CN113644630A - 三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法 - Google Patents

三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及逆变器技术领域，公开了三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，其技术方案要点是包括采样步骤：通过U1或U2是否大于Um来进行判断，判断正母线经过V1和V3、V4至中性点或者负母线经过V2和V3、V4至中性点是否发生短路情况。在出现短路情况时，驱动电路控制boost开关管导通，并且根据预设的频率开关boost开关管，来使得第一组母线电容和第二组母线电容保持在合理电压范围内，并且根据不同的U1或U2的值，发出故障告警，并采取故障隔离措施。

Description

三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法
技术领域
本发明涉及逆变器技术领域，更具体的说是涉及三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法。
背景技术
光伏逆变器是可以将光伏太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电的逆变器，可以反馈回商用输电***，或是供离网的电网使用，光伏逆变器是光伏阵列***中重要的***之一；
光伏逆变器在使用过程中，其逆变电路内的开关管需要承受高压并且频繁开关，较为容易时效，当开关管失效时，有大概率将处于持续导通状态，造成短路现象，导致整体电路损坏。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，用于防止开关管失效而导致的电路损坏恶化。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，包括采样步骤：控制第一采样单元采集三相光伏逆变器电路内第一组母线电容的电压U1，控制第二采样单元采集三相光伏逆变器电路内第二组母线电容的电压U2；
控制步骤：预设阈值电压Um，当所述U1或所述U2大于所述Um时，驱动电路控制boost开关管导通。
作为本发明的进一步改进，还包括故障处理步骤：当所述boost开关管导通时，所述第一采样单元或/和所述第二采样单元发送故障信号，所述驱动电路根据预设的频率开关所述boost开关管。
作为本发明的进一步改进，还包括调节步骤：控制模块接收所述故障信号，改变所述boost开关管的占空比。
作为本发明的进一步改进，还包括第一判断步骤和第二判断步骤；
所述第一判断步骤：判断单元判断所述U1或/和U2是否大于预设电压Ua，若否，则所述控制单元减少所述boost开关管的占空比，并进入第二判断步骤；若是，则进入第二判断步骤；
所述第二判断步骤：判断单元判断所述U1或/和U2是否小于预设电压Uc，若是，则回至第一判断步骤；若否，则所述控制单元增加所述boost开关管的占空比，并回至第一判断步骤。
作为本发明的进一步改进，所述三相光伏逆变器电路包括三电平逆变电路和Boost电路，所述三电平逆变电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂与所述Boost电路的输出端连接，以形成正母线，所述第二桥臂与所述Boost电路的输入端连接，以形成负母线，所述第一组母线电容和所述第二组母线电容均位于所述Boost电路内，并串联设置，所述正母线上设置第一采样点，所述第一组母线电容与所述第二组母线电容之间设置第二采样点，所述负母线上设置第三采样点，所述第一采样点与所述第二采样点之间形成所述第一采样单元，所述第二采样点与所述第三采样点之间形成所述第二采样单元。
作为本发明的进一步改进，所述Um大于0.5倍的母线电压，并且范围为0.6至0.8倍的母线电压。
作为本发明的进一步改进，还包括故障隔离步骤：中控台接收所述故障信号，并根据所述故障信号显示故障隔离方案。
作为本发明的进一步改进，所述中控台内设置有控制模块，所述控制模块包括故障隔离单元和执行单元，所述故障隔离单元内配置有故障隔离表，所述故障隔离表内记录有压差以及与所述压差对应的故障隔离策略，所述执行单元接收所述U1和所述U2的值，所述故障隔离表以所述U1或/和所述U2的值为索引，执行对应的所述压差下的所述故障隔离策略，发出故障告警，并显示于所述中控台。
作为本发明的进一步改进，所述压差包括第一差值和第二差值，所述故障隔离策略包括第一策略和第二策略，所述第一差值与所述第一策略对应，所述第二差值与所述第二策略对应，所述执行单元对比所述U1与所述第一差值，对比所述U2与所述第二差值。
作为本发明的进一步改进，所述故障隔离表上记录有第一标记值、第二标记值、第三标记值和第三策略，所述第三标记值与所述第三策略对应，所述第一标记值与所述第一策略对应，所述第二标记值与所述第二策略对应，若所述U1和所述U2均大于所述Um时，所述故障隔离表以所述第一标记值与所述第二标记值之和为索引，并执行所述第三标记值下所对应的所述第三策略。
本发明的有益效果：本发明通过U1或U2是否大于Um来进行判断，正母线经过V1和V3、V4至中性点或者负母线经过V2、V3和V4至中性点是否发生短路情况，若U1大于Um，则认定V1和V3之间短路，若U2大于Um，则认定V4和V3之间短路，在出现短路情况时，驱动电路控制boost开关管导通，并且根据预设的频率开关boost开关管，在保证第一组母线电容和第二组母线电容不过压的情况下保证辅助电源能正常工作，并且根据不同的U1或U2的值，发出故障警告，并采取故障隔离措施。
附图说明
图1是本发明中三相光伏逆变器电路的电路图；
