CN102353896B - 多电平转换器和确定多电平转换器的开关装置故障的方法 - Google Patents
多电平转换器和确定多电平转换器的开关装置故障的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102353896B CN102353896B CN201110161372.9A CN201110161372A CN102353896B CN 102353896 B CN102353896 B CN 102353896B CN 201110161372 A CN201110161372 A CN 201110161372A CN 102353896 B CN102353896 B CN 102353896B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- switchgear
- voltage
- many level
- level translators
- external switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/487—Neutral point clamped inverters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/18—Modifications for indicating state of switch
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/40—Testing power supplies
- G01R31/42—AC power supplies
Abstract
本发明的名称为用于多电平转换器的开关装置故障检测系统和方法，多电平转换器包括各具有至少两个内开关装置、至少两个外开关装置、至少两个箝位二极管、分离的DC链路的多个相臂以及开关装置故障检测电路。开关装置故障检测电路包括用于每个开关装置的逻辑模块、电压计算模块和故障检测算法。逻辑模块通过比较开关装置电压和阈值参考电压来生成闭塞状态逻辑信号，并且电压计算模块基于开关装置的栅极驱动信号和输出电流方向来确定每个开关装置的预计电压闭塞状态。故障检测算法基于开关装置的预计电压闭塞状态和闭塞状态逻辑信号来检测任一个开关装置的故障状况。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测多电平转换器中的开关装置故障状况的方法。
背景技术
多电平转换器(例如中性点箝位转换器)一般用于诸如变速驱动(VSD)系统之类的大功率工业应用或者诸如太阳能(或光伏)发电系统、风力涡轮发电机或海洋和流体动力发电系统之类的能量转换应用中。多电平转换器的一般功能是通过通常从电容器电压源所得到的若干电压电平来合成正弦电压。三电平转换器包括串联的两个电容器电压，其中中心抽头作为中性点。三电平转换器的各相臂(phaseleg)具有串联的两对开关装置。开关装置在电流方面是双向的，常常实现为单向电子开关装置(例如IGBT、IGCT)和二极管(续流二极管)的反并联。
多电平转换器中的开关装置在短路状况期间或者在箝位电感负载的断开开关期间受到高电和热应力。例如，如果在开关装置中因电应力或过电流而存在大功率损耗，则开关装置过热，并且可能导致开关装置的热击穿。类似地，当切断电感负载或电感电流时，开关装置可观测到引起开关装置的电压击穿的过电压。一旦开关装置因过热或过电压而被击穿或破坏，在没有保护措施的情况下，连锁反应可能发生，从而引起整个多电平转换器桥的破坏。因此，检测多电平转换器中开关装置中的故障是重要的。用于检测IGBT转换器中的开关装置故障的测量的一个示例是去饱和电路(desaturationcircuit)。但是，使用去饱和电路的方法仅当对应开关装置接通时才检测故障状况，而当对于开关装置的栅极驱动信号断开时没有提供任何信号。因此，去饱和电路没有检测所有可能的短路故障状况。
因此，希望提供解决上述问题的方法和系统。
发明内容
按照本发明的一个实施例，提供一种多电平转换器，其中带有各具有至少两个内开关装置、至少两个外开关装置、至少两个箝位二极管和分离的DC链路(splitDClink)的多个相臂。多电平转换器也包括开关装置故障检测电路，其中包括用于每个开关装置的逻辑模块，以便通过比较开关装置电压和阈值参考电压来生成闭塞状态逻辑信号。开关装置故障检测电路还包括电压计算模块，以便基于开关装置的栅极驱动信号和输出电流方向来确定每个开关装置的预计电压闭塞状态。开关装置故障检测电路还包括故障检测算法(故障检测算法模块，故障检测算法单元)，以便基于闭塞状态逻辑信号和开关装置的预计电压闭塞状态来检测任一个开关装置中的故障状况。
按照本发明的另一个实施例，提供一种多电平转换器，其中带有各具有至少两个内开关装置、至少两个外开关装置、至少两个箝位二极管和分离的DC链路的多个相臂。多电平转换器也包括开关装置故障检测电路，其中具有：电压计算模块，用以基于开关装置的栅极驱动信号和输出电流方向来确定相臂的相端子处的预计输出电压；以及故障检测算法，用以通过将预计输出电压与实际输出电压进行比较来检测任一个开关装置中的故障状况。
