CN110927565A - Svg主回路开关器件开路故障定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SVG主回路开关器件开路故障定位方法，为：对SVG的x相输出电流、SVG的交流侧电网的x相电压进行采样，得到采样电流和N个采样电压；计算x相的正半波对应的无功功率和负半波对应的无功功率；计算x相的开路故障特征值；根据x相的开路故障特征值与预设的多个阈值的关系来判断开路故障发生位置。本发明能够准确、可靠地对SVG主回路开关器件的开路故障进行定位，且不受负载波动影响，解决了现有诊断方法不能区分IGBT和续流二极管的开路故障的问题。

Description

SVG主回路开关器件开路故障定位方法
技术领域
本发明属于逆变器故障诊断领域，具体涉及一种SVG主回路开关器件开路故障定位方法。
背景技术
逆变器在工业生产中的应用越来越广泛。逆变器必然要用到高开关频率的功率开关器件。据一项来自80个公司超过200份调查的统计，功率器件故障占据变频器故障的60％以上，因此对故障功率器件进行快速的定位，对于逆变器至关重要。
目前已经有了很多逆变器功率器件故障诊断方法，以电流检测最为常用，如PARK矢量法、电流矢量轨迹法等。然而这些方法只适用于变频调速***，不适用于SVG，原因是因为变频调速***其交流侧接的是电机，属于感性负载。但对于SVG，要工作在感性和容性两种工况下，故这些判断方法的可靠性难以保证。
功率开关器件开路故障包括IGBT开路和续流二极管开路两类，由于上管IGBT和下管二极管的电流方向始终一致，故上述基于电流量的诊断方法还无法进一步区分IGBT和二极管的开路故障。因此功率器件故障判断难度很大，值得研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够准确、可靠地对SVG主回路开关器件的开路故障进行定位的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种SVG主回路开关器件开路故障定位方法，用于对SVG中开路故障发生位置进行定位，所述SVG包括对应三相的三个电路单元，每个所述电路单元包括上开关器件、下开关器件、与所述上开关器件并联的上二极管、与所述下关开关器件并联的下二极管，所述SVG主回路开关器件开路故障定位方法为：x∈(a,b,c)，对所述SVG的x相分别执行以下步骤：
步骤1：对所述SVG的x相输出电流、所述SVG的交流侧电网的x相电压同时进行采样，每个周期中采样得到N个采样电流ix(k)和N个采样电压ux(k)，N为正偶数，k＝1，2，…，N，然后执行步骤2；
步骤2：基于x相的所述采样电流ix(k)和采样电压ux(k)，计算当前周期中x相的正半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000011
和负半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000012
然后执行步骤3；
步骤3：基于x相的正半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000021
和负半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000022
根据
Figure BDA0002262193370000023
Figure BDA0002262193370000024
计算x相的开路故障特征值
Figure BDA0002262193370000025
步骤4：判断
Figure BDA0002262193370000026
是否成立，α为预设的第一阈值，β为预设的第二阈值，且β＜0＜α，若是，则x相发生开路故障，继续执行步骤5；
步骤5：判断
Figure BDA0002262193370000027
是否成立，γ为预设的第三阈值，ε为预设的第四阈值，且β＜ε＜0＜γ＜α，若是，则执行步骤6，若否，则执行步骤7；
步骤6：判断n＝+是否成立，若是，则x相对应的所述上开关器件发生开路故障，若否，则x相对应的所述下开关器件发生开路故障；
步骤7：判断n＝-是否成立，若是，则x相对应的所述上二极管发生开路故障，若否，则x相对应的所述下二极管发生开路故障。
所述步骤1中，N为4的倍数。
所述步骤1中，通过电流互感器采集所述x相输出电流，通过电压互感器采集所述交流侧电网的x相电压。
所述步骤2中，利用将交流侧电网的电压移相90度的方法计算x相的正半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000028
和负半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000029
依据
Figure BDA00022621933700000210
计算x相的正半波对应的无功功率
Figure BDA00022621933700000211
和负半波对应的无功功率
Figure BDA00022621933700000212
