CN107346888B - 一种电压源型调节装置及其自检方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电压源型调节装置，包括补能单元、储能单元、功率变换单元、滤波隔离单元、固态开关单元、断路器、电流采样单元以及控制单元，其中，功率变换单元由功率半导体器件构成，用于将直流电变换为交流电；功率变换单元的直流端与储能单元的输出侧连接，交流端与滤波隔离单元的原边连接；滤波隔离单元的副边与固态开关单元连接；补能单元的输入侧与电源侧连接，输出侧与储能单元的输入侧连接；电流采样单元用于采集功率变换单元输出的交流电流，并将信号送入控制单元，控制单元用于控制功率变换单元中功率半导体器件的开通或关断。此种装置可实现高可靠性的自检功能。本发明还公开一种电压源型调节装置的自检方法。

Description

一种电压源型调节装置及其自检方法
技术领域
本发明涉及一种电力电子变换器，特别涉及一种电压调节装置，以及该装置的自检方法。
背景技术
电压调节装置串联于电源与负荷之间，正常时，装置处于旁路备用状态，当电源电压出现异常时，可以立即投入运行，输出补偿电压，维持负荷电压处于正常范围，该装置可以在电网短时电压异常的情况下，保证负荷连续运行，避免异常停电。专利CN103457283B中介绍了该装置典型的组成及工作原理，电压调节装置长时间通过固态开关进行旁路，仅仅在电网电压出现异常时工作，因此，功率变换单元长时间处于待机状态，由于功率变换单元中包含功率半导体器件，器件长期不工作，无法判定其是否损坏，当需要补充单元工作时，如果器件损坏，将导致设备无法实现补偿功能，从而导致重要负荷失电，有必要对设备进行自检，目前尚没有较好的方法在装置处于旁路备用状态下实现自检。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种电压源型调节装置及其自检方法，其可实现高可靠性的自检功能。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种电压源型调节装置，包括补能单元、储能单元、功率变换单元、滤波隔离单元、固态开关单元、断路器、电流采样单元以及控制单元，其中，功率变换单元由功率半导体器件构成，用于将直流电变换为交流电；功率变换单元的直流端与储能单元的输出侧连接，交流端与滤波隔离单元的原边连接；滤波隔离单元的副边与固态开关单元连接；补能单元的输入侧与电源侧连接，输出侧与储能单元的输入侧连接；电流采样单元用于采集功率变换单元输出的交流电流，并将信号送入控制单元，控制单元用于控制功率变换单元中功率半导体器件的开通或关断。
上述功率变换单元由四组带反并联二极管的功率半导体器件构成，其中，第一功率半导体器件与第二功率半导体器件同向串联构成第一桥臂，第三功率半导体器件与第四功率半导体器件同向串联构成第二桥臂，第一桥臂与第二桥臂同向并联；第一、三功率半导体器件的源极定义为直流正端，第二、四功率半导体器件的漏极定义为直流负端，第一桥臂中点与第二桥臂的中点定义为交流端。
上述功率变换单元中的功率半导体器件为IGBT。
上述滤波隔离单元包括电阻、电容以及隔离变压器，其中，电阻与电容构成阻容串联连接，隔离变压器的原边与功率变换单元的交流端连接，隔离变压器的副边与阻容串联连接并联连接。
上述滤波隔离单元包括电阻、电容以及电感，其中，电阻与电容构成阻容串联连接，电感的一端与功率变换单元的一个交流端连接，电感的另一端与阻容串联连接的其中一端相连接，阻容串联连接的另外一端与功率变换单元的另一个交流端连接。
上述固态开关单元包括第五、第六功率半导体器件和第一、第二二极管，其中，第五功率半导体器件与第一二极管反向并联，第六功率半导体器件与第二二极管反向并联；所述两个并联支路再反向串联连接。
上述固态开关单元包括反向并联连接的两组半控型功率半导体器件。
一种电压源型调节装置的自检方法，当固态开关单元闭合时，对调节装置进行自检，所述自检方法包括如下步骤：
步骤1，设定自检电流目标值，自检电流目标值不超过控制功率变换单元中功率半导体器件所能够耐受的最大电流；
步骤2，当收到自检命令后，功率变换单元中的功率半导体器件开始工作；
步骤3，电流采样单元实时检测功率变换单元交流侧输出电流，并上送控制单元；
