CN104953805A - 管理变频器中功率单元的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管理变频器中功率单元的方法，将变频器中的多个功率单元划分为活动功率单元集合和冗余功率单元集合，活动功率单元集合中包括用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，而冗余功率单元集合中包括处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元。该方法定期地检测活动功率单元集合中各个功率单元的健康状况，并且将所检测到的健康状况差的功率单元加入冗余功率单元集合，同时从冗余功率单元集合中选择功率单元加入活动功率单元集合。该方法不仅可以延长功率单元的平均使用寿命，而且使得变频器中功率单元的损耗在所有的功率单元之间进行平均分布，改善了变频器的整体可靠性和稳定性。

Description

管理变频器中功率单元的方法和设备

技术领域

本发明涉及变频器，尤其涉及保障变频器可靠性的方法。

背景技术

变频器是通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要通过整流（交流变直流）、中间电路直流滤波、逆变（直流变交流）等过程来调整输出电源的电压和频率，进而达到节能、调速的目的。目前市场上使用的中/高压变频器产品的类型主要有两电平电流源型高压变频器，三电平电压源型变频器以及功率单元级联型变频器。其中，功率单元级联型变频器因其完美的无谐波输出和节能的特性，被广泛地应用到了很多工业领域中。

功率单元级联型变频器主要包括带有多个副边绕组的移相变压器、多个级联的功率单元、控制器等。其中移相变压器给各个功率单元供电，控制器控制多个功率单元的输出电压进行叠加，以根据需要提供多种输出电压。功率单元是变频器实现变压变频输出的基本单元，每个功率单元都相当于1台交-直-交电压型单相输出的低压变频器。功率单元整流侧用二极管三相全桥进行不可控全波整流，中间电路采用并联在直流母线上的大容量电容进行储能和滤波，逆变侧为包括绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）的逆变器，提供单相等幅的交流PWM波形输出电压。图1给出了常用的功率单元电路示意图。如图1所示，功率单元是由二极管整流桥、并联在直流母线上的大容量储能电容C、并联在这些电容C上的电阻R和H桥逆变器组成。其中二极管整流桥由整流二极管T1-T6组成，H桥逆变器由4个IGBT(Q1-Q4)组成。在实际工作中，功率单元所在的控制电路板接收来自高压变频器的控制器的命令，通过控制IGBT的导通和截止来调整功率单元的输出电压。功率单元所在的控制电路板和控制器之间通过光纤进行信号传输。

高压变频器经常运行在高频、大电流和高电压的环境中，提高变频器的可靠性是影响变频器能否得到迅速推广和应用的一种关键技术。功率单元级联型变频器的可靠性在很大程度上取决于功率单元的可靠性。如图1所示，功率单元各器件出现问题时，都有可能造成功率单元无法正常工作。例如，功率单元中的电力电子开关器件IGBT工作在频繁导通和截止状态，开通和关闭的时候都会有一定的功率损耗，损耗的功率转化成热量会使得功率单元的温度上升，如果功率单元散热状况不好(例如，整机换风通道出现问题，外部空气环境温度过高等因素均可能导致这种现象出现)，长时间运行后工作温度过高从而可能造成元器件损坏。此外，IGBT器件的开通电压大于一定的值时也会损坏IGBT器件自身。或者，某些情况下的电压/电流的突变也有可能造成功率单元中元器件的损坏。功率单元是高压变频器的基本单位，任何一个功率单元故障，将会导致高压变频器输出电压及输出功率的不均衡，并且达不到电机所需要的额定电压，甚至更有可能使高压变频器负载加重，导致相邻功率单元的损坏，导致出现高压变频器整体故障。

现在主要采用两种方式来确保变频器的可靠性。一种方式是旁路技术，就是在检测到某个功率单元发生故障时，将该功率单元旁路，使其与变频器主电路相分离。另一种方式是采用冗余的功率单元，在正常允许状态下，冗余的功率单元处于旁路状态或输出零矢量，在检测到某个功率单元发生故障时，采用冗余的功率单元来代替发生故障的功率单元，从而保证整个变频器输出电压的稳定性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种管理变频器中功率单元的方法。