按照本发明的一个实施例，提供一种确定多电平转换器的开关装置中故障状况的方法，其中多电平转换器包括分离的DC链路以及各具有至少两个内开关装置、至少两个外开关装置、至少两个箝位二极管的多个相臂。该方法包括基于开关装置的栅极驱动信号和输出电流方向来确定每个开关装置的预计电压闭塞状态，并且通过比较开关装置上的端子电压和阈值参考电压来生成闭塞状态逻辑信号。该方法也包括基于闭塞状态逻辑信号和开关装置的电压闭塞状态来检测开关装置中的故障状况。
按照本发明的又一个实施例，提供一种用于多电平转换器的开关装置故障检测电路，其中多电平转换器包括分离的DC链路以及各具有至少两个内开关装置、至少两个外开关装置和至少两个箝位二极管的多个相臂。开关装置故障检测电路包括用于每个开关装置的逻辑模块，以便通过比较开关装置电压和阈值参考电压来生成闭塞状态逻辑信号。开关装置故障检测电路还包括电压计算模块，用以基于开关装置的栅极驱动信号和输出电流方向来确定每个开关装置的预计电压闭塞状态。开关装置故障检测电路还包括故障检测算法，用以基于闭塞状态逻辑信号和开关装置的预计电压闭塞状态来检测任一个开关装置中的故障状况。
附图说明
通过参照附图阅读以下详细描述，会更好地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，附图中，相似符号在附图中通篇表示相似部件，附图包括：
图1是常规中性点箝位多电平转换器的一个臂的电路图及其输出波形；
图2是三相三电平NPC转换器的臂中故障状况的表示；
图3是按照本发明的一个实施例的开关装置故障检测电路；
图4是按照本发明的一个实施例的电压计算模块的图解表示；
图5是按照本发明的一个实施例的故障检测算法；
图6是按照本发明的一个实施例的另一个故障检测算法；以及
图7是按照本发明的一个实施例的另一个开关装置故障检测电路。
元件列表
10常规中性点箝位(NPC)三电平转换器的一个臂的示意图
12常规NPC三电平转换器的输出波形
14NPC三电平转换器的一个臂
16，18，20，22开关装置
24，26二极管
28DC链路的中心点
30DC链路
40具有故障的三电平转换器的一个臂的示意图
42，48外开关装置
44，46内开关装置
49臂的中心点
50，52箝位二极管
51DC链路的中心点
53DC链路
56DC链路的顶部电容器
58DC链路的底部电容器
60故障状况
70开关装置故障检测电路
72，74，76，78逻辑模块或比较器
80电压计算模块
82故障检测算法
81用于确定多电平转换器端子处的预计输出电压的预计电压计算模块
83-100预计电压计算步骤
110故障检测算法
112-130故障检测算法步骤
150另一个故障检测算法
152-166故障检测算法步骤
180另一个开关装置故障检测电路
182故障检测算法
具体实施方式
正如下文中详细论述的一样，本发明的实施例使多电平转换器能够以开关装置故障检测方案将直流(DC)电力转换为交流(AC)电力。例如，在三电平中性点箝位(NPC)转换器中，当开关装置(图1的16、18、20或22)或者箝位二极管(图1的24或26)出故障短接时，存在关键故障模式。在这种状况下，DC链路的一半、即图1中的V1或V2被充电到机器的峰值线间电压或者网侧电压。这个值通常高于开关装置和电容器的最大容许闭塞电压。在这种情况下，其它开关装置或箝位二极管在电压和电流方面可能受到超出其能力的压力(bestressed)。因此，这将使附加开关装置、特别是连接到相同DC母线的相臂中的开关装置在最初开关装置的故障之后出故障。本发明的开关装置故障检测方案提供适当逻辑电路来检测开关装置中的故障，并且因此防止可用于诸如太阳能(或光伏)发电系统、风力涡轮发电机或海洋和流体动力发电系统之类的应用中的多电平转换器的二次损坏。
图1示出常规中性点箝位(NPC)或二极管箝位三电平转换器的一个臂或一相的示意图10及其输出波形12。三电平转换器的一个臂14包括四个开关装置16、18、20和22以及两个箝位二极管24和26。输入电压V1和V2被控制成各具有等于Vdc/2的电压，其中Vdc是总DC链路电压。电压V3是相对DC链路30的中心点28所测量的相位A输出电压。开关装置16是对开关装置20的补充，使得当开关装置16导通(gatedon)时，开关装置20关断，反过来也是一样。类似地，开关装置18和22是互补的。
在操作中，NPC三电平转换器的各臂具有三个开关级。在第一开关级，开关装置16和18接通，而开关装置20和22断开。假定稳定操作，V1＝V2＝Vdc/2，并且V3变成Vdc/2。在第二开关级，开关装置18和20接通，而开关装置16和22断开。在这一级，V3等于0。在第三开关级，开关装置16和18断开，而开关装置20和22接通。这使V3变成-Vdc/2，如波形12所示。因此能够看到，相电压V3具有三个电平Vdc/2、-Vdc/2和0。当组合NPC三相转换器的全部三个臂时，则所产生线间电压具有五个电平，即Vdc、Vdc/2、0、-Vdc/2和-Vdc。图1的三电平转换器14可根据电路拓扑结构以及电路中的开关装置和二极管的数量增加到任何电平。随着转换器中的电平数量增加，转换器的输出波形接近纯正弦波，从而引起输出电压中的较低谐波。一般来说，开关级的数量能够高于三个，因为如果对应续流二极管将传导电流，则开关装置可以没有导通。这种操作模式不影响输出相电压的电平数量。
