BR102013010701B1

BR102013010701B1 - sistema de conversão de energia, método para identificar degradação suspeita de capacitor de filtro e meio legível por computador não transitório

Info

Publication number: BR102013010701B1
Application number: BR102013010701-8A
Authority: BR
Inventors: Kevin L. Baumann; Martin D. Ball; Yogesh Popatial Patel; Brian J. Seibel; Lixiang Wei; Russel J. Kerkman
Original assignee: Rockwell Automation Technologies, Inc
Priority date: 2012-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2020-11-17
Also published as: EP2660962A2; EP2660962B1; US9653984B2; CA2814329C; CA2814329A1; CN103378741A; EP2660962A3; BR102013010701A2; CN103378741B; US20130286692A1

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA DETECÇÃO DE DEGRADAÇÃO DE CAPACITOR DE FILTRO. Sistemas e métodos de conversão de energia são apresentados para detectar degradação de capacitor de filtro de entrada ou abordagem de fim de vida operacional com base em medições de corrente de capacitor de filtro utilizando comparações de limite único e/ou dual para soma instantânea computada de quadrados de correntes de filtro ou valores de energia.

Description

REFERÊNCIA A PEDIDO RELACIONADO

O presente pedido reivindica prioridade a e o beneficio do pedido de patente provisional US no. De série 61/640.398, depositado em 30 de abril de 2012, intitulado LCL FILTER CAPACITOR FAILURE DETECTION VIA CURRENT MEASUREMENT, o qual é incorporado pelo presente a titulo de referência na integra.

Antecedentes

Acionamentos de motor e outros sistemas de conversão de energia utilizando energia de fontes de energia CA, e tipicamente incluem um filtro de entrada para reduzir ruido de comutação associado à operação do conversor de energia, particularmente para controlar distorção harmônica total (THD) gerada por operação de freqüência elevada de certos retificadores de extremidade frontal ativa (AFE). Em particular, muitos sistemas de conversão de energia utilizam conjunto de circuitos de filtro de entrada de capacitor-indutor (LC) ou indutância- capacitância-indutância (LCL) associados a cada fase de entrada CA para controlar o conteúdo harmônico de uma rede de energia. Tais circuitos de filtro LC ou LCL são sujeitos a dano ou degradação dos capacitores de filtro. A falha dos capacitores de filtro pode ser cara em termos de custos de componente de substituição, mão de obra para inspeção e substituição, bem como tempo de paralisação para o sistema de conversão de energia e qualquer maquinaria associada. Até o presente, entretanto, a avaliação do desempenho e qualquer degradação dos capacitores de filtro de entrada tem sido dificil, e a degradação de capacitor inicial não pode ser identificável por inspeção visual por pessoal de serviço.

O documento KIEFERNDORF F D ET AL: "Reduction of DC bus capacitor ripple current with PAM/PWM converter", CONFERENCE RECORD OF THE 2002 IEEE INDUSTRY APPLICATIONS CONFERENCE: 37TH IAS ANNUAL MEETING; 13 - 18 OCTOBER 2002, PITTSBURGH, PENNSYLVANIA, USA; IEEE SERVICE CE, 13 October 2002, pages 2371-2377 vol. 4 revela que os capacitores eletroliticos são usados em quase todos os acionadores de velocidade ajustável e são um dos componentes mais propensos a falhas. Os principais mecanismos de falha incluem a perda de eletrólito por meio de desgaseificação e alterações quimicas na camada de eletrólito e óxido. Todos os mecanismos de degradação são exacerbados pelo aquecimento da corrente de crista. Um método para reduzir a corrente de crista em um conversor constante de modulação de amplitude de pulso de Volts / Hertz (PAM / PWM) que aciona um motor de indução é investigado. A amplitude de tensão do barramento cc é reduzida em proporção à velocidade por um retificador rigido de corrente ou de curvatura e o indice de modulação PWM é mantido em um nivel alto para obter uma corrente de crista reduzida abaixo da velocidade base. Em comparação com um inversor rigido de tensão PWM alimentado por ponte de diodo, é mostrado que o modo de operação PAM / PWM pode levar a uma redução significativa na perda de energia do capacitor, levando a uma maior vida útil do capacitor ou tamanho menor do capacitor.

O documento JP Hll 72522 A divulga que um conversor A / C é fornecido para realizar uma conversão digital de uma tensão terminal de um capacitor para suavizar a saida de um circuito de ponte e um circuito de julgamento para julgar a deterioração de um capacitor de suavização com base na saida de o conversor A / C. A tensão terminal do capacitor é medida em pequeno intervalo de tempo para detectar a deterioração do capacitor a partir do gradiente da flutuação na tensão de uma saida CC.

O documento KR 2009 0039482 A divulga um controlador de motor de um ar condicionado.

É, portanto, o objetivo da presente invenção fornecer um sistema de conversão de energia aprimorado compreendendo um circuito de filtro com uma pluralidade de capacitores de filtro, um método correspondente para identificar degradação de capacitor de filtro e um meio legivel por computador não transitório correspondente.

Esse objetivo é resolvido pelo objeto das reivindicações independentes.

Formas de realização preferidas são definidas pelas reivindicações dependentes.

Sumário

Vários aspectos da presente revelação são agora resumidos para facilitar uma compreensão básica da revelação, em que esse sumário não é uma visão geral extensa da revelação, e não pretende identificar certos elementos da revelação, nem delinear o escopo da mesma. Em vez disso, a finalidade primária desse sumário é apresentar vários conceitos da revelação em uma forma simplificada antes da descrição mais detalhada que é apresentada a seguir. A presente revelação provê conversores de energia e técnicas para identificar degradação suspeita de capacitor de filtro com base totalmente ou em parte em correntes de capacitor de filtro medidas.

Sistemas de conversão de energia são fornecidos, que incluem um circuito de filtro acoplado entre uma entrada CA e um retificador. O circuito de filtro inclui uma pluralidade de capacitores de filtro que podem ser conectados em uma configuração delta ou em uma configuração Y em várias modalidades. Um controlador identifica degradação suspeita de capacitor de filtro pelo menos parcialmente de acordo com correntes fluindo nos capacitores de filtro. Em certas modalidades, uma soma de valor quadrado das correntes de capacitor de filtro é comparada com um limite para identificação de degradação suspeita de capacitor de filtro. Os valores de corrente de capacitor de filtro podem ser filtrados em certas modalidades utilizando um filtro de passagem baixa com uma freqüência de corte ajustada entre a segunda e terceira harmônica de uma freqüência fundamental de fonte de energia, e o valor limite pode ser seletivamente ajustado de acordo com vários parâmetros incluindo condições de equilíbrio de voltagem medidas no conversor de energia. Em algumas modalidades, um valor de energia ativa instantânea e/ou energia reativa é computador e comparado com um limite para seletivamente identificar degradação suspeita de capacitor de filtro. Em certas modalidades, além disso, os capacitores de filtro individuais são formados por interconexão de capacitores de dois ou mais componentes, e o limite é pelo menos parcialmente baseado na capacitância dos capacitores de componente. Em certas modalidades, o controlador seletivamente identifica degradação suspeita de capacitor de filtro se uma soma computada do valor quadrado, valor de energia ativa instantânea, ou um valor de energia reativa instantânea é maior do que um limite superior ou menor do que um limite inferior. Em certas implementações, além disso, o controlador mede uma ou mais voltagens de conversor de energia e seletivamente ajusta o limite superior e/ou inferior com base na voltagem. Por exemplo, o controlador em certas modalidades aumenta o(s) limite(s) se a voltagem é maior do que um valor nominal e diminui o(s) limite (s) se a voltagem está abaixo do valor nominal.