所述步骤4中，|β|＝|α|；所述步骤5中，|ε|＝|γ|。
所述步骤4中，α＝0.4，β＝-0.4；所述步骤5中，γ＝0.2，ε＝-0.2。
所述上开关管、所述下开关管均为IGBT。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够准确、可靠地对SVG主回路开关器件的开路故障进行定位，且不受负载波动影响，解决了现有诊断方法不能区分IGBT和续流二极管的开路故障的问题。
附图说明
附图1为三相四线制两电平SVG电气拓扑图。
附图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：如附图1所示的SVG，其包括对应三相的三个电路单元，每个电路单元包括上开关器件、下开关器件、与上开关器件并联的上二极管、与下关开关器件并联的下二极管。例如，对a相而言，其对应的电路单元包括上开关器件T1、下开关器件T4、并联在上开关器件T1两端的上二极管D1、并联在下开关器件两端的下二极管D4，上开关器件T1和下开关器件T4串联。而上开关器件T1和下开关器件T4之间的中点形成其输出，并连接电阻R和电感L。该SVG中，各上开关管、各下开关管均为IGBT，因此也可称为上管IGBT、下管IGBT。
如附图2所示，针对上述SVG，一种用于对SVG中开路故障发生位置进行定位的SVG主回路开关器件开路故障定位方法，为：
x∈(a,b,c)，分别代表a、b、c三相。则对SVG的x相分别执行以下步骤：
步骤1：模拟量信号采集。
对SVG的x相输出电流、SVG的交流侧电网的x相电压同时进行采样，每个周期中采样得到N个采样电流ix(k)和N个采样电压ux(k)，N为正偶数，通常取4的倍数，k＝1，2，…，N，然后执行步骤2。
该步骤中，通过电流互感器采集x相输出电流，通过电压互感器采集交流侧电网的x相电压。
步骤2：无功功率计算。
基于x相的采样电流ix(k)和采样电压ux(k)，计算当前周期中x相的正半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000031
和负半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000032
然后执行步骤3。
该步骤中，将每相网侧电压的一个周期平均分成两个区间，网侧电压相位90～270度的为区间I，270～90度的为区间II。则利用将交流侧电网的电压移相90度的方法计算x相的正半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000033
和负半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000034
计算公式为：
Figure BDA0002262193370000041
步骤3：开路故障特征值(归一化值)计算。
基于x相的正半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000042
和负半波对应的无功功率
Figure BDA0002262193370000043
根据
Figure BDA0002262193370000044
Figure BDA0002262193370000045
计算x相的开路故障特征值
Figure BDA0002262193370000046
由此可知，对应于三相可以得到6个
Figure BDA0002262193370000047
当发生某相IGBT或续流二极管开路故障时，SVG三相输出的每个周期的正或负半波电流会发生缺失，其对应的无功功率也会发生相应的变化。下管的IGBT开路，则该相负半波电流对应无功功率会减小；上管续流二极管开路，同样该相负半波电流对应无功功率会减小，故6个
Figure BDA0002262193370000048
都对应一个IGBT或二极管的工作状况。以a相为例，如：
Figure BDA00022621933700000411
判断a相上管IGBT或下管二极管是否开路，
Figure BDA00022621933700000412
判断a相下管IGBT或上二极管管是否开路，以此类推。
步骤4：判断故障所在相。
判断
Figure BDA0002262193370000049
是否成立，α为预设的第一阈值，β为预设的第二阈值，且β＜0＜α，|β|＝|α|。若是，则x相发生开路故障，继续执行步骤5。通常，α＝0.4，β＝-0.4。
步骤5：判断故障所在开关器件或二极管。
判断
Figure BDA00022621933700000410
是否成立，γ为预设的第三阈值，ε为预设的第四阈值，且|ε|＝|γ|，β＜ε＜0＜γ＜α。若是，则执行步骤6，若否，则执行步骤7。通常，γ＝0.2，ε＝-0.2。
步骤6：判断故障所在位置。
判断n＝+是否成立，若是，则x相对应的上开关器件发生开路故障，若否，则x相对应的下开关器件发生开路故障。
步骤7：判断故障所在位置。
判断n＝-是否成立，若是，则x相对应的上二极管发生开路故障，若否，则x相对应的下二极管发生开路故障。