本发明的另一个目的是提供一种管理变频器中功率单元的设备。

为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：

根据本发明的一个实施例，提供一种管理变频器中功率单元的方法，所述变频器包括用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元，其中用于提供所述额定输出电压的多个功率单元构成第一集合，所述处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元构成第二集合，所述方法包括：

a)检测所述第一集合中各个功率单元的健康状况；

b)将所检测到的健康状况差的功率单元加入所述第二集合，并将所述第二集合中其余的一个功率单元加入第一集合。

与现有的直到某个功率单元发生故障时才启动保护机制的方式相比，该方法通过监控功率单元的健康状态，可以在不可逆的损坏发生之前将该功率单元与主电路分离，提高了功率单元的平均使用寿命，而且不影响变频器的额定电压输出。

根据本发明的又一个实施例，可以定期地、周期性地或实时地检测各个活动功率单元的健康状态，将所检测到的健康状态差的功率单元旁路或设置为输出零矢量并加入到第二集合中，同时从第二集合中选择相应的功率单元来加入第一集合中。例如，可以从所述第二集合中选择与所检测到的健康状况差的功率单元在同一相的功率单元，调整其输出电压，使其与第一集合中其余功率单元共同提供所述变频器的额定输出电压。

其中，第二集合中所包含的功率单元是不断变化的，并非是指定的或固定不变的。这样，将健康状态差的功率单元加入第二集合，使其基本处于不工作的状态，那么该功率单元可逐渐恢复到健康状况，这无疑延长了功率单元的使用寿命。而且，不断地以健康状况较好的功率单元来代替健康状态差的功率单元来作为活动的功率单元以提供输出电压，既使得变频器中功率单元的损耗在所有的功率单元之间进行平均分布，又可改善了变频器的整体可靠性和稳定性。

根据本发明的又一个实施例，在检测到发生故障的功率单元时，可以将故障功率单元旁路，同时从第二集合中选择功率单元并调整所选择的功率单元的输出电压，使其与其余的活动的功率单元共同提供所述变频器的额定输出电压，从而防止由于功率单元出现故障而影响变频器的整体输出电压的情况出现。

根据本发明的又一个实施例，在检测到发生故障的功率单元时，如果第二集合中没有可用的功率单元，旁路该发生故障的功率单元，同时可以发出报警信号，以提示变频器目前处于降额运行状态。这样，可使得维护人员及时发现问题，以修理或更换故障功率单元，从而保证变频器及其连接的电机的正常运行。

根据本发明的又一个实施例，可以基于设定的健康阈值来检测所述第一集合中各个功率单元的健康状况，其中设定健康阈值的基本原则是尽量确保能够在功率单元中发生器件损坏之前触发或启动对功率单元的相应保护机制。例如，可以基于功率单元的温度数据来判断功率单元的健康状况。当功率单元的温度超过设定的温度健康阈值时，说明该功率单元的健康状况较差。温度健康阈值的设定可以根据功率单元中半导体器件IGBT的厂商提供的标准或领域专家的经验知识来设定，其目的是确保能够在功率单元的器件发生损坏之前触发或启动对功率单元的相应保护机制，以尽可能地延长功率单元的使用寿命。在又一个实施例中，可以基于从功率单元采集的温度数据、电压数据和电流数据的任意组合来判断功率单元的健康状况，这样可以更全面地评估功率单元的健康状况，在一定程度上提高了检测的可靠性。在又一个实施例中，还可以将从功率单元采集的数据保存到历史数据库中，采用滑动平均法基于一段时间内从功率单元采集的数据来判断功率单元的健康状况。这在很大程度上防止了偶然或突发情况对检测结果的影响，可改善该方法整体的稳定性。

根据本发明的又一个实施例，提供一种管理变频器中功率单元的设备，所述变频器包括用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元，其中用于提供所述额定输出电压的多个功率单元构成第一集合，所述处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元构成第二集合，所述设备包括：

用于检测所述第一集合中各个功率单元的健康状况的装置；

用于将所检测到的健康状况差的功率单元加入所述第二集合，并将所述第二集合中其余的一个功率单元加入第一集合的装置。

该管理功率单元的设备可以定期地、周期性地或实时地监控各个功率单元的健康状态，在不可逆的器件损坏发生之前将功率单元与主电路分离，提高了功率单元的平均使用寿命，而且不影响变频器的额定电压输出。

根据本发明的又一个实施例，提供一种变频器，所述变频器包括控制器、用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元，其中用于提供所述额定输出电压的多个功率单元构成第一集合，所述处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元构成第二集合，所述变频器还包括：

