CN103630755A - 变流器直流母线支撑电容检测方法 - Google Patents

Abstract

公开一种变流器直流母线支撑电容检测方法，包括以下步骤：在变流器预充电过程中获取三相交流电的电流值I_A、I_B、I_C以及直流支撑电容两端的电压值V_DC；利用三相交流电的电流值I_A、I_B、I_C计算直流支撑电容充电电流的电流值I_DC；利用直流支撑电容充电电流的电流值I_DC、直流支撑电容端两端的电压值V_DC计算直流支撑电容的充电功率P_DC；利用直流支撑电容的充电功率P_DC获取直流支撑电容储存的能量值E_DC；利用直流支撑电容储存的能量值E_DC以及直流支撑电容端两端的电压值计算直流支撑电容的电容值C。

Description

变流器直流母线支撑电容检测方法

技术领域

本发明涉及一种变流器直流母线支撑电容检测方法，更具体地讲，涉及一种在不改变变流器的结构的情况下通过利用变流器预充电过程检测变流器直流母线支撑电容的方法。

背景技术

具有直流环节的变流器在直流环节需要直流支撑电容。变流器对直流支撑电容的电容量有确定要求。直流支撑电容的电容量的测量在厂内可通过专用的测试设备，如LRC测试仪来完成。现场运行的变流器直流母线电容会随着时间老化，从而电容值发生改变。及时掌握直流支撑电容的电容量的变化对了解电容的老化程度有重要意义，因此需要变流器具备直流母线电容自检测功能。

第200680056573.X号中国专利（借助电容测量监视变流器中电容器的老化）利用MMC拓扑（模块化多电平）单模块在运行过程中频繁、大电流的冲放电过程，通过对所采集的支路电流在时间间隔中的分块积分，得到所监视的相模块电容器的电荷变化ΔQ。子模块传感器用于采集降落在各个电容器上的电压。通过将电荷变化ΔQ除以电压变化ΔU_C得到每个电容器的电容量。此种方法利用了MMC拓扑单模块在运行过程中显著的冲放电过程，实现电容值检测。对于其他拓扑形式的变流器，运行过程中模块电容冲放电过程并不明显，且电流支路并非上述拓扑中描述的单端而是多端（某些端电流又不可测量）情况下，无法应用该方法。

发明内容

因此，本发明的一方面在于提供一种利用变流器已有配置，在不增加额外辅助装置的前提下实现对变流器直流母线支撑电容容量的测量。

根据本发明的一方面，提供一种变流器直流母线支撑电容检测方法，包括以下步骤：在变流器预充电过程中获取三相交流电的电流值I_A、I_B、I_C以及直流支撑电容两端的电压值V_DC；利用三相交流电的电流值I_A、I_B、I_C计算直流支撑电容充电电流的电流值I_DC；利用直流支撑电容充电电流的电流值I_DC、直流支撑电容端两端的电压值V_DC计算直流支撑电容的充电功率P_DC；利用直流支撑电容的充电功率P_DC获取直流支撑电容储存的能量值E_DC；利用直流支撑电容储存的能量值E_DC以及直流支撑电容端两端的电压值计算直流支撑电容的电容值C。

优选地，通过设置在变流器中的电流传感器和电压传感器来获取三相交流电的电流值I_A、I_B、I_C以及母线支撑电容两端的电压值V_DC。

优选地，直流支撑电容充电电流的电流值I_DC等于I_A、I_B、I_C中符号为正的电流值之和。

优选地，根据以下等式计算直流支撑电容储存的能量值E_DC：

$E_{\mathrm{DC}}={\∫}_{t_0}^{t_1}{P}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)\mathrm{dt},$

其中，t₀和t₁是变流器预充电过程中的任意时刻。

优选地，根据以下等式计算直流支撑电容的电容值：

$C=\frac{{2E}_{\mathrm{DC}}}{V_{\mathrm{DC}}^2\left(t_1\right)-V_{\mathrm{DC}}^2\left(t_0\right)},$