图2示出多电平转换器的一个臂40中的故障状况60。如前面所述，转换器的各臂40例如包括两个外开关装置和两个内开关装置，分别为42、48和44、46。此外，臂40包括两个箝位二极管50和52，并且其输出电压Vo在臂40的中心点49与DC链路53的中心点51之间测量。臂40连接到具有顶部电容器56和底部电容器58的分离的DC链路53。图2示出出故障短接(由参考标号60表示)的臂40的外开关装置42。此状况例如可作为诸如外开关装置42的热击穿、外开关装置42的电压击穿、因宇宙射线引起的故障以及因开关装置的不牢固制造引起的故障之类的发生事件的结果而发生。例如，当底部两个开关装置46、48导通以便具有Vo＝-Vdc/2时，出现在内开关装置44上的电压将为总DC链路电压、即Vdc，这可能引起开关装置44的故障。
图3示出按照本发明的一个实施例的开关装置故障检测电路70。该电路包括逻辑模块或比较器72、74、76和78，它们各对应于开关装置42、44、46和48(图2)中的相应一个。开关装置故障检测电路70还包括电压计算模块80和故障检测算法82。各比较器72、74、76和78比较两个输入：i)开关装置电压，即，开关装置上的电压Vsw；以及ii)阈值参考电压Vth；并且提供称作闭塞状态逻辑信号Vc的输出电压。在一个实施例中，阈值参考电压Vth设置成略高于开关装置导电时其上的额定电压降。在另一个实施例中，这个信号通常已经是从(例如IGBT转换器中的)去饱和检测电路可得到的。在又一个实施例中，阈值参考电压Vth可设置成前一个实施例中的电压、即略高于开关装置上的额定电压降的电压与Vdc/2的下限之间的任意适当电平。在一个实施例中，如果Vsw大于Vth，则闭塞状态逻辑信号Vc为‘高’，否则为‘低’。应当注意，‘高’指的是比较器的正供给电压，而‘低’指的是比较器的负供给电压。因此，比较器72比较Vsw1和Vth，并且输出Vc1，其中Vsw1指的是开关装置42上的电压，比较器74比较开关装置44上的电压Vsw2和Vth，并且输出Vc2。类似地，比较器76比较作为开关装置46上的电压的Vsw3和Vth，并且输出Vc3，以及比较器78比较开关装置48上的电压Vsw4和Vth，并且输出Vc4。在一个实施例中，比较器可以是开环运算放大器电路或者集成在芯片中的专用电压比较器。在另一个实施例中，提供阈值电压逻辑信号的、一般用于IGBT驱动器中的去饱和电路的一部分也可用作比较器。
基于开关装置42、44、46和48的栅极信号和输出电流方向(即Io方向)，电压计算模块80确定在当前开关级中，各开关装置是否应该闭塞其端子上的电压。电压计算模块的输出是开关装置的预计电压闭塞状态Vs1、Vs2、Vs3和Vs4，它们被输入到开关装置故障检测算法82中。作为中间步骤在电压计算模块80中计算正常状况期间在多电平转换器的臂的输出端点49和51处的预计电压Vexp。预计电压基于诸如开关装置42、44、46和48的栅极驱动信号G1、G2、G3和G4以及对应输出电流方向、即Io方向之类的输入来确定。预计输出电压Vexp具有三个电平，即正、负和零。基于这些电平、栅极驱动信号和输出电流方向，进行关于特定开关装置是否应当闭塞电压的确定，并且因而生成逻辑信号Vs1、Vs2、Vs3和Vs4。如果逻辑信号的任一个为高，则它指示特定开关装置应当闭塞电压，否则不应当闭塞电压。开关装置故障检测算法82然后对于各开关装置将关于装置实际上是否闭塞的信息(即，Vc1、Vc2、Vc3和Vc4)与关于在当前开关级各装置是否应当闭塞的信息(即，Vs1、Vs2、Vs3和Vs4)进行比较。如果任何开关装置的实际闭塞状态和预计闭塞状态不匹配(例如，如果Vc1≠Vs1)，则检测到故障。
上述开关装置故障检测电路70可在模拟域或数字域或者它们的组合中实现。在数字电路用于处理的情况下，该电路一般将包括模数转换，但是模拟处理组件一般不要求这种转换，除非某种处理在数字域中进行。数字电路的示例包括诸如编程微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用数字信号处理器(DSP)之类的数字组件。应当注意，图3所示的组件所表示的处理的具体顺序可以改变，并且其它组件可在需要时包含在整体电路中。
图4示出用于确定多电平转换器端子处的预计输出电压的预计电压计算模块81的一个示例实现。模块81接收诸如分别用于开关装置42、44、46和48的栅极驱动信号G1、G2、G3和G4的输入以及还接收输出电流或Io方向。应当注意，栅极驱动信号电平确定任何开关装置是否接通。例如，如果G2或G3为高，则开关装置44或46分别接通。因此，对于下面所提供的所有情况，如果开关装置接通，则对应栅极驱动信号称作高。在第一步骤83，确定内开关装置44或46的任一个是否接通以及外开关装置42和48是否均断开。在这种情况下，箝位二极管50或52的任一个导电，并且因而预计电压Vexp相当于零，如框84所示。这个状况在步骤83中由布尔方程来表示。但是，如果不满足这个状况，则在步骤86，确定两个顶部开关装置42和44是否均接通，即，是否G1.G21.。如果两个顶部开关装置均接通，则输出端子处的预计电压Vexp应当为正电压，即V+，由框88表示。如果不满足在步骤86中检查的状况，则步骤90确定两个底部开关装置46和48是否均接通，即，是否G3.G4＝1.。两个底部开关装置46和48均接通指示预计电压Vexp应当为负电压，即V-，由框92表示。如果不满足状况83、86或90的任一个，则输出电流(Io)方向帮助确定预计电压Vexp。在步骤94，确定输出电流Io是否为负。如果输出电流Io为负，则在步骤96，确定所有开关装置42、44、46和48是否均断开。这个状况在步骤96中由来表示。如果所有开关装置均断开，并且输出电流Io为负，则指示顶部两个开关装置的续流二极管导电。因此，这个状况期间的预计电压Vexp将为正电压V+，由框88表示。如果在步骤94确定输出电流Io不为负，则在步骤98，确定输出电流Io是否为正。如果输出电流Io为正，则在步骤100，再次确定所有开关装置是否均断开。如果所有开关装置均断开，并且电流方向为正，则指示底部两个开关装置的续流二极管导电，并且这个状况期间的预计电压将为负电压V-。
