(tǒng)的傅立葉分解的故障檢測(cè)方式不適合STATC0M (靜止同步補(bǔ)償器)等可能輸出非正弦電壓的并網(wǎng)逆變器場(chǎng)合，但該方法仍可以正確檢測(cè)；
[0019](3)本方法相比于IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的故障檢測(cè)功能具有更寬的檢測(cè)范圍。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器整體結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2是級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器H橋單元結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3是故障檢測(cè)方法框圖；
[0023]圖4是全波整流調(diào)理電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0025]本發(fā)明提供的一種基于脈沖電壓比較的級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器單元故障檢測(cè)方法，該方法包括如下步驟:[0026]步驟1:輸出交流電壓調(diào)理及采樣:
[0027]步驟1.1:利用電壓傳感器采集級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器的三相電壓，記為Vm，其中X代表X相，即x=a，b，c，a，b，c為三相符號(hào)；將所述模擬信號(hào)Vra通過(guò)調(diào)理電路，該調(diào)理電路為全波不控整流電路，經(jīng)過(guò)調(diào)理電路后的信號(hào)為V。㈧
[0028]步驟1.2:對(duì)所述濾波后的模擬信號(hào)V' ox進(jìn)行A/D采樣；
[0029]步驟2:檢測(cè)條件的判斷:
[0030]步驟2.1:根據(jù)載波移相脈寬調(diào)制原理，得到逆變器中各個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中X代表X相，即X=a, b, C, I≤i≤η, η為單相H橋單元的個(gè)數(shù)，
m=l, 2，3，4,表示單個(gè)H橋單元中的絕緣柵雙極型晶體管標(biāo)號(hào)；開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)H取值為O或1，0代表關(guān)斷，I代表導(dǎo)通；
[0031]步驟2.2:根據(jù)每個(gè)H橋單元的四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，得到該H橋單元的開(kāi)關(guān)狀態(tài)HSxi,其中X代表X相，即x=a, b, c, I ^ i ^ η ;開(kāi)關(guān)狀態(tài)HSxi的取值原則為:若H橋單元輸出電壓為零，則HSxi = 0，若H橋單元輸出電壓為土Vdexi，則HSxi = 1，其中Vdrad為H橋單元直流側(cè)電壓；
[0032]步驟2.3:在單相鏈節(jié)中，根據(jù)所述的H橋單元開(kāi)關(guān)狀態(tài)HSxi，確定輸出相電壓的單電平脈沖區(qū)域Lt1-At, t2-At]，其中L與t2為輸出單電平的理論起始時(shí)刻和理論結(jié)束時(shí)亥IJ，At為硬件電路死區(qū)時(shí)間；在單電平脈沖區(qū)域內(nèi)相電壓瞬時(shí)值的大小即為某單元的直流側(cè)電壓；單電平脈沖區(qū)域用R表示，R = I表示輸出相電壓為第i個(gè)單元的直流側(cè)電壓；若不在單電平脈沖區(qū)域內(nèi)，則R = O ;R古O時(shí)檢測(cè)條件成立；
[0033]步驟3:故障判斷及定位:
[0034]H橋單元的直流側(cè)電壓正常范圍為
【權(quán)利要求】
1.一種基于脈沖電壓比較的級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器單元故障檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟1:輸出交流電壓調(diào)理及采樣: 步驟1.1:利用電壓傳感器采集級(jí)聯(lián)型并網(wǎng)逆變器的三相電壓，記為Vm，其中X代表X相，即x=a，b, c，a, b, c為三相符號(hào)；將所述模擬信號(hào)Vm通過(guò)調(diào)理電路，該調(diào)理電路為全波不控整流電路，經(jīng)過(guò)調(diào)理電路后的信號(hào)為V。㈧ 步驟1.2:對(duì)所述濾波后的模擬信號(hào)V' ox進(jìn)行A/D采樣； 步驟2:檢測(cè)條件的判斷: 步驟2.1:根據(jù)載波移相脈寬調(diào)制原理，得到逆變器中各個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中X代表X相，即X=a, b, C, I≤i≤η, η為單相H橋單元的個(gè)數(shù)，m=l，2，3，4,表示單個(gè)H橋單元中的絕緣柵雙極型晶體管標(biāo)號(hào)；開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)^取值為O或1，0代表關(guān)斷，I代表導(dǎo)通； 步驟2.2:根據(jù)每個(gè)H橋單元的四個(gè)絕緣柵雙極型晶體管開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，得到該H橋單元的開(kāi)關(guān)狀態(tài)HSxi，其中X代表X相，即x=a, b，c，I≤i≤η ;開(kāi)關(guān)狀態(tài)HSxi的取值原則為:若H橋單元輸出電壓為零，則HSxi = O，若H橋單元輸出電壓為土Vdexi,則HSxi = 1，其中Vdcxi為H橋單元直流側(cè)電壓； 步驟2.3:在單相鏈節(jié)中，根據(jù)所述的H橋單元開(kāi)關(guān)狀態(tài)HSxi，確定輸出相電壓的單電平脈沖區(qū)域[t「Λ t，t2_ Λ t]，其中&與t2為輸出單電平的理論起始時(shí)刻和理論結(jié)束時(shí)刻，At為硬件電路死區(qū)時(shí)間；在單電平脈沖區(qū)域內(nèi)相電壓瞬時(shí)值的大小即為某單元的直流側(cè)電壓；單電 平脈沖區(qū)域用R表示，R = i表示輸出相電壓為第i個(gè)單元的直流側(cè)電壓；若不在單電平脈沖區(qū)域內(nèi)，則R = O ;R古O時(shí)檢測(cè)條件成立； 步驟3:故障判斷及定位: H橋單元的直流側(cè)電壓正常范圍為當(dāng)所述檢測(cè)條件成立時(shí)，R = i ;檢測(cè)y丨ox的大小，若< G [CD，則逆變器工作正常，若(則第i個(gè)H橋單元發(fā)生故障；單電平脈沖區(qū)域R，濾波后的模擬信號(hào)V 0χΟ
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK103487706SQ201310478500
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】季振東, 趙劍鋒, 劉巍, 孫毅超, 姚曉君 申請(qǐng)人:東南大學(xué)