其中，V_DC(t₁)和V_DC(t₂)表示分别在时刻t₀和t₁获取的母线支撑电容两端的电压值，并且t₀和t₁是变流器预充电过程中的任意时刻。

根据本发明的示例性实施例变流器直流母线支撑电容检测方法不会带来变流器成本增加，计算的电容值精度较高，并且不需要变流器切换到专门的测量模式，不影响变流器启动运行过程。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，在附图中：

图1是示出适用根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法的三相三线制变流系统拓扑图；

图2是示出适用根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法的三相四线制变流系统拓扑图；

图3是示出根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法的流程图。

具体实施方式

在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下文中，将参照附图详细地解释本发明。

图1是示出适用根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法的三相三线制变流系统拓扑图，图2是示出适用根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法的三相四线制变流系统拓扑图，图3是示出根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法的流程图。以下参照图1至图3对根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法进行详细描述。

参照图1和图2，适用根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法的变流器包括电源01、主断路器02、预充电回路03、滤波器04、电流传感器05、功率组件06、直流支撑电容07、电压传感器08和控制器09。如上所述的变流器的结构与现有技术的变流器相同。因此，将省略对各个部件的详细描述。

根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法除适用于三相全桥结构的变流拓扑外还适用于两相、单相桥结构的变流拓扑。功率组件06除了如图1所示为两电平结构形式外，还可为二极管钳位型三电平结构形式。功率组件06中的功率器件可为单管或者多管串联。功率组件06的开关器件可为MOSFET、IGBT、IGCT、GTO等多种全控型器件。控制器09可以执行根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法。

变流器预充电过程如下所述：预充电回路03接触器闭合，交流电源通过预充电回路阻抗，滤波器04、功率组件06中与开关管反并联的二极管为直流母线充电，充电完成后主断路器02闭合。然而，如果电源为调速电机或其他可缓慢建压的交流源，则图1和图2中示出的预充电回路03可以省略。在这种情况下，直接闭合主断路器02利用交流电压源的缓慢建压为直流母线充电，从而实现等效的变流器预充电过程。

参照图3，在步骤S301中，在变流器预充电过程中获取三相交流电的电流值I_A、I_B、I_C以及直流支撑电容两端的电压值V_DC。这里，可通过设置在变流器中的电流传感器05和电压传感器08获取电流值I_A、I_B、I_C以及电压值V_DC。

接下来，在步骤S302中，利用三相交流电的电流值I_A、I_B、I_C计算直流支撑电容充电电流的电流值I_DC。如图1和图2所示，规定流出功率组件06交流端的电流方向为正。在预充电过程中，功率组件06中的全控器件不动作，电流只能通过与全控型功率器件反并联的二极管给直流母线充电，二极管特性为单向导通。以A相为例：I_A为正表示电流流过功率组件（06）A相下桥臂反并联的二极管；I_A为负表示电流流过功率组件（06）A相上桥臂反并联的二极管。因此，任意时刻I_DC瞬时值等于I_A、I_B、I_C中符号为正的电流值之和。

然后，在步骤S303中，利用直流支撑电容充电电流的电流值I_DC、直流支撑电容端两端的电压值V_DC计算直流支撑电容的充电功率P_DC。可根据如下等式1来计算直流支撑电容的充电功率P_DC：

P_DC=V_DC×I_DC    （1）。

然后，在步骤S304中，利用直流支撑电容的充电功率P_DC获取直流支撑电容储存的能量值E_DC。可根据如下等式2来计算直流支撑电容储存的能量值E_DC：

$E_{\mathrm{DC}}={\∫}_{t_0}^{t_1}{P}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(2\right),$

其中，t₀和t₁是变流器预充电过程中的任意时刻。

最后，在步骤S305中，利用直流支撑电容储存的能量值E_DC以及直流支撑电容两端的电压值计算直流支撑电容的电容值C。可根据如下等式3来计算直流支撑电容的电容值：

$C=\frac{{2E}_{\mathrm{DC}}}{V_{\mathrm{DC}}^2\left(t_1\right)-V_{\mathrm{DC}}^2\left(t_0\right)}---\left(3\right),$