图5示出按照本发明的一个实施例的故障检测算法110。算法110确定应当闭塞DC电压的任何开关装置是否实际上没有闭塞DC电压。在算法110的步骤112，确定预计电压Vexp是否为正(V+)。如果Vexp不等于V+，即，如果Vexp等于负电压V-或零电压，则在步骤114，检查第一开关装置42的闭塞状态逻辑信号Vc1是低还是高。如果Vc1为低，则指示开关装置42在实际上应当闭塞电压时没有闭塞任何电压。然后提供故障指示或短路指示，如框116所示。在Vexp不等于V+时检查的另一个状况是Vexp是否为负电压，即V-。如果在步骤118确定Vexp实际为V-，则在步骤120，检查开关装置44的闭塞状态逻辑信号Vc2是否为低。如果Vc2为低，则第二开关装置44被认为有故障，如框122所示。如果在步骤124确定Vexp为正电压、即V+，则在步骤124，将开关装置46的闭塞状态逻辑信号Vc3与低电压进行比较。如果发现Vc3为低，则表示开关装置46有故障，如框126所示。此外，如果Vexp从步骤118确定为零或者从步骤112确定为正，则在步骤128，检查开关装置48的闭塞状态逻辑信号Vc4是否为低。如果Vc4为低，则它是开关装置48有故障的指示，如框130所示。因此，通过采用各种组合的这种方式，确定开关装置的故障状况。
图6示出按照本发明的一个实施例的另一个故障检测算法150。算法150是对算法110的补充，即，它确定没有预计闭塞任何电压的任何开关装置实际上是否闭塞电压。在算法150的步骤152，确定预计电压Vexp是否为正(即，V+)。如果Vexp为正，则在步骤154检查第一开关装置(图2的42)的闭塞状态逻辑信号Vc1是低还是高。如果Vc1为高，则指示开关装置42有故障，如框156所示。此外，如果确定Vexp不为正，即，它为负或零，则在步骤158检查开关装置46的闭塞状态逻辑信号Vc3为高还是低，以及如果确定Vc3为高，则指示开关装置46有故障，如框160所示。从步骤162检查Vexp是否为负、即V-，以及如果是的话，则从步骤164确定开关装置48的闭塞状态逻辑信号Vc4是高还是低。如果Vc4为高，则指示开关装置48有故障，如框166所示。此外，如果从步骤152确定Vexp为V+或者从步骤162确定Vexp为零，则在步骤168检查开关装置44的闭塞状态逻辑信号Vc2是否为高。如果结果是Vc2为高，则表示开关装置44有故障，如框170所示。应当注意，图4、图5或图6所示的步骤并不受其次序限制。在一个实施例中，步骤的一部分能够并行执行，或者在另一个实施例中，步骤的次序能够互换，只要它不影响最终结果即可。
图7是按照本发明的一个实施例的另一个开关装置故障检测电路180。开关装置故障检测电路180利用图4所示的电压计算模块80。电路180还利用故障检测算法182来检测开关装置中的故障。算法182将预计电压Vexp与从多电平转换器臂输出端子测量的实际电压进行比较。如果存在不匹配，则指示开关装置的故障。例如，如果Vexp为正电压而实际电压为零，则指示开关装置46短路。因此，故障检测算法182检测各种开关装置中的故障。
虽然本文仅说明和描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员会想到多种修改和变更。因此要理解，所附权利要求书预计涵盖落入本发明的真实精神之内的所有这类修改和变更。
Claims (18)
1.一种多电平转换器，包括：
多个相臂，各具有至少两个内开关装置、至少两个外开关装置、至少两个箝位二极管，且各具有分离的DC链路；以及
开关装置故障检测电路，包括：
每个所述开关装置的逻辑模块，用以通过比较开关装置电压和阈值参考电压来生成闭塞状态逻辑信号；
电压计算模块，用以基于所述开关装置的栅极驱动信号和输出电流方向来确定每个所述开关装置的预计电压闭塞状态；
故障检测算法，用以基于所述闭塞状态逻辑信号和所述开关装置的所述预计电压闭塞状态来检测任一个所述开关装置中的故障状况。
2.如权利要求1所述的多电平转换器，其中，所述阈值参考电压高于所述开关装置上的额定电压降。
3.如权利要求1所述的多电平转换器，其中，所述阈值参考电压在所述开关装置上的额定电压降与一半所述DC链路电压之间。
4.如权利要求1所述的多电平转换器，其中，所述逻辑模块包括去饱和电路比较器。
5.如权利要求1所述的多电平转换器，其中，电压计算模块确定所述多电平转换器输出端子处的预计输出电压，并且其中所述内开关装置其中之一包括顶部内开关装置，所述内开关装置的另一个包括底部内开关装置，所述外开关装置其中之一包括顶部外开关装置，以及所述外开关装置的另一个包括底部外开关装置。
6.如权利要求5所述的多电平转换器，其中，当任一个所述内开关装置的栅极驱动信号为高以及两个所述外开关装置的所述栅极驱动信号均为低时，所述预计电压为零电压。