Os métodos e midias legiveis de computador não transitórios são dotados de instruções executáveis por computador para identificar degradação suspeita de capacitor de filtro em um sistema de conversão de energia. O método de instruções executáveis por computador fornece correntes de medição associadas a uma pluralidade de capacitores de filtro do sistema de conversão de energia, e seletivamente identifica degradação suspeita de capacitor de filtro pelo menos parcialmente de acordo com as correntes de capacitor de filtro. Em certas modalidades, o método inclui computador uma soma dos quadrados de uma pluralidade de correntes de capacitor de filtro, e seletivamente identifica degradação suspeita de capacitor de filtro se a soma computada excede um limite. Certas modalidades, além disso, podem incluir filtrar as correntes de capacitor de filtro medidas utilizando um filtro passagem baixa, bem como ajustar o limite pelo menos parcialmente de acordo com uma condição de equilibrio de voltagem CA determinada. Em certas modalidades, o método inclui computar um valor de energia ativa e/ou reativa instantânea e seletivamente identificar degradação suspeita de capacitor de filtro se o valor de energia computador exceder um limite. Em certas modalidades, além disso, degradação suspeita de capacitor de filtro é seletivamente identificada se uma soma computada do valor quadrado, valor de energia ativa instantânea, ou um valor de energia reativa instantânea for maior do que um limite superior ou menor do que um limite inferior. Certas modalidades do método podem incluir ainda medir pelo menos uma voltagem de conversor de energia e seletivamente ajustar um ou ambos os limites com base na voltagem, como por aumentar o(s) limite(s) se a voltagem for maior do que um valor nominal e diminuir o(s) limite(s) se a voltagem for abaixo do valor nominal.

Breve descrição dos desenhos

A seguinte descrição e desenhos expõem certas implementações ilustrativas da revelação em detalhe, que são indicativas de vários modos exemplares nos quais os vários principios da revelação podem ser realizados. Os exemplos ilustrados, entretanto, não são exaustivos das muitas modalidades possiveis da revelação. Outros objetivos, vantagens e aspectos novos da revelação serão expostos na seguinte descrição detalhada quando considerada em combinação com os desenhos, nos quais:

A figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra um sistema de conversão de energia com um controlador configurado para identificar degradação suspeita de capacitor de filtro de acordo com correntes de capacitor de filtro;

A figura 1A é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de conversor de energia alternada com um disjuntor principal entre a entrada CA e o circuito de filtro de entrada, com um circuito de pré-carga conectado entre a saida do filtro e a entrada do retificador;

A figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra um circuito de pré-carga no conversor de energia da figura 1;

A figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra um circuito de filtro LCL conectado em delta com um controlador executando uma comparação de limite de uma soma instantânea de valor de corrente de capacitor de filtro quadrado para identificação seletiva de degradação suspeita de capacitor de filtro;

A figura 3A é um diagrama esquemático que ilustra um arranjo de circuito de filtro LC para uma modalidade de conversor de fonte de corrente incluindo capacitores de filtro conectados delta;

A figura 4 é um diagrama esquemático que ilustra outro circuito de filtro LCL tendo capacitores de filtro conectados-Y conectados entre fases de conversor individuais e um nó comum;

A figura 4A é um diagrama esquemático que ilustra um arranjo de circuito de filtro LC para uma modalidade de conversor de fonte de corrente incluindo capacitores de filtro conectados-Y;

A figura 5 é um diagrama esquemático que ilustra um retificador de extremidade frontal ativa (AFE) e uma ligação CC no sistema de conversão de energia da figura 1;

A figura 6 é um diagrama esquemático que ilustra um inversor trifásico no sistema de conversão de energia da figura 1;

A figura 7 é um gráfico que mostra voltagens CA trifásicas juntamente com soma computada de valores de corrente de capacitor de filtro quadrado e valores de energia reativa e real para condições de voltagem de linha equilibrada e não equilibrada para bons capacitores de filtro e capacitores de filtro degradados;

A figura 8 é um fluxograma que ilustra um método de identificar degradação suspeita de capacitor de filtro em um sistema de conversão de energia utilizando uma soma dos quadrados dos valores de corrente de capacitor de filtro;

A figura 9 é um fluxograma que ilustra outro método de identificar degradação suspeita de capacitor de filtro em um sistema de conversão de energia utilizando computações de energia real e/ou reativa;

A figura 10 é um diagrama esquemático que ilustra outra modalidade de controlador executando uma comparação de limite dual de uma soma instantânea de valor de corrente de capacitor de filtro de quadrados e uma comparação de limite única de um valor de crista de pico para identificação seletiva de degradação suspeita de capacitor de filtro; e

A figura 11 é um gráfico que mostra voltagens CA trifásicas juntamente com a soma computada de valores de corrente de capacitor de filtro de quadrados com limites superior e inferior correspondentes bem como um valor de crista de pico e um limite correspondente para identificar degradação suspeita de capacitor de filtro no controlador da figura 10.

Descrição detalhada

Com referência agora às figuras, várias modalidades ou implementações são descritas a seguir em combinação com os desenhos, em que numerais de referência similares são utilizadas para se referir a elementos similares do inicio ao fim, e em que as várias características não são necessariamente em escala.

A figura 1 ilustra um sistema de conversão de energia 2 incluindo um circuito de pré-carga 10, um circuito de filtro de entrada LCL ou LC 20, um retificador de extremidade frontal ativa (AFE) 30, um circuito de link CC 40, um inversor 50, e um controlador 60. O sistema de conversão de energia 2 recebe energia de entrada CA multifásica de uma fonte de energia 4 e provê energia de saida CA para uma carga de fase única ou multifásica 6, como um motor. O conversor de energia 2 inclui uma entrada de CA 3 acoplável para receber energia de entrada CA a partir da fonte de energia 4, e o inversor 50 provê uma saida CA 52 para acionar a carga 6. Em certas modalidades, o sistema de conversão de energia é um sistema de conversor de fonte de corrente (CSC) tendo um circuito de filtro LC 20 e um link CC 40 com uma ou mais indutâncias (Por exemplo, como um choque de ligação CC) para acomodar corrente de ligação CC fornecida pelo retificador 30 e utilizada como energia de entrada pelo inversor 50. Em outras modalidades descritas aqui, o conversor 2 é um tipo de conversor de fonte de voltagem (VSC) com um circuito de filtro LCL 20, no qual o circuito de ligação de CC 40 inclui uma ou mais capacitâncias de ligação CC (por exemplo, Cl e C2 como visto na figura 5 abaixo). A fonte de energia 4 provê energia de entrada CA multifásica, onde os exemplos ilustrados mostram uma implementação trifásica, embora outras implementações multifásicas sejam possiveis tendo três ou mais fases de entrada. Além disso, o inversor 50 pode fornecer uma saida de fase única ou múltifasica 52, com os exemplos ilustrados mostrando um inversor trifásico 50 que aciona uma carga trifásica 6 (por exemplo, um motor). O conversor 2, além disso, pode ser um acionamento de motor embora qualquer forma de sistema de conversão de energia 2 possa ser implementada de acordo com a presente revelação, quer acionando um motor ou uma forma diferente de carga de fase única ou multifásica 6.

O controlador 60 pode ser implementado como qualquer hardware, software executado por processador, firmware executado por processador, lógica programável e/ou combinações dos mesmos para implementar a funcionalidade de detecção de degradação de capacitor de filtro exposta aqui incluindo outras funções associadas à operação do sistema de conversão de energia 2. Em certas modalidades, o controlador 60 pode ser implementado como um circuito baseado em processador único e/ou pode ser implementado utilizando múltiplos elementos de processador. Por exemplo, certas funções de detecção de degradação de capacitor de filtro expostas aqui podem ser implementadas em um controlador local 60, como uma disposição de porta programável em campo (FPGA) implementado no circuito de filtro de entrada LCL 20, e/ou tais características podem ser implementadas utilizando um controlador centralizado 60 em certas modalidades. Ainda em outras implementações possiveis, circuitos de hardware podem ser utilizados para implementar uma ou mais das características de detecção de degradação de capacitor, individualmente ou em combinação com um ou mais componentes de processador.