其中，V_DC(t₁)和V_DC(t₂)表示分别在时刻t₀和t₁获取的母线支撑电容两端的电压值，并且t₀和t₁是变流器预充电过程中的任意时刻。

在根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法中，所需的电流传感器、直流支撑电容电压传感器都是变流系统正常运行所需的传感器，不会带来变流器成本增加。直流母线支撑电容计算过程中所使用的变量值均由传感器直接测量，未涉及不可测量的变量，因此，电容值计算精度更高。此外，利用变流器运行中必经阶段的预充电过程，因此，不需要变流器切换到专门的测量模式，不影响变流器启动运行过程。

上述根据本发明的示例性实施例的变流器直流母线支撑电容检测方法可以被实施为软件或计算机代码或它们的组合。另外，软件或计算机代码还可被存储在非暂时性记录介质（只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、致密盘（CD）-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置和载波（诸如通过互联网的数据传输））中或是通过网络下载的计算机代码，其中，所述计算机代码最初存储在远程记录介质、计算机可读记录介质、或非暂时性机器可读介质上并将被存储在本地记录介质上，从而描述于此的方法可使用通用计算机、数字计算机或专用处理器以存储在记录介质上的这样的软件、计算机代码、软件模块、软件对象、指令、应用程序、小应用程序、app等来实施，或者在可编程硬件或专用硬件（诸如ASIC或FPGA）中被实施。如本领域中所理解：计算机、处理器、微处理器控制器或可编程的硬件包括易失性和/或非易失性存储器和存储器组件（例如RAM、ROM、闪存等），其中，所述存储器和存储器元件可存储或接收软件或计算机代码，其中，所述软件或计算机代码在被计算机、处理器或硬件访问并执行时将实施描述于此的处理方法。此外，将认识到：当通用计算机访问用于实施于此示出的处理的代码时，所述代码的执行将通用计算机转变为用于执行于此示出的处理的专用计算机。此外，程序可以通过任何介质（例如，通过有线/无线连接发送的通信信号及其等同物）以电子方式被传送。所述程序和计算机可读记录介质也可以分布于联网的计算机系统中，从而以分布的形式存储和执行计算机可读代码。

虽然已经显示和描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种变流器直流母线支撑电容检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在变流器预充电过程中获取三相交流电的电流值I_A、I_B、I_C以及直流支撑电容两端的电压值V_DC；

利用三相交流电的电流值I_A、I_B、I_C计算直流支撑电容充电电流的电流值I_DC；

利用直流支撑电容充电电流的电流值I_DC、直流支撑电容端两端的电压值V_DC计算直流支撑电容的充电功率P_DC；

利用直流支撑电容的充电功率P_DC获取直流支撑电容储存的能量值E_DC；

利用直流支撑电容储存的能量值E_DC以及直流支撑电容端两端的电压值计算直流支撑电容的电容值C。

2.根据权利要求1所述的变流器直流母线支撑电容检测方法，其特征在于，通过设置在变流器中的电流传感器和电压触感器来获取三相交流电的电流值I_A、I_B、I_C以及母线支撑电容两端的电压值V_DC。

3.根据权利要求1所述的变流器直流母线支撑电容检测方法，其特征在于，直流支撑电容充电电流的电流值I_DC等于I_A、I_B、I_C中符号为正的电流值之和。

4.根据权利要求1所述的变流器直流母线支撑电容检测方法，其特征在于，根据以下等式计算直流支撑电容储存的能量值E_DC：

$E_{\mathrm{DC}}={\∫}_{t_0}^{t_1}{P}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)\mathrm{dt},$

其中，t₀和t₁是变流器预充电过程中的任意时刻。

5.根据权利要求1所述的变流器直流母线支撑电容检测方法，其特征在于，根据以下等式计算直流支撑电容的电容值：

$C=\frac{{2E}_{\mathrm{DC}}}{V_{\mathrm{DC}}^2\left(t_1\right)-V_{\mathrm{DC}}^2\left(t_0\right)},$

其中，V_DC(t₁)和V_DC(t₂)表示分别在时刻t₀和t₁获取的母线支撑电容两端的电压值，并且t₀和t₁是变流器预充电过程中的任意时刻。

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