步骤4，当控制单元接收到的实测电流偏离自检电流目标值时，控制单元调节功率半导体器件的开通关断占空比；
步骤5，经过调节后，如能够将实测电流控制在自检电流目标值附近，且保持稳定，认为自检成功，闭锁功率变换单元中的功率半导体器件，等待下一次自检指令；经过调节后，如无法将实测电流控制在自检电流目标值附近，认为自检失败，闭锁功率变换单元中的功率半导体器件，并上送故障，闭合断路器。
上述步骤4中，控制单元采用闭环矢量控制，或者采用滞环控制方式，将电流控制稳定。
上述自检命令以一定的周期自动循环发送，周期范围为60s～3600s。
采用上述方案后，本发明通过循环下发自检命令，周期性地使功率变换单元中的功率半导体器件工作，通过检测电流的方式判断设备是否正常，方法简单易实现，极大地提高了装置的可靠性。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明提供的装置及方法仅增加很少的成本(电流采样单元)即可实现设备的自检，可在固态开关闭合的情况下，通过循环下发自检命令，周期性的使功率变换单元中功率半导体器件工作，通过检测电流的方式判断设备是否正常，方法简单易实现，极大的提高了装置的可靠性。
(2)装置在自检时，完全不影响对负荷供电，自检失败后，上报故障，并合上断路器，在此期间可对设备进行检修。
(3)自检过程中，电流流经补能单元，储能单元，功率变换单元，滤波隔离单元，当设备任一单元发生故障时，均能有效实现检测，可对设备进行全面且准确的检测。
附图说明
图1是本发明装置的第一实施例电路图；
图2是本发明装置的第二实施例电路图；
图3是本发明装置中固态开关单元的第一实施例电路图；
图4是本发明装置中固态开关单元的第二实施例电路图；
图5是本发明进行自检时的电流回路示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供一种电压源型调节装置，包括补能单元5、储能单元1、功率变换单元2、滤波隔离单元3、固态开关单元4、断路器6、电流采样单元7以及控制单元8，其中，所述功率变换单元2由功率半导体器件构成，可将直流电变换为交流电，功率变换单元2的直流端与储能单元1的输出侧连接，交流端与滤波隔离单元3的原边连接；滤波隔离单元3的副边与固态开关单元4连接；补能单元5的输入侧与电源侧连接，输出侧与储能单元1的输入侧连接；电流采样单元7可采集功率变换单元2输出的交流电流，并将信号送入控制单元8，控制单元8可控制功率变换单元2中功率半导体器件的开通或关断。
配合图1和图2所示，功率变换单元2由四组带反并联二极管的功率半导体器件构成，其中，第一功率半导体器件S1与第二功率半导体器件S2同向串联构成第一桥臂，第三功率半导体器件S3与第四功率半导体器件S4同向串联构成第二桥臂，第一桥臂与第二桥臂同向并联；第一、三功率半导体器件的源极定义为直流正端，第二、四功率半导体器件的漏极定义为直流负端，第一桥臂中点与第二桥臂的中点定义为交流端。在本实施例中，功率变换单元2中的功率半导体器件为IGBT，4组带有反并联二极管的IGBT构成单相全桥变换器，作为功率变换单元。
如图1所示，是本发明中滤波隔离单元3的第一种实施电路图，包括电阻、电容以及隔离变压器，其中，电阻与电容构成阻容串联连接，隔离变压器的原边分别与前述两个交流端连接，隔离变压器的副边与阻容串联连接并联连接。滤波隔离单元的第一实施例采用隔离变压器、电阻以及电容构成滤波隔离回路，其中隔离变压器的漏感可作为滤波支路的滤波电抗器，在起到滤波效果的同时，还能起到隔离升压的作用。
如图2所示，是本发明中滤波隔离单元3的第二种实施电路图，包括电阻、电容以及电感，其中，电阻与电容构成阻容串联连接，电感的一端与一个交流端连接，电感的另一端与阻容串联连接的其中一端相连接，阻容串联连接的另外一端与另一个交流端连接；此处滤波隔离单元采用了电力电子常见的LCR二阶滤波器结构。
如图3所示，是本发明中固态开关单元4的第一种实施电路图，包括第五、第六功率半导体器件和第一、第二二极管，其中，第五功率半导体器件与第一二极管反向并联，第六功率半导体器件与第二二极管反向并联；所述两个并联支路再反向串联连接，所述第五、第六功率半导体器件具有开通关断能力，可以为IGBT。
如图4所示，是本发明中固态开关单元4的第二种实施电路图，包括反向并联连接的两组半控型功率半导体器件，半控型功率半导体器件具体可以采用晶闸管。