Como visto na figura 2, o circuito de pré-carga 10 inclui um disjuntor principal 12, um aparelho de desconexão fundida 14, um contator de pré-carga 16 e resistores de pré-carga 18, e é operável em um de três modos. O circuito de pré-carga 10 pode ser omitido em certas modalidades. Como visto na figura 1A, modalidades de conversor de energia alternativas podem fornecer o disjuntor principal 12 entre a entrada CA 3 e o circuito de filtro de entrada 20, com um circuito de pré-carga 10 com contator de pré-carga 16 e resistores de pré-carga 18 conectados entre a saida de filtro 22 e a entrada do retificador 30. No exemplo ilustrado da figura 2, o conjunto de circuitos de pré-carga 10 é operado pelo controlador 60, que pode ser integrado com um controlador de sistema de conversão de energia geral 60 e/ou que pode ser um controlador baseado em processador separado. Em certas modalidades, os contatos da desconexão fundida 14 são tipicamente fechados e serão abertos somente após ocorrência de uma condição de corrente em excesso. Em um modo de operação normal, o controlador 60 (por exemplo, um controlador central ou um controlador de pré-carga ou placa I/O de pré-carga local) mantém o disjuntor principal 12 na posição fechada para permitir que energia de entrada flua a partir da fonte de energia 4 para os terminais de saida de pré-carga 13, porém mantém o contator de pré-carga 16 em uma condição "aberta" (por exemplo, não condutiva), pelo que nenhuma corrente flui através dos resistores de pré- carga 18. Em um modo de "pré-carga" (por exemplo, na partida ou reajuste controlado do sistema de conversão de energia 2), o controlador 60 comuta o disjuntor principal 12 para a condição "aberta" e fecha o contator de pré- Ocarba 16, para permitir que a corrente flua a partir da fonte CA 4 através dos resistores de pré-carga 18 para os terminais de saida de pré-carga 13. Isso insere efetivamente os resistores de pré-carga 18 no conjunto de circuitos de energia multifásica durante o modo de "pré- carga" para controlar pontas de corrente excessiva para carregar a capacitância de um barramento CC no circuito de ligação CC 40 na saida do retificador 30 e/ou na entrada do inversor 50 (por exemplo, capacitores Cl e C2 no exemplo da figura 5 abaixo) . Em operação, o controlador 60 pode ser dotado de um ou mais sinais de realimentação pelos quais uma voltagem de ligação CC pode ser monitorada, e após a voltagem CC exceder um valor predeterminado, o controlador 60 fecha o disjuntor principal 12 e abre o contator de pré- carga 16 para entrar no modo de operação normal. O conjunto de circuitos de pré-carga 10 também pode ser operado em um modo "reserva", no qual o controlador 60 mantém tanto o disjuntor principal 12 e o contator de pré-carga 16 na condição "aberta", com energia auxiliar sendo fornecida a vários circuitos de controle por uma fonte de energia 19 (figura 2) . Em certas modalidades, além disso, o circuito de pré-carga 10 é operável pelo controlador 60 para seletivamente abrir tanto o disjuntor principal 12 como o contator de pré-carga 16 em resposta à indicação de degradação suspeita de capacitor de filtro como descrito adicionalmente abaixo.

Como visto na figura 1A, em outras modalidades possiveis, o circuito de pré-carga 10 pode ser localizado entre o circuito de filtro 20 e o retificador 30. Em certas implementações, um disjuntor principal 12 pode ser conectado entre a entrada de CA 3 e o circuito de filtro 20 para facilitar desligar a energia, e o circuito de pré- carga 10 incluirá um contator de pré-carga 16 e resistores de pré-carga 18 conectados em um circuito de bypass em torno de um disjuntor de pré-carga, como disjuntor 12 mostrado na figura 2.

Com referência também às figuras 3, 3A, 4 e 4A, as saidas de circuito de pré-carga 13 são conectadas a um circuito de filtro de entrada LCL ou LC 20. Em certas modalidades, o conjunto de circuitos de pré-carga 10 pode ser omitido, e o circuito de filtro LCL ou LC 20 é direta ou indiretamente acoplado às entradas de CA de conversor de energia 3. O circuito de filtro 20 nas figuras 3 e 4 inclui um circuito LCL para cada fase de entrada, incluindo um primeiro indutor (por exemplo, 3%) L1 (por exemplo, L1A, LIB e L1C) e um segundo indutor (por exemplo, 9%) L2 (L2A, L2B e L2C) acoplado em série mutuamente entre a saida de circuito de pré-carga correspondente 13 (ou o terminal de entrada CA correspondente 3) e uma saida de fase correspondente 22 do circuito de filtro 20. Uma pluralidade de capacitores de filtro CF é fornecida, com pelo menos um dos capacitores de filtro CF conectado a cada das linhas de fase em um nó central entre os primeiro e segundo indutores correspondentes Ll e L2. No exemplo da figura 3, os capacitores de filtro CF são conectados em uma configuração delta com um primeiro capacitor CF conectado entre as fases A e B, um segundo capacitor CF conectado entre as fases B e C, e um terceiro capacitor de filtro CF conectado entre as fases C e A. resistores de descarga podem ser fornecidos em certas modalidades como mostrado na figura 3, com cada resistor sendo conectado entre uma fase correspondentes das fases de energia e um nó interno como um neutro. A figura 4 ilustra outra modalidade na qual os capacitores de filtro CF e resistores de descarga conectados paralelos, correspondentes são conectados em uma configuração "Y", com cada capacitor de filtro CF sendo conectado entre uma fase correspondente das fases de energia e um nó comum, que por sua vez pode ser conectado a um sistema terra, um neutro da fonte de energia de entrada 4, ou que pode ser somente conectado aos capacitores de filtro CF em várias modalidades.

Como visto nas figuras 3A e 4A, modalidades de conversor de fonte de corrente podem incluir um filtro LC com uma pluralidade de capacitores de filtro CF conectados à jusante de indutores correspondentes L1A, LIB e L1C conectados nas fases de energia correspondentes entre os pontos de conexão de capacitor de filtro e a entrada CA 3. Nessas modalidades, além disso, resistores de descarga podem ser conectados em paralelo com cada dos capacitores de filtro CF como mostrado, ou tais resistores de descarga podem ser omitidos em outras modalidades. A figura 3A ilustra uma modalidade de conversor de fonte de corrente do circuito de filtro 20 no qual os capacitores de filtro CF são conectados em uma configuração delta com resistores de descarga conectados entre as conexões de capacitor de filtro correspondentes e um nó central. A figura 4A ilustra outra modalidade de um circuito de filtro LC 2 0 para um sistema de conversor de fonte de corrente 2 no qual o capacitor de filtro CF são conectados em uma configuração Y juntamente com resistores de descarga conectados em paralelo.