7.如权利要求5所述的多电平转换器，其中，当所述顶部内开关装置和顶部外开关装置的所述栅极驱动信号均为高时或者当所述输出电流方向为负并且所有所述开关装置的所述栅极驱动信号均为低时，所述预计输出电压为正电压。
8.如权利要求5所述的多电平转换器，其中，当所述底部内开关装置和底部外开关装置的所述栅极驱动信号均为高时或者当所述输出电流方向为正并且所有所述开关装置的所述栅极驱动信号均为低时，所述预计输出电压为负电压。
9.如权利要求5所述的多电平转换器，其中，当所述预计输出电压不为正并且所述顶部外开关装置的所述闭塞状态逻辑信号为低时，所述故障检测算法检测所述顶部外开关装置中的所述故障状况。
10.如权利要求5所述的多电平转换器，其中，当所述预计输出电压为负并且所述项部内开关装置的所述闭塞状态逻辑信号为低时，所述故障检测算法检测所述项部内开关装置中的所述故障状况。
11.如权利要求5所述的多电平转换器，其中，当所述预计输出电压为正并且所述底部内开关装置的所述闭塞状态逻辑信号为低时，所述故障检测算法检测所述底部内开关装置中的所述故障状况。
12.如权利要求5所述的多电平转换器，其中，当所述预计输出电压不为负并且所述底部外开关装置的所述闭塞状态逻辑信号为低时，所述故障检测算法检测所述底部外开关装置中的所述故障状况。
13.如权利要求5所述的多电平转换器，其中，当所述预计输出电压为正并且所述顶部外开关装置的所述闭塞状态逻辑信号为高时，所述故障检测算法检测所述顶部外开关装置中的所述故障状况。
14.如权利要求5所述的多电平转换器，其中，当所述预计输出电压不为负并且所述顶部内开关装置的所述闭塞状态逻辑信号为高时，所述故障检测算法检测所述顶部内开关装置中的故障状况。
15.如权利要求5所述的多电平转换器，其中，当所述预计输出电压不为正并且所述底部内开关装置的所述闭塞状态逻辑信号为高时，所述故障检测算法检测所述底部内开关装置中的故障状况。
16.如权利要求5所述的多电平转换器，其中，当所述预计输出电压为负并且所述底部外开关装置的所述闭塞状态逻辑信号为高时，所述故障检测算法检测所述底部外开关装置中的故障状况。
17.一种多电平转换器，包括：
多个相臂，各具有至少两个内开关装置、至少两个外开关装置、至少两个箝位二极管，且各具有分离的DC链路；以及
开关装置故障检测电路，包括：
电压计算模块，用以基于开关装置的栅极驱动信号和输出电流方向来确定相臂的相端子处的预计输出电压(Vexp)；
故障检测算法，用以通过将所述预计输出电压与实际输出电压进行比较，来检测任一个所述开关装置中的故障状况。
18.一种确定多电平转换器的开关装置中故障状况的方法，所述多电平转换器包括分离的DC链路以及多个相臂，所述多个相臂各具有至少两个内开关装置、至少两个外开关装置、至少两个箝位二极管，所述方法包括：
基于所述开关装置的栅极驱动信号和输出电流方向来确定每个所述开关装置的预计电压闭塞状态；
通过比较开关装置上的端子电压和阈值参考电压来生成闭塞状态逻辑信号；以及
基于所述闭塞状态逻辑信号和所述开关装置的所述预计电压闭塞状态来检测所述开关装置中的故障状况。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/789,513 US8471584B2 (en) | 2010-05-28 | 2010-05-28 | Switching device failure detection system and method for multilevel converters |
| US12/789513 | 2010-05-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102353896A CN102353896A (zh) | 2012-02-15 |
| CN102353896B true CN102353896B (zh) | 2015-11-25 |
Family
ID=44142216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110161372.9A Active CN102353896B (zh) | 2010-05-28 | 2011-05-27 | 多电平转换器和确定多电平转换器的开关装置故障的方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8471584B2 (zh) |
| EP (1) | EP2393198B1 (zh) |
| CN (1) | CN102353896B (zh) |
| DK (1) | DK2393198T3 (zh) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5347795B2 (ja) * | 2009-07-21 | 2013-11-20 | 富士通株式会社 | 電源装置、電源ユニット診断装置および電源装置の制御方法 |
| US20120112545A1 (en) * | 2010-11-04 | 2012-05-10 | Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation | M2LC System Coupled to a Rectifier System |
| US8400739B2 (en) * | 2011-02-28 | 2013-03-19 | General Electric Company | System and method for operating inverters |
