[发明专利]用于检测AC/DC转换器中失效整流器的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及检测用于将三相AC功率转换到DC功率的AC/DC转换器中的失效整流器的领域。AC/DC转换器包括整流器电路，该整流器电路具有连接到用于供电的AC电源的AC侧和连接到DC负载的DC侧，并且包括至少三条支路，其中支路的每一条均连接到对应的AC相并包括至少一个整流器。本发明还涉及使用在同步旋转电机中用于为同步旋转电机的转子励磁的励磁系统，其中所述励磁系统包括励磁器，所述励磁器包括AC/DC转换器和用于检测AC/DC转换器的整流器电路中的故障整流器的设备。

背景技术

AC/DC转换器将周期性地逆转方向的交流电流（AC）转换为仅以一个方向流动的直流电流（DC）。其典型地被使用在DC供电和高压直流输电系统中。例如，在发电机中，通过当转子旋转时在转子绕组中注入DC励磁电流来在终端侧上建立定子上的电压。转子绕组通过AC/DC转换器被提供有DC励磁电流，所述AC/DC转换器包括整流器电路和功率变压器。该整流器电路可以包括三条支路，所述支路的每一条连接到对应的AC相并包括至少一个整流器，所述至少一个整流器为整流器电路的必要组件以用于将AC电压转换为DC电压。整流器可以是二极管或者是晶闸管。

一旦整流器电路中的整流器失效，例如短路或不导通的二极管／晶闸管，转子系统面临极度的危险。所以，需要在AC/DC转换器操作时对故障整流器进行检测。

US2010/0066551A1描述了一种用于针对电驱动中的功率电路诊断发电故障的控制器。该功率电路包括整流器电路。为了确定将三相AC功率转换为DC功率的整流器电路中的二极管其中一个二极管的故障，其计算三相中的每一相的RMS相电流值，并且然后比较相的RMS相电流值的比率。当该比率超过阈值时，该控制器判定电流相中的一个电流相不平衡。该判定可以指示该整流器电路的二极管支路中的一个支路已经故障。此外，该控制器可以尝试对已经失效的特定二极管进行隔离。为了执行这样的诊断，该控制器判定该整流器的哪一条支路中的电流与剩余支路相比以相反的方向流动。该控制器可以执行三相电流的其他置换来完成该判定。利用该方法，能够检测短路的二极管，然而另一种类型的故障，即不导电二极管不能被检测到。

US5,508,601公开了一种短路整流二极管保护系统，其监视励磁器磁场峰值电流保护电路和输出发电机电压来感测短路整流二极管的存在。利用这种解决方案，也不能检测到不导电二极管。

发明内容

本发明的目的在于检测AC/DC转换器中的故障整流器并判定该整流器中的故障类型。

该目的通过根据权利要求1的方法达到。

这种方法包括测量每一相的瞬时AC电流，基于在电源频率的一个周期期间所测量的瞬时AC电流估算瞬时DC电流，计算经估算的瞬时DC电流的纹波值，判定经计算的纹波值何时超过预先定义的阈值，一旦经计算的纹波值超过所述预先定义的阈值则发起警报，对于每条支路，一旦经计算的纹波值超过所述预先定义的阈值，基于在同一个周期期间的最大瞬时AC相电流和最小瞬时AC相电流计算整流器状态值，并且对于每条支路，基于经计算的整流器状态值判定所述支路中的整流器是否具有不导通故障。

整流器的不导通，指的是该整流器阻止电流流过该电路。这种故障导致不平衡的电压，该不平衡电压因此引起该电路中的其他整流器的不导通。随着这样的故障累积，在附近发生严重损坏的风险增大。

当所计算的估算瞬时DC电流的纹波值超过预先定义的阈值时，则指示在该整流器电路中可能有故障整流器。该故障的类型或者是不导通，或者是短路。估算的瞬时DC基于每一相在电源频率的一个周期期间的瞬时AC电流。为了判定该故障类型，基于在同一个周期期间的最大瞬时AC相电流和最小瞬时AC相电流来计算整流器状态值，本发明能够检测整流器电路中是否有不导通整流器。

取决于环境，在检测到不导通整流器的情况下，运行人员/用户可以停止操作并维修该电路，或者可替换地他可以在某些限制下运行操作或如果有可用的整流器则切换到备用整流器。

在本发明的一个实施例中，在所计算的纹波值超过预先定义的阈值并且没有检测到不导通整流器的情况下，对于每条支路，基于测得的该相的瞬时AC值计算AC电流中的DC分量，并且针对每条支路，判定和识别短路的整流器。

在本发明的另一个实施例中，该方法进一步包括计算同一个周期期间的最大DC电流和最小DC电流，并且基于所计算的最大瞬时DC电流和最小瞬时DC电流来计算该纹波值占所估算的DC电流的百分比。