A figura 5 ilustra um circuito retificador de extremidade frontal ativa (AFE) 30 no sistema de conversão de energia da figura 1, bem como um circuito de ligação CC 40. No exemplo ilustrado, o retificador 30 inclui dispositivos de comutação Q1-Q6 como transistores bipolares de porta isolada (IGBTs) ou outros dispositivos de computação elétricos. Q1-Q6 são individualmente operáveis de acordo com um sinal de controle de comutação de retificador correspondente a partir do controlador 60 para seletivamente acoplar uma linha correspondente das linhas de fase A, B e C a um de dois nós de circuito CC 32 ou 34 para retificar energia CA de entrada para fornecer energia CC à ligação CC 40, onde o controlador 60 pode fornecer os sinais de controle de comutação de acordo com qualquer esquema de comutação apropriado como modulação de largura de pulso (PWM) . 0 retificador 30 pode altemativamente ou em combinação fornecer diodos de retificador passivo D1-D6 individualmente acoplados entre um dos nós CA 22 na saida de circuito de filtro e um correspondente dos nós CC 32, 34 para retificação passiva de energia de entrada CA para estabelecer a ligação CC 40. Certas modalidades do retificador 30 podem fornecer operação regenerativa (com ou sem os díodos de retificador passivo D1-D6 retificando energia de entrada para carregar os capacitores Cl, C2 do circuito de ligação CC 40), em que o controlador 60 seletivamente aciona os comutadores de retificador Q1-Q6 através de modulação de largura de pulso ou outra técnica de comutação apropriada para conexão seletiva dos nós CC 32, 34 com os nós de entrada 22 para permitir condução de corrente regenerativa a partir da ligação CC 40 de volta em direção à fonte de energia 4.

O circuito de ligação CC 40 (também mostrado na figura 5) inclui uma ou mais capacitâncias acopladas entre os nós de circuito CC 32 e 34 para implementações de conversor de fonte de voltagem, onde a figura 5 ilustra uma modalidade na qual duas capacitâncias Cl e C2 são conectados em série entre si entre os nós 32 e 34. A capacitância de ligação CC pode ser construído utilizando qualquer número apropriado de dispositivos capacitores conectados em qualquer configuração em série, paralela ou série paralela apropriadas para fornecer uma capacitância conectada entre os nós CC 32 e34. As modalidades de conversor de fonte de corrente são possíveis nas quais o circuito de ligação CC 40 inclui uma ou mais indutâncias (não mostradas) e o filtro 20 pode ser um circuito LC como mostrado nas figuras 3A e 4A acima.

A figura 6 ilustra um circuito inversor 50 incluindo dispositivos de comutação de inversor Q7-Q12 e díodos retificadores conectados em paralelo correspondentes D7-D12, onde o controlador 60 provê sinais de controle de comutação de inversor aos dispositivos Q7-Q12 para seletivamente acoplar um terminal CC correspondente 32, 34 com uma correspondente das saídas de CA 52 de modo a converter energia de ligação CC para fornecer energia de saída CA para acionar a carga 6 em um modo controlado. O controlador 60 pode prover os sinais de controle de comutação de inversor de acordo com qualquer modulação de largura de pulso apropriada ou outra técnica de comutação para fornecer energia de saída CA para acionar a carga 6, que pode ser realizada de acordo com qualquer técnica de controle apropriada, por exemplo, regular frequência de saída, energia de saída, controle de velocidade de motor, controle de torque de motor, etc. ou combinações dos mesmos.

Com referência agora às figuras 3, 4 e 7, certas modalidades do controlador 60 incluem pelo menos um processador (por exemplo, um microprocessador, microcontrolador, disposição de porta programável em campo, lógica programável, etc.) programado ou de outro modo configurado para identificar degradação suspeita de um ou mais dos capacitores de filtro CF do circuito de filtro 20 baseado pelo menos em parte nas correntes de capacitor de filtro Ic fluindo nos capacitores de filtro CF (Ica, Icb e Icc no exemplo de três fases das figuras 3 e 4). Em certas modalidades, o controlador 60 implementa a funcionalidade de detecção de degradação de capacitor de filtro utilizando um ou mais processadores de um controlador de sistema de conversão de energia geral. Em outras modalidades, uma ou mais dessas funções de identificação de degradação de capacitor de filtro é executada por um FPGA ou outro processador local para o circuito de filtro LCL 20. Em outras modalidades, conjunto de circuitos de hardware pode ser utilizado individualmente ou em combinação com um ou mais componentes de processador para implementar os conceitos de degradação de capacitor de filtro revelados aqui.

Como observado acima, os capacitores de filtro CF podem ser conectados em ma configuração delta (por exemplo, a figura 3 individualmente ou com resistores de descarga opcionais como mostrado) ou podem ser conectados em uma configuração Y (por exemplo, figura 4). O controlador 60 é dotado de sinais ou valores indicando os niveis das correntes de capacitor de filtro Ica, Icb e Icc por qualquer meio apropriado, como por sensores de corrente nas linhas conectando os capacitores de filtro CF às linhas de fase A, B e C como mostrado nas figuras 3 e 4. A esse respeito, as correntes de capacitor na configuração de capacitor de filtro conectado delta da figura 3 podem ser sentidas ou medidas utilizando sensores configurados nas linhas conectando a configuração delta às linhas de fase A, B e C, como mostrado, ou sensores podem ser conectados em série com cada dos capacitores conectados delta individuais CF em outras modalidades. É observado que essas correntes de capacitor de filtro Ica, Icb e Icc serão tipicamente menores do que as correntes de fase iA, iB e ic fluindo entre as entradas e saidas de circuito de filtro 22. No exemplo da figura 4, sensores de corrente são fornecidos em série com cada do capacitor de filtro CF para medir a corrente de capacitor de filtro correspondente em virtude da conexão Y. além disso, em certas modalidades, o controlador 60 pode ser também dotado de sinais ou valores indicando as voltagens CA no circuito de filtro, como voltagens de linha-linha (por exemplo, VAB, VBC e VCA) , e/ou voltagens neutras-linhas (VA, VB e Vc) por sensores apropriados ou outro meio. em certas modalidades, o conversor 2 iniciou sensores de voltagem para medir as voltagens de conversor através dos capacitores de filtro CF como visto nas figuras 3 e 4, e outras modalidades são possíveis nas quais as voltagens são medidas no lado de entrada dos indutores a 3% L1 como mostrado nas linhas tracejadas nas figuras 3 e 4. como visto melhor na figura 3, em certas modalidades, o controlador 60 identifica degradação suspeita de capacitor de filtro utilizando uma soma instantânea dos quadrados dos valores de corrente de capacitor de filtro Ica, Icb e Icc e um ou mais valores de limite 65. como mencionado, o controlador 60 pode ser implementado utilizando pelo menos um processador, onde um, alguns ou todos os componentes ilustrados 61-65, 67 e 68a- 68c podem ser implementados em componentes executados em hardware e/ou processador, na implementação ilustrada, os valores de corrente de capacitor de filtro sentidos Ica, Icb e Icc são filtrados em passagem baixa utilizando um filtro 61. em certas modalidades, o filtro de passagem baixa 61 tem uma freqüência de corte FCUTOFF ajustada em aproximadamente 200 Hz, que está entre a segunda e terceira harmônica da freqüência fundamental da fonte de entrada CA 4 (por exemplo, para uma freqüência de fonte de 50 Hz ou 60Hz). em outras modalidades utilizando energia de entrada de uma freqüência fundamental diferente, o filtro de passagem baixa 61 pode ser preferivelmente operado com uma freqüência de corte ajustada entre a segunda e terceira harmônica da frequência fundamental de fonte, os sinais filtrados em certas modalidades são fornecidos a um componente de escalonamento 62 com o qual os sinais filtrados ou valores são escalonados de acordo com qualquer escalonamento necessária com base na calibragem dos sensores de corrente, o ganho do circuito de filtro de passagem baixa 61, o escalonamento associado à computação e ajuste do valor ou valores de limite 65, etc. em outras modalidades, o componente de escalonamento 62 pode ser omitido.