检测器，所述检测器用于检测所述第一集合中各个功率单元的健康状况；

所述控制器将所述检测器所检测到的健康状况差的功率单元加入所述第二集合，并将所述第二集合中其余的一个功率单元加入第一集合。

该变频器可以定期地监控各个功率单元的健康状态，在不可逆的器件损坏发生之前将功率单元与主电路分离，不影响变频器的额定电压输出。而且将健康状态差的功率单元加入第二集合，使其基本处于不工作的状态，那么该功率单元可逐渐恢复到健康状况，这无疑延长了功率单元的使用寿命。这样，不断地以健康状况较好的功率单元来代替健康状态差的功率单元来作为活动的功率单元以提供输出电压，既使得变频器中功率单元的损耗在所有的功率单元之间进行平均分布，又可改善了变频器的整体可靠性和稳定性。

根据本发明的又一个实施例，提供一种变频器，所述变频器包括控制器、用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元，其中用于提供所述额定输出电压的多个功率单元构成第一集合，所述处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元构成第二集合，所述变频器还包括：

与每个功率单元对应的检测器，所述检测器用于检测与其对应的功率单元的健康状况；

所述控制器将所述检测器所检测到的健康状况差的功率单元加入所述第二集合，并将所述第二集合中其余的一个功率单元加入第一集合。

该变频器通过与每个功率单元对应的检测器可以实时地监控各个功率单元的健康状态，可以及时地在不可逆的器件损坏发生之前将功率单元与主电路分离，不影响变频器的额定电压输出。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为功率单元的电路结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的管理变频器中功率单元的方法的流程示意图；

图3为根据本发明一个实施例的变频器中功率单元拓扑结构示意图。

图4为根据本发明一个实施例的管理变频器中功率单元的设备的框图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

图2给出了根据本发明一个实施例的管理变频器中功率单元的方法的流程示意图。其中，所述变频器包括用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元。实际上就是将变频器中包含的多个功率单元划分为两个集合：活动功率单元集合和冗余功率单元集合。在活动功率单元集合中的每个功率单元都是活动的或有功的，变频器的控制器控制这些活动的功率单元的输出电压，以提供该变频器的额定输出电压。在冗余功率单元集合中的每个功率单元处于旁路状态或被设置为输出零矢量。这里的零矢量是指通过控制功率单元内的电力电子开关的状态，使两个输出端之间输出零电压。冗余功率单元集合中的功率单元也可以称为冗余功率单元或无功功率单元。

如图2所示，该方法包括检测活动功率单元集合中各个功率单元的健康状况，如果检测到健康状况差的功率单元，则将其旁路或设置为输出零矢量，并加入冗余功率单元集合中。并且，将冗余功率单元集合中其余的一个功率单元加入活动功率单元集合中，并调整所选择的功率单元的输出电压，使其与活动功率单元集合中其余功率单元共同提供所述变频器的额定输出电压。其中，功率单元的健康状况可以是通过与设定的健康阈值的比较来确定的。健康阈值的设定可以参考功率单元各器件供应商提供的标准来进行设置，也可以根据领域专家的经验知识来设置。设定健康阈值的基本原则是尽量确保能够在功率单元中发生器件损坏之前触发或启动对功率单元的相应保护机制。

与现有的直到某个功率单元发生故障时才启动保护机制的方式相比，该方法通过监控功率单元的健康状态，可以在不可逆的损坏发生之前将该功率单元与主电路分离，提高了功率单元的平均使用寿命，而且不影响变频器的额定电压输出。

在一个优选的实施例中，可以定期或周期性地检测各个活动功率单元的健康状态，将所检测到的健康状态差的功率单元旁路或设置为输出零矢量并加入到冗余单元集合中，同时从冗余功率单元集合中选择相应的功率单元来加入活动功率单元集合中。例如，可以从所述冗余功率单元集合中选择与所检测到的健康状况差的功率单元在同一相的功率单元，调整其输出电压，使其与活动功率单元集合中其余功率单元共同提供所述变频器的额定输出电压。可以看出，冗余功率单元集合中所包含的功率单元是不断变化，并非是指定的或固定不变的。这样，通过将健康状态差的功率单元加入冗余功率单元集合，使其基本处于不工作的状态，那么该功率单元可逐渐恢复到健康状况，这无疑延长了功率单元的使用寿命。而且，不断地以冗余功率单元集合中健康状况较好的功率单元来代替健康状态差的功率单元来作为活动的功率单元以提供输出电压，既使得变频器中功率单元的损耗在所有的功率单元之间进行平均分布，又可改善了变频器的整体可靠性和稳定性。