| CN102832796A (zh) * | 2011-06-15 | 2012-12-19 | 力博特公司 | 缓冲电路和具有该缓冲电路的逆变器 |
| US8472153B1 (en) * | 2011-12-20 | 2013-06-25 | General Electric Company | Neutral point clamped power converter fault detection, identification, and protection |
| US9154049B2 (en) * | 2012-05-10 | 2015-10-06 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Power conversion apparatus having a three-level converter that converts AC voltage to DC voltage having three levels |
| JP6075224B2 (ja) * | 2013-06-25 | 2017-02-08 | 株式会社明電舎 | マルチレベル電力変換装置 |
| JP2015012621A (ja) * | 2013-06-26 | 2015-01-19 | 富士電機株式会社 | マルチレベル電力変換回路 |
| GB2518686A (en) | 2013-09-30 | 2015-04-01 | Alstom Technology Ltd | An electrical assembly |
| CN104764943B (zh) * | 2014-01-03 | 2018-01-19 | 国家电网公司 | 一种模块化多电平变换器单相逆变试验电路及其试验方法 |
| CN104811073B (zh) * | 2014-01-24 | 2019-05-31 | 通用电气能源电能变换科技有限公司 | 变换器模块、装置、系统和相关方法 |
| US10243482B2 (en) * | 2014-07-14 | 2019-03-26 | Hamilton Sundstrand Corporation | Solid-state power converters |
| CN104166083B (zh) * | 2014-08-14 | 2017-04-05 | 北京天诚同创电气有限公司 | Igbt 反向并联二极管的故障检测方法及装置 |
| GB201501205D0 (en) | 2015-01-26 | 2015-03-11 | Rolls Royce Plc | Open switch fault detection and identification in a two-level voltage source power converter |
| CN106208028B (zh) | 2015-04-30 | 2018-08-31 | 新加坡商华科全球股份有限公司 | 电源保护装置与其电源保护方法 |
| FR3073690B1 (fr) * | 2017-11-10 | 2019-10-11 | Renault S.A.S | Procede de commande d'un redresseur de vienne triphase lorsqu'un interrupteur de puissance est defaillant. |
| US11079443B2 (en) | 2018-12-21 | 2021-08-03 | Analog Devices International Unlimited Company | Switch fault detection techniques for DC-DC converters |
| US11831232B2 (en) | 2021-08-13 | 2023-11-28 | General Electric Company | Power converter having a gate drive circuit and method of operating |
| US11923783B2 (en) * | 2021-11-24 | 2024-03-05 | General Electric Renovables Espana, S.L. | System and method for detection of switching device failure conditions in a multi-level power converter |
| CN114337342B (zh) * | 2021-12-07 | 2022-07-22 | 天津大学 | 模块化多电平变换器子模块故障检测定位方法及装置 |
| US20230344332A1 (en) * | 2022-04-21 | 2023-10-26 | General Electric Company | System and method for detecting igbt failure in a multi-level converter using gate-emitter voltage sensing |