基于以上调节装置，本发明还提供一种电压源型调节装置的自检方法，当固态开关单元闭合时，可对调节装置进行自检，包括如下步骤：
步骤1，设定自检电流目标值，自检电流目标值不超过控制功率变换单元中功率半导体器件所能够耐受的最大电流；
在本实施例中，功率半导体器件耐受电流为1000A，可设置自检电流目标值为200A。
步骤2，当收到自检命令后，功率变换单元中的功率半导体器件开始工作；
功率变换单元中的功率半导体器件开始工作后，应设定很小的导通占空比，以防止发生过电流，应逐渐调节提高占空比。
步骤3，电流采样单元实时检测功率变换单元交流侧输出电流，并上送控制单元；
步骤4，当控制单元接收到的实测电流偏离自检电流目标值时，控制单元调节功率半导体器件的开通关断占空比；
此处可采用闭环矢量控制，或者采用滞环控制方式，将电流控制稳定。
步骤5，经过调节后，如能够将实测电流控制在自检电流目标值附近，且保持稳定，认为自检成功，闭锁功率变换单元中的功率半导体器件，等待下一次自检指令。
步骤6，经过调节后，如无法将实测电流控制在自检电流目标值附近，认为自检失败，闭锁功率变换单元中的功率半导体器件，并上送故障，闭合断路器。
所述自检命令可以一定的周期自动循环发送，周期范围为60s～3600s。在本实施例中，选择循环周期为600s，即10分钟进行一次自检。
图5为进行自检时电流流经回路的示意图，当功率半导体器件工作时，此时4个IGBT轮流导通，通过脉宽调制技术可输出一个交流电压，因为固态开关单元处于闭合状态，此时回路等效为交流电压源经过一个电感后再流经固态开关单元，由于电感仅对交流信号起到阻抗作用，且通常感值较小，因此输出的电压应为一个幅值较小的电压信号，电压施加在电感上，获得电流，通过控制这个电流幅值即可。电流反映出整个回路的状态，只有回路上的设备均正常，电流才能被控制在稳定的设定值，由于在IGBT工作时，设备会产生更大的损耗，因此储能单元会消耗能量，需要补能单元持续为储能单元补充能量，同时也验证了储能单元与补能单元是否能够正常工作。
上述自检方法利用了原有设备，仅增加一个电流采样单元，就实现了全面的自检过程，同时不影响设备的正常运行。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电压源型调节装置的自检方法，所述电压源型调节装置包括补能单元、储能单元、功率变换单元、滤波隔离单元、固态开关单元、断路器、电流采样单元以及控制单元，其中，功率变换单元由功率半导体器件构成，用于将直流电变换为交流电；功率变换单元的直流端与储能单元的输出侧连接，交流端与滤波隔离单元的原边连接；滤波隔离单元的副边与固态开关单元并联；断路器与滤波隔离单元的副边并联；滤波隔离单元的副边两端分别连接电源侧和负荷侧；补能单元的输入侧与电源侧连接，输出侧与储能单元的输入侧连接；电流采样单元用于采集功率变换单元输出的交流电流，并将信号送入控制单元，控制单元用于控制功率变换单元中功率半导体器件的开通或关断；
当固态开关单元闭合时，对调节装置进行自检，其特征在于所述自检方法包括如下步骤：
步骤1，设定自检电流目标值，自检电流目标值不超过控制功率变换单元中功率半导体器件所能够耐受的最大电流；
步骤2，当收到自检命令后，功率变换单元中的功率半导体器件开始工作；
步骤3，电流采样单元实时检测功率变换单元交流侧输出电流，并上送控制单元；
步骤4，当控制单元接收到的实测电流偏离自检电流目标值时，控制单元调节功率半导体器件的开通关断占空比；
步骤5，经过调节后，如能够将实测电流控制在自检电流目标值附近，且保持稳定，认为自检成功，闭锁功率变换单元中的功率半导体器件，等待下一次自检指令；经过调节后，如无法将实测电流控制在自检电流目标值附近，认为自检失败，闭锁功率变换单元中的功率半导体器件，并上送故障，闭合断路器。
2.如权利要求1所述的一种电压源型调节装置的自检方法，其特征在于：所述步骤4中，控制单元采用闭环矢量控制，或者采用滞环控制方式，将电流控制稳定。
3.如权利要求1所述的一种电压源型调节装置的自检方法，其特征在于：所述自检命令以一定的周期自动循环发送，周期范围为60s～3600s。
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