在又一个实施例中，该方法还包括在检测到发生故障的功率单元时，将故障功率单元旁路，同时从冗余功率单元集合中选择功率单元，并调整所选择的功率单元的输出电压，使其与其余的活动的功率单元共同提供所述变频器的额定输出电压，从而防止由于功率单元出现故障而影响变频器的整体输出电压的情况出现。但在检测到发生故障的功率单元时，如果冗余功率单元集合中没有可用的功率单元，旁路该发生故障的功率单元，同时可以发出报警信号，以提示变频器目前处于降额运行状态。这样，可使得维护人员及时发现问题，以修理或更换故障功率单元，从而保证变频器及其连接的电动机的正常运行。

图3给出了根据本发明一个实施例的变频器中功率单元拓扑结构示意图。如图3所示，该变频器包括3m+3个功率单元，平均分为三组，每组分别由m+1个功率单元串联成变频的一个相线，共有三个相线。每相都由相同数量的功率单元组成，每相的各功率单元的输出电压串联连接，形成该相电压的输出。这三个相线构成变频器的三相输出端，连接至负载（例如，电机）。在每个相线中，有m个功率单元为活动的或有功的，其余一个功率单元被设置为输出零矢量或旁路，充当该相线的冗余功率单元（例如图3中由虚线框标识的功率单元）。每个相线中的冗余功率单元并非是固定的，该相线中任何一个功率单元都可以充当冗余功率单元。三个相线中共3m个活动的功率单元用于提供变频器的额定输出电压，而每个相线中的当前的冗余功率单元构成了冗余功率单元集合。如上文所讨论的，可以定期或实时地检测每一相线中各个活动的功率单元的健康状态，将在某个相线或每个相线中所检测到的健康状态差的功率单元旁路或设置为输出零矢量并加入到冗余单元集合中，并从冗余功率单元集合中选择与所检测到的健康状况差的功率单元在同一相线的功率单元，调整其输出电压，使之与其余活动功率单元共同提供变频器的额定输出电压。新加入冗余功率单元集合的功率单元，由于基本处于不工作的状态，所以可逐渐恢复到健康状况，这样不断地以健康状况较好的功率单元来代替健康状态差的功率单元来作为活动的功率单元以提供输出电压，既使得变频器中功率单元的损耗在所有的功率单元之间进行平均分布，又可改善了变频器的整体可靠性和稳定性。

应指出，图3所示的拓扑结构仅是用于举例说明而非对本发明的内容进行任何限制。本领域技术人员应理解，通过简单的调整和变化，可以将根据本发明实施例的管理变频器中功率单元的方法应用于各种带有冗余单元的功率单元级联型变频器中。

如上文所提到的，在上述的实施例中，功率单元的健康状况可以是通过与设定的健康阈值的比较来确定的。健康阈值的设定可以参考功率单元各器件供应商提供的标准来进行设置，也可以根据领域专家的经验知识来设置。设定健康阈值的基本原则是尽量确保能够在发生器件损坏之前触发或启动对功率单元的相应保护机制。可以采用很多种方法来检测或判断功率单元的健康状况，包括但不限于下文中将要介绍的检测功率单元健康状况的方法。

在一个实施例中，可以基于功率单元的温度数据来判断功率单元的健康状况。将通过温度传感器采集的功率单元的当前温度数据与设定的温度健康阈值相比较，如果超过该温度健康阈值，则确定该功率单元的健康状况已变差。温度健康阈值的设定可以参考功率单元各器件供应商提供的标准来进行设置。例如，功率单元中半导体器件IGBT容易发热且对温度敏感，可以参照IGBT厂商提供的可允许温度的最大值来设置该温度健康阈值。例如可将该温度健康阈值设置为略低于该最大值，以便及时地在该器件损坏之前采取相应的保护措施。或者也可以根据领域专家的知识和经验设置该功率单元可正常工作的温度范围，一旦功率单元的当前温度数据超出该范围，则判断该功率单元的健康状况变差。又例如，为了使判断方法不受某些可能的错误数据或某次偶然情况的影响，可以保存每次测量的功率单元的温度数据，统计一段时间内的该功率单元的温度数据的平均值，将该温度平均值与温度健康阈值相比较来判断该功率单元的健康状况，从而进一步提高判断的稳定性。