| CN115825703B (zh) * | 2023-02-10 | 2023-05-16 | 烟台台芯电子科技有限公司 | 一种1型三电平模块测试方法及设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6058031A (en) * | 1997-10-23 | 2000-05-02 | General Electric Company | Five level high power motor drive converter and control system |
| US6349044B1 (en) * | 1999-09-09 | 2002-02-19 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Zero voltage zero current three level dc-dc converter |
| CN1969437A (zh) * | 2004-06-18 | 2007-05-23 | Abb瑞士有限公司 | 在切换三个电压电平的转换器电路中进行故障处理的方法 |
| CN201352704Y (zh) * | 2009-01-09 | 2009-11-25 | 铁道部运输局 | 一种数字化硬件保护电路 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3852656A (en) | 1974-04-19 | 1974-12-03 | Gen Motors Corp | Inverter fault protection and frequency limiting circuit |
| EP0010811A1 (en) | 1978-10-28 | 1980-05-14 | Westinghouse Brake And Signal Company Limited | Switching transistor over-voltage protection means |
| JP5226183B2 (ja) | 2006-01-10 | 2013-07-03 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 多レベル電力変換装置 |
-
2010
- 2010-05-28 US US12/789,513 patent/US8471584B2/en active Active
-
2011
- 2011-05-23 DK DK11167156.6T patent/DK2393198T3/en active
- 2011-05-23 EP EP11167156.6A patent/EP2393198B1/en active Active
- 2011-05-27 CN CN201110161372.9A patent/CN102353896B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6058031A (en) * | 1997-10-23 | 2000-05-02 | General Electric Company | Five level high power motor drive converter and control system |
| US6349044B1 (en) * | 1999-09-09 | 2002-02-19 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Zero voltage zero current three level dc-dc converter |
| CN1969437A (zh) * | 2004-06-18 | 2007-05-23 | Abb瑞士有限公司 | 在切换三个电压电平的转换器电路中进行故障处理的方法 |
| CN201352704Y (zh) * | 2009-01-09 | 2009-11-25 | 铁道部运输局 | 一种数字化硬件保护电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2393198A3 (en) | 2015-04-01 |
| EP2393198A2 (en) | 2011-12-07 |
| US20110140727A1 (en) | 2011-06-16 |
| EP2393198B1 (en) | 2018-10-24 |
| DK2393198T3 (en) | 2018-12-17 |
| CN102353896A (zh) | 2012-02-15 |
| US8471584B2 (en) | 2013-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102353896B (zh) | 多电平转换器和确定多电平转换器的开关装置故障的方法 | |
| CN102237672B (zh) | 用于保护多电平变换器的系统和方法 | |
| Khan et al. | A comprehensive review of fault diagnosis and tolerant control in DC-DC converters for DC microgrids | |