Os sinais ou valores filtrados em passagem baixa são então utilizados para computar uma soma dos quadrados das correntes de capacitor de filtro filtrado em passagem baixa Ica, Icb e Icc através de um componente de computação de medição instantânea 63 na figura 3. por exemplo, o componente de computação 63 pode computar um valor de medição instantânea I2TOTAL = Ica2 + Icb2 + Icc2 e um componente de comparação 64 pode seletivamente fornecer um alarme e/ou iniciar uma ou mais ações de remediar 66 se o valor de medição instantânea I2TOTAL (por exemplo, a soma dos quadrados das correntes de capacitor de filtro) exceder um limite 65 ou ficar fora de uma faixa definida por limites superior e inferior 65.

Em implementações de hardware, o(s) limite(s) 65 pode (m) ser fornecidos como um ou mais sinais, e/ou em implementações de processador programáveis, o(s) limite(s) 65 pode(m) ser um ou mais valores. Em certas modalidades, o limite 65 pode ser um valor predeterminado, e o controlador 60 em certas modalidade seletivamente ajusta o limite 65 com base pelo menos parcialmente em condições de equilibrio de voltagem no conversor de energia 2. Em tais implementações, o controlador 60 inclui ou de outro modo implementa um componente de desequilíbrio de voltagem 67 que mede ou de outro modo recebe sinais ou valores indicando as voltagens de linha-linha e/ou linha-neutra associadas às fases A, B e C e determina uma condição de equilíbrio de voltagem (por exemplo, quantificado por quaisquer técnicas numéricas apropriadas para indicar um grau de desequilíbrio nas voltagens de CA associadas às fases A, B e C). em outras modalidades como descrito abaixo com relação às figuras 10 e 11, valores de limite superior e inferior 65 são fornecidos, e um ou ambos desses podem ser seletivamente ajustados pelo controlador 60 com base em condições de desequilíbrio de voltagem e/ou em níveis de voltagem de entrada. Por exemplo, limites superior e inferior 65 podem ser utilizados para detectar condições de capacitor aberto e capacitor desequilibrado. Além disso, os dois limites 65 podem ser ajustados para cima pelo controlador 60 se a voltagem de entrada CA recebida da fonte de energia 4 for baixa em relação a um valor de voltagem nominal. O controlador 60 também pode ser aprovisionado com uma classificação de tamanho de quadro 68a associada ao conversor de energia 2 e/ou dados de tolerância de capacitor, valor(es) ou informações 68 indicando um ou mais valores de tolerância (por exemplo, valores de corrente nominal máximos, etc.) associados aos capacitores de filtro CF. com base na determinação de condição de desequilíbrio de voltagem mais recente 67, o controlador 60 em certas modalidades seletivamente ajusta o limite 65 com base no grau de desequilíbrio nas voltagens de CA de conversor. Em certas modalidades, o controlador 60 seletivamente aumenta o limite 65 se as voltagens de CA forem desequilibradas para facilitar a detecção de degradação de capacitor de filtro como distinto de condições de desequilíbrio de voltagem.

A figura 7 ilustra um gráfico 70 que mostra voltagens de CA trifásicas para as fases A, B e C juntamente com soma computada de valores de corrente de capacitor de filtro de quadrados I2TOTAL e limite correspondente THT para condições de voltagem de linha equilibrada e desequilibrada, respectivamente, para bons capacitores de filtro CF e capacitores de filtro degradado CF. os inventores reconheceram que o valor de medição instantânea I2TOTAL terá genericamente um valor não zero relativamente constante durante operação normal com voltagens de linha equilibrada e bons capacitores de filtro CF (seção 72 no gráfico 70 da figura 7) . O limite THT em certas modalidades é determinado de acordo com o tamanho de quadro de conversor 68a, a classe de voltagem 68b e/ou informações de tolerância de capacitor 68c, e pode ser predeterminada e armazenada no controlador 60 ou em outro lugar em memória eletrônica do sistema de conversão de energia 2.

Em certas modalidades, além disso, os capacitores de filtro individuais CF são construídos utilizando um interconexão de capacitores de múltiplos componentes em série e/ou combinações paralelas. Em tais modalidades, o limite THT é ajustado pelo menos parcialmente de acordo com o(s) valor(es) dos capacitores de componente formando a capacitância de filtro CF bem como de acordo com a configuração de interconexão dos capacitores de componente. Por exemplo, se cada capacitor de filtro CF for formado por uma conexão em série de três capacitores de componente de valor de capacitância igual, o desequilíbrio de capacitância causado por falha de um dos capacitores de componente é aproximadamente 25%, e o limite THT pode ser ajustado de acordo com a crista correspondente resultando de tal desequilíbrio de capacitância. Em contraste, as modalidades nas quais o capacitor de filtro CF é formado por uma conexão em série de dois capacitores de componente, a alteração de capacitância resultante é 50%, e o efeito de corrente de crista resultante correspondente é maior, pelo que o limite THT pode ser ajustado mais elevado para tais implementações alternadas. Qualquer configuração de interconexão em série e/ou paralela dos capacitores de componente formando os capacitores de filtro individuais CF pode ser acomodada por valores de limite correspondentes THT.

Durante operação, condições de desequilíbrio de voltagem são verificadas periodicamente por certas modalidades do controlador 60 através do componente 67, e o limite 65 pode ser seletivamente ajustado com base na quantidade de desequilíbrio nas voltagem CA para fornecer um limite ajustado para condições desequilibradas de voltagem de linha. Em certas modalidades, o limite será então reduzido após retorno a voltagens de CA equilibradas. Além disso, os inventores reconheceram que a soma de corrente de capacitor de filtro computada do valor de quadrados I2TOTAL terá genericamente um componente de CA genericamente em uma freqüência entre a segunda e Terceira harmônica da fonte de energia 4 durante condições desequilibrada de voltagem de linha como mostrado em 74 na figura 7. Por conseguinte, em certas modalidades, o controlador filtra em passagem baixa os valores ou sinais de corrente de capacitor de filtro sentido (por exemplo, filtro passagem baixa 61 na figura 3) utilizando uma freqüência de corte FCUTOFF de aproximadamente 2 00 Hz em um exemplo para uso com 50 Hz ou 60 Hz de fontes de energia 4 antes de computar o valor I2TOTAL das correntes de capacitor de filtro sentidas, e seletivamente aumenta o limite 65 para o nivel acima do nivel de CA máximo do valor de medição instantânea I2TOTAL em 7 4 para diferenciar entre efeitos de desequilíbrio de voltagem e degradação de capacitor de filtro.

Como visto em 76 e 78 na figura 7, a amplitude do componente de CA da soma do total de quadrados I2TOTAL aumenta significativamente após o inicio de degradação de capacitor de filtro. Desse modo, utilizando o limite THT (em 76 na figura 7), o controlador 60 utiliza o componente de comparação 64 para determinar que o valor de medição instantânea I2TOTAL exceda o limite 65 e possa, por conseguinte iniciar um alarme e/ou outra ação remedial através do componente 66. O controlador 60 em certas modalidades, além disso, pode modificar seletivamente o limite com base nas condições de desequilíbrio de voltagem, e pode desse modo detectar degradação de capacitor de filtro (por exemplo, em 78) enquanto evita alarmes falsos com base em condições de desequilíbrio de voltagem (por exemplo, em 74 na figura 7).