图2是本发明的流程框图。
附图标记：1、第一组母线电容；2、第二组母线电容。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
参照图1所示，本实施例的三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，应用于三相光伏逆变器电路，三相光伏逆变器电路包括三电平逆变电路和Boost电路，三电平逆变电路包括第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂与Boost电路的输出端连接，以形成正母线，第二桥臂与Boost电路的输入端连接，以形成负母线，第一组母线电容1和第二组母线电容2均位于Boost电路内，并串联设置，第一组母线电容11包括电容C2和电容C3，两者并联，第二组母线电容22包括电容C4和电容C5，两者并联，第一组母线电容11与第二组母线电容22之间的串联点位中性点，正母线上设置第一采样点，第一组母线电容1与第二组母线电容2之间设置第二采样点，负母线上设置第三采样点，第一采样点与第二采样点之间形成第一采样单元，第二采样点与第三采样点之间形成第二采样单元，包括采样步骤：控制第一采样单元采集三相光伏逆变器电路内第一组母线电容1的电压U1，控制第二采样单元采集三相光伏逆变器电路内第二组母线电容2的电压U2；三电平逆变电路包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，第二桥臂与Boost电路的输出端连接，第三桥臂与Boost电路的输入端连接，第一组母线电容11和第二组母线电容22之间与第一桥臂连接，第一桥臂包括串联的第一开关管和第二开关管，第二桥臂包括第三开关管，第三桥臂包括第四开关管，V3为第一开关管，V2为第二开关管，V3为第三开关管，V4为第四开关管；
控制步骤：预设阈值电压Um，当U1或U2大于Um时，驱动电路控制boost开关管导通。驱动电路设置在Boost电路内，在boost开关管导通后，光伏板会发生短路，输出电压被拉低至接近于0，输出电流仍然与最大工作电流接近，最终使得母线电压被钳位逐渐接近于0，使得电容C2、电容C3、电容C4和电容C5两端的电压为0，从而保证了该部分电路元器件的安全，防止该部分电路元器件的损坏以及故障的进一步扩大。通过U1或U2是否大于Um来进行判断，判断正母线经过V1和V3 、V4至中性点或者负母线经过V2和V3 、V4至中性点是否发生短路情况，若U1大于Um，则认定正母线经过V1和V3 、V4至中性点之间发生短路，若U2大于Um，则认定负母线经过V2和V3 、V4至中性点之间发生短路，两者均形成半母线短路情况，boost开关管导通保护了电容C2、电容C3、电容C4和电容C5，防止它们发生过压，造成损坏，引起火灾等情况。并且关闭第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，防止电路的工作情况进一步恶化。
故障处理步骤：当驱动电路控制boost开关管导通时，第一采样单元或/和第二采样单元发送故障信号，驱动电路根据预设的频率开关boost开关管。因在机器设备中，会设置辅助电源，辅助电源为整个机器设备的弱电***供电，因此需要保持辅助电源的持续供电，通过间隔开断boost开关管来使得电容C2、电容C3、电容C4和电容C5充电，确保正母线存在电压输出，为辅助电源供电。
还包括调节步骤：控制模块接收故障信号，改变boost开关管的占空比，使得三相光伏逆变器电路进入非Boost模式，在Boost模式下，boost开关管的开关频率达到几KHz至几百KHz，无法实现降压。在降频模式，即非Boost模式下，将boost开关管的频率控制在0.1Hz至1KHz时，利用光伏板的输出特性，boost电路可以实现降压功能。此频率可以根据第一组母线电容、第二组母线电容的容值大小和弱点***的耗电量来改变。还包括第一判断步骤和第二判断步骤；
第一判断步骤：判断单元判断所述U1或/和U2是否大于预设电压Ua，若否，则控制单元减少boost开关管的占空比，并进入第二判断步骤；若是，则进入第二判断步骤；Ua为辅助电源正常工作所提供的最低电压，Uc为辅助电源正常工作所提供的最高电压，并且Uc小于Ucp，Ucp为电容C2、电容C3、电容C4和电容C5的耐压值，占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例，通过改变占空比，来使得辅助电源正常工作。
第二判断步骤：判断单元判断所述U1或/和U2是否小于预设电压Uc，若是，则回至第一判断步骤；若否，则控制单元增加boost开关管的占空比，并回至第一判断步骤。通过第一判断步骤和第二判断步骤来判断是减少还是增加boost开关管的占空比，使得boost开关管的占空比在一定的范围内上下波动。
Um大于0.5倍的母线电压，并且范围为0.6至0.8倍的母线电压。防止因C2、C2、C4和C5长时间使用后，出现电容参数变化，而导致其电压不均衡导致的误操作，因此将Um设置为大于母线电压的二分之一，给与一个波动范围，确保是因为U1和U2的过压是因为V1和V4，或者V2和V3的短路造成。
还包括故障隔离步骤：中控台接收故障信号，并根据故障信号显示故障隔离方案，出具故障隔离方案，防止故障进一步扩大，并且便于维修人员的维修。中控台内设置有控制模块，控制模块包括故障隔离单元和执行单元，故障隔离单元内配置有故障隔离表，故障隔离表内记录有压差以及与压差对应的故障隔离策略，执行单元接收U1和U2的值，故障隔离表以U1或/和U2的值为索引，执行对应的压差下的故障隔离策略，发出故障告警，并显示于中控台，根据不同的U1或U2的值，来进行不同的故障隔离方式对电路进行故障隔离，并且使得检修人员可以更加直观的了解问题所在和隔离方式，并快速的完成检修，不同的压差对电容等元器件造成的损害程度不同，可以制定出最优的隔离方案，并且可以将隔离和检修后的总方案进行记录，以便后续查看。