| Liu et al. | Fault localization strategy for modular multilevel converters under submodule lower switch open-circuit fault | |
| Choi et al. | Method for detecting an open-switch fault in a grid-connected NPC inverter system | |
| CN107819357B (zh) | 带有故障位置检测的隔离并联ups系统 | |
| Sui et al. | The post-fault current model of voltage source converter and its application in fault diagnosis | |
| CN111884244A (zh) | 一种判断换流变阀侧交流故障相别的方法和系统 | |
| Zhao et al. | A fault-tolerant reconfiguration system based on pilot switch for grid-connected inverters | |
| Gierschner et al. | Fault-Tolerant Behaviour of the Three-Level Advanced-Active-Neutral-Point-Clamped Converter | |
| Raj et al. | Open transistor fault detection in asymmetric multilevel inverter | |
| Kumar et al. | A new fault-tolerant multilevel inverter topology with enhanced reliability for PV application | |
| EP3432461A1 (en) | Power conversion device | |
| Aly et al. | An Efficient Fuzzy Logic Fault Detection and Identification Method of Photovoltaic Inverters. | |
| Yang et al. | Fault detection method of modular multilevel converter based on current mean value and SVM | |
| Smith et al. | A novel approximate model based fault diagnosis technique for a photovoltaic DC/AC grid tied inverter | |
| Zhang et al. | An optimized open circuit switch faults diagnosis for three level active NPC converter | |
| US20230291327A1 (en) | Power Conversion System | |
| JP7418675B1 (ja) | 電力変換装置 | |
| EP4187766A1 (en) | System and method for detection of switching device failure conditions in a multi-level power converter | |
| CN219420576U (zh) | 功率单元旁路装置及电能路由器 | |
| Xie et al. | Fault detection and localization method for modular multilevel converters in offshore DC wind turbines | |
| Halabi et al. | Reliable and Effective Fault Diagnosis/Tolerance Technique Using Enhanced Distorted Current–Voltage SVPWM Method for Multilevel Inverters | |
| Khomfoi | A cascaded hybrid multilevel inverter incorporating a reconfiguration technique for low voltage DC distribution applications | |
| WO2023032426A1 (ja) | 電力変換装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240102 Address after: Barcelona, Spain Patentee after: Ge renewable energy Spain Ltd. Address before: New York, United States Patentee before: General Electric Co. |