Os inventores reconheceram ainda que o valor de medição instantânea I2TOTAL provê um meio apropriado para detectar degradação de capacitor de filtro, em que o valor médio nominal (por exemplo, 1 pu) para capacitores de filtro saudáveis é acompanhada somente por crista de pico minimo (por exemplo, aproximadamente 0,02 - 0,2 pu em certas implementações) para condições de desequilíbrio de voltagem. Em contraste, a soma instantânea de valor de quadrados I2TOTAL aumenta relativamente significativamente (por exemplo, a aproximadamente 1,16 - 1,3 com uma crista de aumento correspondente de aproximadamente 0,3 - 0,5 em certas implementações) quando um ou mais capacitores de filtro degradam (por exemplo, para condições de voltagem de linha equilibradas em 76 na figura 7) e, portanto provê uma alteração significativa em relação à crista associado a condições de desequilíbrio de voltagem. Desse modo, essa técnica provê um mecanismo relativamente robusto para distinguir entre condições de desequilíbrio de voltagem e efeitos de degradação de capacitor de filtro no sistema de conversão de energia 2.

A figura 8 ilustra um método 200 de identificar degradação de capacitor de filtro suspeito em um sistema de conversão de energia (por exemplo, sistema 2 acima) por comparação de limite de uma soma de computação de quadrados de valores de corrente de capacitor de filtro. Embora o método exemplar 200 da figura 8 e o método 300 da figura 9 abaixo sejam a seguir ilustrados e descritos na forma de uma série de atos ou eventos, os vários métodos da presente revelação não são limitados pela ordenação ilustrada de tais atos ou eventos exceto como especificamente exposto aqui. A esse respeito, exceto como especificamente fornecido nas reivindicações, alguns atos ou eventos podem ocorrer em ordem diferente e/ou simultaneamente com outros atos ou eventos além daqueles atos ou eventos e ordenação ilustrada e descrita aqui, e nem todas as etapas ilustradas podem ser necessárias para implementar um processo ou método de acordo com a presente revelação. Os métodos revelados, além disso, podem ser implementados em hardware, software executado em processador, lógica programável, etc., ou combinações dos mesmos, para fornecer a funcionalidade descrita, em que esses métodos podem ser postos em prática no sistema de conversão de energia descrito acima 2 como no controlador 60, embora os métodos atualmente revelados não sejam limitados a aplicações e implementações especificas ilustradas e descritas aqui. Além disso, os métodos 200 e 300 podem ser incorporados como instruções executáveis em computador armazenadas em um meio legivel em computador não transitório, como uma memória operativamente associada ao controlador 60 e/ou com o sistema de conversão de energia 2.

Uma condição de equilibrio de voltagem é avaliada em 202 na figura 8, como pelo controlador 60 medindo uma ou mais voltagens (por exemplo, voltagens de linha-linha e/ou linha-neutra) associadas ao conversor 2. Por exemplo, como visto nas figuras 3 e 4 acima, o controlador 60 pode receber sinais e/ou valores indicando as voltagens nos nós centrais do circuito de filtro LCL 20. Em 204, o controlador 60 define ou de outro modo ajusta o limite TH (por exemplo, THB, THUB) com base pelo menos parcialmente em desequilíbrio de voltagem, tamanho de quadro, classe de voltagem e/ou qualquer informação de tolerância de capacitor (por exemplo, 67 e/ou 68a-68c na figura 3 acima). As correntes de capacitor de filtro (por exemplo, Ica, Icb e Icc) são medidas ou de outro modo obtidas em 206 na figura 8, e são filtradas em 208 utilizando um filtro de passagem baixa (por exemplo, componente de filtro 61 na figura 3 acima, com uma freqüência de corte FCUTOFF ajustada entre a segunda e terceira harmônica). Em 210, os sinais ou valores filtrados podem ser escalonados em certas modalidades, e um valor de medição instantânea é computado em 212 (por exemplo, (I2TOTAL) como uma soma dos quadrados das correntes de capacitor de filtro medidas (e filtradas e opcionalmente escalonadas) Ica, Icb e Icc.

Uma determinação é feita em 214 com relação a se a soma de valores de quadrados I2TOTAL excede um limite (por exemplo, o limite THB, THUB como ajustado ou definido em 204). Se não (NO em 214), o processo 200 repete, retornando a 202-212 como descrito acima. Se o valor de limite for excedido (YES em 214), o controlador 60 identifica ou de outro modo determina em 216 que um ou mais dos capacitores de filtro 64 é degradado/degradando, e pode relatar opcionalmente a degradação suspeita e/ou tomar uma ou mais ações remediais em 218. Por exemplo, o controlador pode abrir o disjuntor principal 12 e o contator de pré-carga 16 no conjunto de circuitos de pré-carga 10 da figura 2 acima e/ou pode iniciar outras operações de paralisação controlada e relatório, como ajustar um alarme, indicar uma condição de degradação de capacitor em uma interface de usuário do sistema de conversão de energia 2, enviar uma mensagem de erro para um controlador de supervisão associado ao conversor de energia 2, etc. Além disso, ou separadamente, o controlador 60 pode registrar uma falha e reajustar o conversor de energia 2, como por armazenar um valor em um registro de falha em uma memória não volátil do conversor de energia 2 (não mostrado), ou o controlador 60 pode indicar uma falha não reajustável para uma interface de máquina ser humano (HMI, não mostrado) para niveis diferentes de degradação suspeita (por exemplo, como indicado pela comparação relativa com o limite 65) , e/ou pode somente permitir que uma falha seja reajustada após entrada protegida por senha por pessoal de serviço após inspeção de capacitor de filtro.

Com referência agora às figuras 3, 7 e 9, o controlador 60 em certas modalidades pode medir uma pluralidade de correntes de capacitor de filtro e voltagens CA associadas a um conversor de energia 2, e avaliar degradação de capacitor de filtro com base em um valor de energia computada. A figura 9 ilustra um processo exemplar 300 para identificar degradação de capacitor de filtro de conversor de energia suspeita utilizando computações de energia real e/ou reativa computadas, que podem ser implementadas utilizando o controlador 60 em certas modalidades. Em 302 na figura 9, o controlador 60 mede correntes de capacitor de filtro (por exemplo, Ica, Icb e Icc) e mede voltagens em 304 associadas ao conversor de energia 2. Em 306, o controlador 60 computa um valor de energia real ou ativa (PACTIVE) e/ou um valor de energia reativa (PREACTIVE)com base pelo menos parcialmente nas correntes de capacitor de filtro e as voltagens obtidas em 302 e 304. Por exemplo, o controlador 60 em certas modalidades pode computar um valor de energia ativa como PACTIVE = Va x ÍA + Vb x ÍB + Vc x ic e/ou computador valor de energia relativa PREACTIVE = (1/31/2) (Vba x Ica + Vca x Icb + Vac x Icc) . Em 308, o controlador 60 compara o(s) valor(es) de energia computado (s) (PACTIVE e/ou PREACTIVE) com um limite (por exemplo, limites de energia ativa e reativa THPA e THPR, respectivamente, na figura 7). Se o limite não for excedido (NO em 308) , o processo 300 retorna para 302-306 como descrito acima. Entretanto, se o limite for excedido (SIM em 308), o controlador 306 identifica a degradação suspeita de capacitor de filtro em 310 e pode relatar a degradação e/ou tomar uma ou mais ações remediais em 312, por exemplo, como descrito acima em associação 218 da figura 8.

Como visto na figura 7, os inventores reconheceram que a energia ativa (PACTIVE na figura 7) pode ter um componente de CA pequeno para voltagens de linha desequilibradas, como a situação (por exemplo, em 74) onde os capacitores de filtro CF não são degradados. Desse modo, o limite ativo THPA é ajustado em certas modalidades para estar acima desse valor CA esperado (onde a energia ativa nominal está tipicamente em 0) . Além disso, os inventores reconheceram que a degradação de capacitor de filtro resultará em um componente de crista CA maior dos valores de energia tanto ativa como reativa PACTIVE e PREACTIVE, e o controlador 60, por conseguinte utiliza um ou mais dos valores de limite THPA e THPR de modo a ser capaz de detectar condições de capacitor de filtro degradadas (por exemplo, em 76 e 78 na figura 7) como distinto de condições de voltagem de linha desequilibradas (por exemplo, em 74 na figura 7).

