[发明专利]基于脉冲电压比较的级联型并网逆变器单元故障检测方法

说明书

技术领域

本发明属于高压大功率电力电子技术在电力系统中的应用技术领域，涉及载波移相PWM调制方式下的级联型并网逆变器的单元故障检测方法。

背景技术

近年来，随着新能源技术、电力电子技术的发展，H桥级联结构在并网逆变、储能、电力电子变压器等领域成为了研究的热点。H桥级联型逆变器具有功率容量大、开关器件应力小、谐波含量低、模块化易扩展等优点，因此被广泛应用在各种电气装置中。

级联型并网逆变器在虽然在多方面取得了较为成功的应用，但也有其需要改进之处：由于级联型结构采用了多个H桥单元串联的形式，使具有其结构上的复杂性和控制上的复杂性，这就增加了其故障的可能性。级联型并网逆变器常应用于风力发电机、电力电子变压器等场合，其应用场合的重要性决定了其必须要有尽可能低的故障可能性，如果应用在某些重要场合的级联型并网逆变器发生故障却未得到及时有效的处理，会带来重大的经济损失和其他严重后果。这就对级联型逆变器的故障诊断能力提出了一定的要求。

在逆变器故障检测方面，主要有两种途径可以达到故障检测的目的。一种方法是通过在逆变器装置中增加专门负责检测故障的硬件电路，此方法具有检测速度快、灵敏度高的优点，但硬件电路大大增加了装置成本和系统复杂度，降低了装置的可靠性，而且随着级联单元数目的增加，其缺点也会随之放大。另一种方法是通过软件方法对逆变器的输出电压或电流进行分析，这种方法可以节约成本并且不影响装置的可靠性，具有较高的效率，在满足检测速度的前提下更具有优势。目前，国内外针对级联型并网逆变器故障检测方面的研究很少，考虑到级联型并网逆变器一般均采用载波移相PWM调制的方式，其输出相电压为多电平的叠加，可通过检测级联型并网逆变器的输出相电压间接得到H桥单元直流侧电压值，从而进行故障判断与定位。另外，本方法在级联型逆变器直流电压平衡的方法研究方面也具有实用价值。

发明内容

发明目的：针对上述级联型并网逆变器故障检测的问题，本发明的目的在于提出一种基于脉冲电压比较的级联型并网逆变器的单元故障检测方法，该方法可以准确、快速进行故障判断与定位，提高装置的可靠性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于脉冲电压比较的级联型并网逆变器单元故障检测方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：输出交流电压调理及采样：

步骤1.1：利用电压传感器采集级联型并网逆变器的三相电压，记为v_ox，其中x代表x相，即x=a,b,c，a,b,c为三相符号；将所述模拟信号v_ox通过调理电路，该调理电路为全波不控整流电路，经过调理电路后的信号为v′_ox；

步骤1.2：对所述滤波后的模拟信号v′_ox进行A/D采样；

步骤2：检测条件的判断：

步骤2.1：根据载波移相脉宽调制原理，得到逆变器中各个绝缘栅双极型晶体管的开关驱动信号其中x代表x相，即x=a,b,c，1≤i≤n，n为单相H桥单元的个数，m=1,2,3,4，表示单个H桥单元中的绝缘栅双极型晶体管标号；开关驱动信号取值为0或1，0代表关断，1代表导通；

步骤2.2：根据每个H桥单元的四个绝缘栅双极型晶体管开关驱动信号，得到该H桥单元的开关状态HS_xi，其中x代表x相，即x=a,b,c，1≤i≤n；开关状态HS_xi的取值原则为：若H桥单元输出电压为零，则HS_xi＝0，若H桥单元输出电压为±V_dcxi，则HS_xi＝1，其中V_dcxi为H桥单元直流侧电压；

步骤2.3：在单相链节中，根据所述的H桥单元开关状态HS_xi，确定输出相电压的单电平脉冲区域[t₁-Δt,t₂-Δt]，其中t₁与t₂为输出单电平的理论起始时刻和理论结束时刻，Δt为硬件电路死区时间；在单电平脉冲区域内相电压瞬时值的大小即为某单元的直流侧电压；单电平脉冲区域用R表示，R＝i表示输出相电压为第i个单元的直流侧电压；若不在单电平脉冲区域内，则R＝0；R≠0时检测条件成立；

步骤3：故障判断及定位：