[发明专利]用于有源前端滤波电容器劣化检测的方法和装置

说明书

背景技术

电机驱动器和其他电力转换系统使用来自交流电源的电力来工作，并且典型地包括输入滤波器以降低与电力转换器的工作相关联的开关噪声，并且尤其控制由特定有源前端(AFE)整流器的高频工作生成的总谐波失真(THD)。特别地，许多电力转换系统利用与每个交流输入相相关联的电感器电容器(LC)或电感电容电感(LCL)输入滤波电路以控制所连接的电网的谐波含量。这种滤波电路遭受滤波电容器的损坏或劣化。滤波电容器劣化转而在替换部件成本、用于检查和替换的劳动以及电力转换系统和任何关联机械的停机时间的方面可能是昂贵的。然而，迄今为止，评估输入滤波电容器的性能和任何劣化是困难的，通过维修人员的视觉检查未必能够识别初始电容器劣化。某些传统电力转换器采用与滤波电路电容器串联的熔断器，但是在实践中熔断器要么不能足够快地断开以防止电容器劣化，要么在健康的电容器正常工作时频繁断开从而造成过度的系统停机时间的结果。因此，仍然需要用于有源前端电力转换器的改进的滤波电容器劣化预测或检测装置和技术。

发明内容

现在概述本公开内容的各个方面以便于对本公开内容的基本理解，其中，本发明内容不是本公开内容的广泛概述，既不意在标识本公开内容的特定元素，也不意在描述本公开内容的范围。而是，本发明内容的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前以简化形式来呈现本公开内容的各个构思。本公开内容提供用于有源前端(AFE)电力转换滤波电容器劣化检测的方法和装置，其中，测量线间电压和电路支路电流，并且三角形连接的滤波电容器阻抗被计算并与一个或更多个阈值进行比较而不需要直接测量电容器电流。因此，本公开内容呈现了相对于传统电容器劣化防止或检测技术的显著进步，因为未使用熔断器并且能够在系统损坏之前评估劣化的发生。进而，可以使用所检测的劣化状况提供系统警报或警告和/或关闭电力转换系统。

公开了一种电力转换系统，其包括有源前端整流器和输入滤波电路，输入滤波电路包括三个串联电路，三个串联电路具有耦合在相应系统电力输入相与相应整流器输入相之间的一个或更多个关联滤波电感器。滤波电路还包括：三个电容器电路支路，其各自连接至相应串联电路之一；以及以三角形配置连接的三个滤波电容器。反馈电路感测跨滤波电容器的线间电压以及滤波电路支路电流。电力转换器还包括劣化检测系统，劣化检测系统至少部分地基于线间电压和滤波电路支路电流来计算基频滤波电容器阻抗值，并且根据所计算的阻抗值来选择性地检测滤波电容器中的一个或更多个滤波电容器的劣化。

在某些实施中，输入滤波电路的各个串联电路包括第一滤波电感器和第二滤波电感器，各个电容器电路支路连接至接合相应串联电路的第一滤波电感器与第二滤波电感器的节点。在某些实施中，检测系统对线间电压和滤波电路支路电流进行滤波以获得在输入电力基频处的值，并计算用于确定基频滤波电容器阻抗值的RMS值。此外，在某些实施方式中，该系统使用用于计算电容器阻抗的公式，该公式包含根据以三角形配置连接的仿真电阻电路(artificial resistive circuit)确定的比率，使得该公式仅涉及基频RMS线间电压和滤波电路支路电流值以及线间电压之间的相位角。在某些实施中，例如，该系统包括过零(zero-crossing)检测电路以测量电压之间的相位角，或者可以假设相位角(例如120°和240°)。

根据本公开内容的另外的方面，提供一种用于检测电机驱动器中的滤波电容器劣化的方法，包括：测量跨三角形连接的滤波电容器的线间电压以及测量滤波电路支路电流值。该方法还包括：根据所测量的电压和电流计算基频滤波电容器阻抗值，并将所计算的电容器阻抗与至少一个阈值进行比较。至少部分地根据所计算的阻抗值与阈值的比较来选择性地检测滤波电容器中的一个或更多个滤波电容器的劣化。该方法的某些实施方式包括基于阈值比较发出警报或关闭电机驱动器。此外，在某些实施中，该方法包括：对所测量的电压和电流进行滤波以获得在交流输入基频处的经滤波的值；以及计算用于计算基频滤波电容器阻抗值的RMS值。

本公开内容的另外的方面提供用于检测星形连接的滤波电容器的劣化的装置和技术，其中，对例如支路电路与星形连接的滤波电容器的公共连接点之间的电容器电压进行感测，对该电压进行滤波以提供基频电容器电压值，根据该基频电容器电压值来计算RMS值。相似地，对流经滤波电容器的滤波支路电路电流进行测量并获得其基频RMS值。然后将滤波电容器阻抗值计算为基频RMS电压与基频RMS电流的比率，将由此计算出的滤波电容器阻抗值与一个或更多个阈值进行比较以选择性地检测滤波电容器的劣化。