Com referência agora às figuras 10 e 11, em certas modalidades, múltiplos valores de limite 65 podem ser empregados pelo controlador 60 para detectar condições de capacitor de filtro aberto e/ou desequilibrado. Essas múltiplas técnicas de comparação de limite podem ser empregadas em associação a valores de energia ativa e/ou reativa instantânea (por exemplo, PACTIVE e PREACTIVE)e/ou com pelo menos uma soma de valor de quadrados (por exemplo, I2TOTAL) OU combinações dos mesmos.

A figura 10 ilustra uma implementação no controlador 60 utilizando a soma instantânea de valor de quadrados I2TOTAL a partir do componente 63 com base nas correntes de capacitor de filtro (Ica, Icb, icc) através do filtro de passagem baixa 61 e o componente de escalonamento opcional 62 como discutido acima. A soma do valor de quadrados I2TOTAL é fornecida para um componente de comparação 64 e é comparada com um limite superior THu 65A e com um limite inferior THL65B. o controlador 60 inicia um alarme e/ou ação remediai 66 se I2TOTAL for maior do que o limite superior THu 65A ou mais baixo do que o limite inferior THL 65B. os inventores reconheceram que certas configurações de capacitor de filtro, como três capacitores de componente conectados em paralelo para formar uma das capacitâncias de filtro CF pode estar sujeita a efeitos de degradação de capacitor aberto, em que a soma instantânea de valor de quadrados I2TOTAL pode diminuir. Por conseguinte, a comparação desse valor I2TOTAL com o limite inferior THL65B facilita a detecção de tal degradação do tipo capacitor aberto. A esse respeito, o limite inferior THL 65B em certas modalidades é determinado de acordo com o tamanho de quadro 68a, a classificação de classe de voltagem 68b e/ou qualquer informação de tolerância de capacitor 68c.

Os inventores reconheceram ainda que certas arquiteturas de capacitor de filtro são sujeitas a degradação de capacitor desequilibrada, por exemplo, onde três componentes de capacitor são conectados em série para formar uma ou mais das capacitâncias de filtro CF. nessa situação, a degradação de capacitor desequilibrada pode aumentar a soma instantânea de valor de quadrados I2TOTAL. Por conseguinte, o uso do limite superior THu 65A e facilita detecção de tais condições de degradação. Além disso, os limites tanto superior como inferior 65 podem ser utilizados em certas modalidades, por exemplo, onde as capacitâncias de filtro CF incluem componentes de capacitor conectados em serie e/ou paralelo ou em outras situações nas quais formas diferentes de degradação de capacitor de filtro podem levar a aumentos e/ou diminuições na soma instantânea de valor de quadrados I2TOTAL. como observado acima, além disso, tais técnicas de limite dual também podem ser empregadas em associação a valores ou sinais de energia real e/ou reativos (por exemplo, Pactive e PREACTIVE) computados ou de outro modo derivados com base pelo menos em parte em uma ou mais correntes de capacitor de filtro em certas modalidades do controlador 60.

A figura 11 provê um gráfico 80 que mostra exemplos de limites superior e inferior THα65A e THL65B utilizados no controlador 60 da figura 10 juntamente com a soma instantânea de valor de quadrados I2TOTAL para voltagens de linha equilibradas em 82 e voltagens de linha desequilibradas em 84, bem como para capacitores de filtro desequilibrados conectados em série em 86 (por exemplo, para condições de voltagem de linha equilibradas) e degradação de capacitor de filtro aberto para conexão paralela em 88 (também para condições de voltagem de linha equilibradas). Como visto nesses exemplos, o limite superior THu 65A é ajustado em um nivel (por exemplo, 1,16 pu em uma modalidade) suficiente para evitar disparo falso com base em condições de voltagem de linha puramente desequilibradas em 84, enquanto dispara iniciação de um alarme e/ou ação remedial com base em condições de degradação de capacitor de filtro desequilibradas mostradas em 86. Além disso, o limite inferior THL 65B é menor do que 1 pu (por exemplo, 0,82 pu em um exemplo) que não causará um alarme para condições de voltagem de linha desequilibradas em 84, porém iniciará alarme ou ação remediai para uma situação de degradação de capacitor de filtro aberto como mostrado em 88 na figura 11.

Em certas modalidades, além disso, um ou ambos o limite superior THu 65A e limite inferior THL 65B podem ser ajustados para cima pelo controlador 60 se a voltagem de entrada CA recebida da fonte de energia 4 for elevada e esses podem ser ajustados para baixo se a voltagem de entrada CA for baixa em relação a um valor de voltagem nominal. Como visto na figura 10, um componente de detecção de voltagem 67 pode ser fornecido no controlador 60 para monitorar uma ou mais das voltagens de conversor de energia (por exemplo, VA, VB e/ou VC) . O componente de detecção 67 em certas modalidades ajusta seletivamente um ou ambos os limites THu 65A e/ou THL com base pelo menos em parte em uma ou mais das voltagens CA associadas ao sistema de conversão de energia 2. Por exemplo, o componente de detecção de voltagem 67 em certas modalidades aumenta um ou ambos os limites THu 65A e/ou THL 65B se pelo menos uma voltagem CA for maior do que um valor nominal (por exemplo, maior do que 240 V CA em certas modalidades) e diminui um ou ambos os limites 65A e/ou 65B se uma voltagem de sistema for menor do que o valor nominal. A esse respeito, os inventores reconheceram que voltagens elevada ou baixa fornecidas pela fonte de energia 4 podem causar aumentos ou diminuições respectivas na soma instantânea por unidade de valor de quadrados I2TOTAL, e o mesmo é verdadeiro para sinais ou valores de energia PACTIVE e/ou Preactíve. Por conseguinte, o controlador 60 em certas modalidades pode seletivamente ajustar um ou ambos os limites 65A e/ou 65B de acordo.

No exemplo da figura 10, além disso, I2TOTAL também é fornecido a um componente de crista de pico 63A, e o componente de crista de pico da soma instantânea de valor de quadrados é comparado com um limite de pico de crista THRP65C utilizando um componente de comparação 64A. se o componente de crista de pico estiver acima do limite THRP 65C, o componente de comparação 64A em certas modalidades inicia um alarme e/ou ação remedial 66. Por exemplo, como visto na figura 11, o limite THRP 65C é ajustado em um valor positivo (por exemplo, aproximadamente 0,3 pu em um exemplo) para evitar falso disparo para condições de voltagem de linha desequilibradas em 84, enquanto inicia um alarme e/ou ação remedial 66 para condições de degradação de capacitor de filtro aberto ou desequilibradas em 86 e/ou 88. Como visto na figura 10, além disso, o limite de pico de crista THRP 65C em certas modalidades é ajustado de acordo com um ou mais do tamanho de quadro de conversor de energia 68a, classe de voltagem 68b e/ou a informação de tolerância de capacitor 68c. além disso, o componente de detecção de voltagem 67 em certas modalidades pode seletivamente aumentar ou diminuir o limite de pico de crista THRP65C com base pelo menos em parte em uma ou mais voltagens associadas ao sistema de conversão de energia 2, por exemplo, por aumentar o limite THRP 65C se a voltagem de conversor de energia estiver acima de um valor nominal, e diminuir o limite THRP 65C se a voltagem de conversor estiver abaixo do valor nominal. O controlador 60 em certas modalidades pode fornecer alarme seletivo e/ou iniciação de ação remediai 66 com base em uma, algumas ou todas as comparações de limite acima, como disparo baseado na soma instantânea de valor de quadrados I2TOTAL compreendido fora de uma faixa definida pelos limites inferior e superior 65A e 65B ou disparo no valor de pico de crista 63A excedendo o limite de pico de crista THRP 65C em uma modalidade possivel. Qualquer outra lógica Booleana pode ser utilizada para seletivamente iniciar o alarme e/ou ação remedial com base em uma ou mais das comparações de limite descritas acima.