由上述方案可知，当
Figure BDA0002262193370000051
时，判定x相上IGBT故障。
当
Figure BDA0002262193370000052
或
Figure BDA0002262193370000053
判定x相下管二极管故障。
对判断过程进一步解释：
若
Figure BDA0002262193370000054
判定为容性工况，此时若有
Figure BDA0002262193370000055
则为x相上管IGBT开路；反之若有
Figure BDA0002262193370000056
则为x相下管二极管开路。
若
Figure BDA0002262193370000057
判断为感性工况，此时若有
Figure BDA0002262193370000058
则为x相上管IGBT开路；若
Figure BDA0002262193370000059
则为x相下管续流二极管开路。
基于
Figure BDA00022621933700000510
的判断与上述过程类似，具体的对应关系如下表所示。
Figure BDA00022621933700000511
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种SVG主回路开关器件开路故障定位方法，用于对SVG中开路故障发生位置进行定位，所述SVG包括对应三相的三个电路单元，每个所述电路单元包括上开关器件、下开关器件、与所述上开关器件并联的上二极管、与所述下关开关器件并联的下二极管，其特征在于：所述SVG主回路开关器件开路故障定位方法为：x∈(a,b,c)，对所述SVG的x相分别执行以下步骤：
步骤1：对所述SVG的x相输出电流、所述SVG的交流侧电网的x相电压同时进行采样，每个周期中采样得到N个采样电流ix(k)和N个采样电压ux(k)，N为正偶数，k＝1，2，…，N，然后执行步骤2；
步骤2：基于x相的所述采样电流ix(k)和采样电压ux(k)，计算当前周期中x相的正半波对应的无功功率
Figure FDA0002262193360000011
和负半波对应的无功功率
Figure FDA0002262193360000012
然后执行步骤3；
步骤3：基于x相的正半波对应的无功功率
Figure FDA0002262193360000013
和负半波对应的无功功率
Figure FDA0002262193360000014
根据
Figure FDA0002262193360000015
Figure FDA0002262193360000016
计算x相的开路故障特征值
Figure FDA0002262193360000017
步骤4：判断
Figure FDA0002262193360000018
是否成立，α为预设的第一阈值，β为预设的第二阈值，且β＜0＜α，若是，则x相发生开路故障，继续执行步骤5；
步骤5：判断
Figure FDA0002262193360000019
是否成立，γ为预设的第三阈值，ε为预设的第四阈值，且β＜ε＜0＜γ＜α，若是，则执行步骤6，若否，则执行步骤7；
步骤6：判断n＝+是否成立，若是，则x相对应的所述上开关器件发生开路故障，若否，则x相对应的所述下开关器件发生开路故障；
步骤7：判断n＝-是否成立，若是，则x相对应的所述上二极管发生开路故障，若否，则x相对应的所述下二极管发生开路故障。
2.根据权利要求1所述的SVG主回路开关器件开路故障定位方法，其特征在于：所述步骤1中，N为4的倍数。
3.根据权利要求1所述的SVG主回路开关器件开路故障定位方法，其特征在于：所述步骤1中，通过电流互感器采集所述x相输出电流，通过电压互感器采集所述交流侧电网的x相电压。
4.根据权利要求1所述的SVG主回路开关器件开路故障定位方法，其特征在于：所述步骤2中，利用将交流侧电网的电压移相90度的方法计算x相的正半波对应的无功功率
Figure FDA0002262193360000021
和负半波对应的无功功率
Figure FDA0002262193360000022
5.根据权利要求4所述的SVG主回路开关器件开路故障定位方法，其特征在于：依据
Figure FDA0002262193360000023
计算x相的正半波对应的无功功率
Figure FDA0002262193360000024
和负半波对应的无功功率
Figure FDA0002262193360000025
6.根据权利要求1所述的SVG主回路开关器件开路故障定位方法，其特征在于：所述步骤4中，|β|＝|α|；所述步骤5中，|ε|＝|γ|。
7.根据权利要求6所述的SVG主回路开关器件开路故障定位方法，其特征在于：所述步骤4中，α＝0.4，β＝-0.4；所述步骤5中，γ＝0.2，ε＝-0.2。
8.根据权利要求1所述的SVG主回路开关器件开路故障定位方法，其特征在于：所述上开关管、所述下开关管均为IGBT。
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