压差包括第一差值和第二差值，故障隔离策略包括第一策略和第二策略，第一差值与第一策略对应，第二差值与第二策略对应，执行单元对比U1与第一差值，对比U2与第二差值，根据是第一组母线电容11过压还是第二组母线电容22过压，来选择不同的策略进行隔离，使得隔离和检修的方案更加精准的解决问题，缩小了隔离和检修方案的范围。
故障隔离表上记录有第一标记值、第二标记值、第三标记值和第三策略，第三标记值与第三策略对应，第一标记值与第一策略对应，第二标记值与第二策略对应，若U1和U2均大于Um时，故障隔离表以第一标记值与第二标记值之和为索引，并执行第三标记值下所对应的第三策略，在第一组母线电容11和第二组母线电容22均过压的情况下，即U1和U2均大于Um时，则产生V1与V4之间短路的情况，在该情况下，通过设定额外的第三策略来进行固定隔离和检修，将过压的不同情况细化，使得故障隔离和检修方式更加精准。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，其特征在于：包括采样步骤：控制第一采样单元采集三相光伏逆变器电路内第一组母线电容(1)的电压U1，控制第二采样单元采集三相光伏逆变器电路内第二组母线电容(2)的电压U2；
控制步骤：预设阈值电压Um，当所述U1或所述U2大于所述Um时，驱动电路控制boost开关管导通。
2.根据权利要求1所述的三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，其特征在于：还包括故障处理步骤：当所述boost开关管导通时，所述第一采样单元或/和所述第二采样单元发送故障信号，所述驱动电路根据预设的频率开关所述boost开关管。
3.根据权利要求2所述的三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，其特征在于：还包括调节步骤：控制模块接收所述故障信号，改变所述boost开关管的占空比。
4.根据权利要求4所述的三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，其特征在于：还包括第一判断步骤和第二判断步骤；
所述第一判断步骤：判断单元判断所述U1或/和U2是否大于预设电压Ua，若否，则所述控制单元减少所述boost开关管的占空比，并进入第二判断步骤；若是，则进入第二判断步骤；
所述第二判断步骤：判断单元判断所述U1或/和U2是否小于预设电压Uc，若是，则回至第一判断步骤；若否，则所述控制单元增加所述boost开关管的占空比，并回至第一判断步骤。
5.根据权利要求4所述的三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，其特征在于：所述三相光伏逆变器电路包括三电平逆变电路和Boost电路，所述三电平逆变电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂与所述Boost电路的输出端连接，以形成正母线，所述第二桥臂与所述Boost电路的输入端连接，以形成负母线，所述第一组母线电容(1)和所述第二组母线电容(2)均位于所述Boost电路内，并串联设置，所述正母线上设置第一采样点，所述第一组母线电容(1)与所述第二组母线电容(2)之间设置第二采样点，所述负母线上设置第三采样点，所述第一采样点与所述第二采样点之间形成所述第一采样单元，所述第二采样点与所述第三采样点之间形成所述第二采样单元。
6.根据权利要求4所述的三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，其特征在于：所述Um大于0.5倍的母线电压，并且范围为0.6至0.8倍的母线电压。
7.根据权利要求4所述的三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，其特征在于：还包括故障隔离步骤：中控台接收所述故障信号，并根据所述故障信号显示故障隔离方案。
8.根据权利要求7所述的三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，其特征在于：所述中控台内设置有控制模块，所述控制模块包括故障隔离单元和执行单元，所述故障隔离单元内配置有故障隔离表，所述故障隔离表内记录有压差以及与所述压差对应的故障隔离策略，所述执行单元接收所述U1和所述U2的值，所述故障隔离表以所述U1或/和所述U2的值为索引，执行对应的所述压差下的所述故障隔离策略，发出故障告警，并显示于所述中控台。
9.根据权利要求8所述的三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，其特征在于：所述压差包括第一差值和第二差值，所述故障隔离策略包括第一策略和第二策略，所述第一差值与所述第一策略对应，所述第二差值与所述第二策略对应，所述执行单元对比所述U1与所述第一差值，对比所述U2与所述第二差值。
10.根据权利要求9所述的三电平逆变电路半母线短路故障的应对方法，其特征在于：所述故障隔离表上记录有第一标记值、第二标记值、第三标记值和第三策略，所述第三标记值与所述第三策略对应，所述第一标记值与所述第一策略对应，所述第二标记值与所述第二策略对应，若所述U1和所述U2均大于所述Um时，所述故障隔离表以所述第一标记值与所述第二标记值之和为索引，并执行所述第三标记值下所对应的所述第三策略。
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