Os exemplos acima são meramente ilustrativos de várias modalidades possiveis de vários aspectos da presente revelação, em que alterações e/ou modificações equivalentes ocorrerão a outros versados na técnica após leitura e compreensão desse relatório descritivo e desenhos em anexo. Em consideração especifica às várias funções realizadas pelos componentes acima descritos (montagens, dispositivos, sistemas, circuitos, e similares), os termos (incluindo uma referência a um "meio") utilizado para descrever tais componentes pretendem corresponder, a menos que de outro modo indicado, a qualquer componente, como hardware, software executado por processador, ou combinações dos mesmos, que executa a função especificada do componente descrito (isto é, que é funcionalmente equivalente), embora não estruturalmente equivalente à estrutura revelada que executa a função nas implementações ilustradas da revelação. Além disso, embora uma característica especifica da revelação possa ter sido revelada com relação somente a uma de várias implementações, tal característica pode ser combinada com uma ou mais outras características das outras implementações como pode ser desejado e vantajoso para qualquer aplicação dada ou especifica. Além disso, até, o ponto em que os termos "incluindo", "inclui"m "tendo""tem", "com", ou variantes do mesmo são utilizados na descrição detalhada e/ou nas reivindicações, tais termos pretendem ser inclusivos em um modo similar ao termo "compreendendo".

LISTA DE COMPONENTES 10 circuito de pré-carga 12 disjuntor principal 13 terminal de saida de pré-carga 14 aparelho de desconexão fundida 16 contator 18 resistores de pré-carga 19 fonte de energia 20 sistema de conversão de energia 21 filtro 22 nós CA 3 entrada CA 30 retificador 32, 34 nós CC 4 fonte de energia de entrada 40 ligação CC 50 inversor 52 saida CA 6 carga 60 controlador 61 filtro 62 componente de escalonamento 67 componente de deteccao C1, C2 capacitores D1-D6 diodos de retificador passive D7-D12 diodos de retificador conectados em paralelo L1 (por eXemplo, L1A, L1B e L1C) inductor L1 e L2 primeiro e segundo indutores Q1-Q6 comutadores de retificador Q7-A12 dispositivos de comutacao de inversor

Claims

1. Sistema de conversão de energia (2) , compreendendo: uma entrada CA (3) acoplável para receber energia de entrada CA a partir de uma fonte de energia (4); um retificador (30) operativo para converter a energia de entrada CA para fornecer uma saida CC; um inversor (50) operativamente acoplado à saida CC do retificador (30) para fornecer uma saida CA (52); e um circuito de filtro (20) acoplado entre a entrada CA (3) e o retificador (30) , o circuito de filtro (20) compreendendo uma pluralidade de capacitores de filtro (CF) ; um controlador (60) operativo para identificar degradação suspeita de pelo menos um dos capacitores de filtro (CF) com base pelo menos parcialmente em correntes (Ica, Icb, Icc) fluindo na pluralidade de capacitores de filtro (CF), caracterizadopelo fato de que o controlador (60) é operativo para: medir (302) uma pluralidade de correntes de capacitor de filtro (Ica, Icb, Icc) associadas à pluralidade de capacitores de filtro (Ica, Icb, Icc); medir (304) uma pluralidade de voltagens de CA associadas ao sistema de conversão de energia (2); computar (306) pelo menos um de um valor de energia ativa instantânea (PACTIVE) e um valor de energia reativa instantânea (PREACTIVE) de acordo com as correntes de capacitor de filtro medidas (Ica, Icb, Icc) e as voltagens de CA medidas; comparar (308) o valor de energia computada (PACTIVE, PREACTIVE)com um limite (TH) ; e identificar seletivamente degradação suspeita de capacitor de filtro (310) se o valor de energia computada (PACTIVE, PREACTIVE) excede o limite (TH) .

2. Sistema de conversão de energia (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o controlador (60) é operativo para: computar (212) uma soma dos quadrados de uma pluralidade de correntes de capacitor de filtro (Ica, Icb, Icc) associadas à pluralidade de capacitores de filtro (Ica, Icb, Icc); e identificar seletivamente degradação suspeita de capacitor de filtro (216) se a soma computada exceder um limite (TH).

3. Sistema de conversão de energia (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que os capacitores de filtro individuais (CF) incluem uma pluralidade de capacitores de componentes interconectados, e em que o limite (TH) é ajustado pelo menos parcialmente de acordo com um valor dos capacitores de componente e uma configuração de interconexão dos capacitores de componente.

4. Sistema de conversão de energia (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o circuito de filtro (20) é um circuito LCL com primeiro e segundo indutores (LI, L2) conectados em série entre si entre cada terminal de entrada da entrada CA (3) e uma fase de entrada correspondente do retificador (30) , com pelo menos um da pluralidade de capacitores de filtro (CF) conectados a um nó central entre os primeiro e segundo indutores (Ll, L2) .

5. Sistema de conversão de energia (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a pluralidade de capacitores de filtro (CF) é conectada em uma configuração delta.

6. Sistema de conversão de energia (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a pluralidade de capacitores de filtro (CF) é conectada em uma configuração Y.

7. Sistema de conversão de energia (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a degradação suspeita de capacitor de filtro (310) é identificada seletivamente se o valor de energia ativa instantânea (PACTIVE) for maior do que um limite superior (THu) ou se o valor de energia reativa instantânea (PREACTIVE) for menor do que um limite inferior (THL) .

8. Método (300) para identificar degradação suspeita de capacitor de filtro em um sistema de conversão de energia, o método sendo caracterizadopelo fato de que compreende: medir (302) uma pluralidade de correntes de capacitor de filtro (Ica, Icb, Icc) associadas a uma pluralidade de capacitores de filtro (CF) do sistema de conversão de energia; medir (304) uma pluralidade de voltagens de CA associadas ao sistema de conversão de energia (2); computar (306) pelo menos um de um valor de energia ativa instantânea (PACTIVE) e um valor de energia reativa instantânea (PREACTIVE) de acordo com as correntes de capacitor de filtro medidas (Ica, Icb, Icc) e as voltagens de CA medidas; comparar (308) o valor de energia computada (PACTIVE, PREACTIVE)com um limite (TH) ; e identificar seletivamente degradação suspeita de capacitor de filtro (310) se o valor de energia computada (PACTIVE, PREACTIVE) excede o limite (TH) .

9. Meio legivel por computador não transitório, caracterizado por armazenar instruções para execução em um computador, em que as instruções, quando executadas pelo computador, fazem com que o computador execute um método para identificar degradação suspeita de capacitor de filtro em um sistema de conversão de energia, o método compreendendo as etapas de: medir (302) uma pluralidade de correntes de capacitor de filtro (Ica, Icb, Icc) associadas a pluralidade de capacitores de filtro (CF) do sistema de conversão de energia; medir (304) uma pluralidade de voltagens de CA associadas ao sistema de conversão de energia (2); computar (306) pelo menos um de um valor de energia ativa instantânea (PACTIVE) e um valor de energia reativa instantânea (PREACTIVE) de acordo com as correntes de capacitor de filtro medidas (Ica, Icb, Icc) e as voltagens de CA medidas; comparar (308) o valor de energia computada (PACTIVE, PREACTIVE) com um limite (TH) ; e identificar seletivamente degradação suspeita de capacitor de filtro (310) se o valor de energia computada (PACTIVE, PREACTIVE) excede o limite (TH) .