在又一个实施例中，可以基于从功率单元采集的温度数据、电压和电流数据的任意组合来判断功率单元的健康状况。如上文结合图1提到的，功率单元包括由整流二极管组成二极管整流桥、并联在直流母线上的大容量储能电容C、由多个IGBT组成逆变器等。功率单元中各器件有的对电流敏感，有的对电压敏感，有的对温度敏感，因此，可以通过电流传感器、电压传感器和温度传感器来检测功率单元中主要器件的电压、电流和/温度。对于每个组件，也可以使用多个传感器来监控它们的物理状态。可以分别对各个类型数据设置相应的健康阈值，健康阈值的设定可参考各器件产商提供的标准和领域专家的知识来进行设定，通常健康阈值应设定为略低于器件所允许的最大值，以便可以在发送器件损坏之前对该器件及时地采取相应的保护措施。在一个示例中，可以基于对功率单元所测量的某种类型的数据（例如，温度数据）超过了其相应健康阈值来判断该功率单元健康状况差。在又一个示例中，也可以基于对功率单元所测量的电压、电流和温度数据来综合判断功率单元的健康状况。例如，可以采用线性加权的方法，按照功率单元中各器件的易损程度来指定权重，例如IGBT器件由于频繁开关，其对温度敏感且容易损坏，可以将温度类型的指标权重设置为较高，电压和电流较低，各类型指标的权重之和为1。同时所测量的各类型数据进行归一化，例如如果所测量的电压没有超过其相应健康阈值，则取归一化后的电压测量值为0，如果所测量的电压超过其相应健康阈值，则取归一化后的电压测量值为：(V-V₀）/V₀，其中V表示当前所测量的电压，V₀表示电压健康阈值。其他类型的测量数据处理方式以此类推。这样对归一化后的各个类型的测量值进行线性加权可以得到对功率单元整体健康状况进行衡量的健康状况评分。以图3所示的拓扑结构为例，可以将每一相线中健康状况评分最大的功率单元判断为健康状况最差的功率单元。

在又一个实施例中，可以将从各个功率单元采集的数据保存到历史数据库中，然后采用滑动平均法基于一段时间内从功率单元采集的数据来判断功率单元的健康状况。这样可进一步提高检测的可靠性，尽量避免冗余集合中功率单元频繁发生变化。该实施例中，可以如上文所讨论的，基于某种类型的测量数据和设定的健康阈值进行判断，也可以综合各种类型的测量数据的综合考虑功率单元的健康状况。而不管在什么情况下，用于警告或旁路特定功率单元的阈值，甚至是旁路整个变频器的阈值可以采用现有的方法进行设置，以确保发生大的故障的情况下的保护机制。

图4为根据本发明的又一个实施例的的管理变频器中功率单元的设备40，其可以利用软件、硬件（集成电路、FPGA等）、或软硬件结合的方式实现。其中变频器包括用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元。如上文所讨论的，变频器中包含的多个功率单元分为活动功率单元集合和冗余功率单元集合。在活动功率单元集合中的每个功率单元都是活动的或有功的，变频器的控制器控制这些活动的功率单元的输出电压，以提供该变频器的额定输出电压。在冗余功率单元集合中的每个功率单元处于旁路状态或被设置为输出零矢量。所述功率单元管理设备40包括功率单元检测装置401和功率单元调整装置402，其中，功率单元检测装置401用于检测活动功率单元集合各个功率单元的健康状况的装置。功率单元调整装置402将功率单元检测装置401所检测到的健康状况差的功率单元加入冗余功率单元集合，并从冗余功率单元集合中选择功率单元加入活动功率单元集合的装置。该管理功率单元的设备可以定期地、周期性地或实时地监控各个功率单元的健康状态，在不可逆的损坏发生之前将功率单元与主电路分离，提高了功率单元的平均使用寿命，而且不影响变频器的额定电压输出。

在本发明的又一个实施例中，提供了一种功率单元级联型变频器，所述变频器包括控制器、用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元，以及检测器。其中用于提供所述额定输出电压的多个功率单元构成活动功率单元集合，所述处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元构成冗余功率单元集合。所述检测器根据如上文所述的方法监控或检测活动功率单元集合中各个功率单元的健康状况，当检测到健康状况差的功率单元，向控制器发送健康指示信号。变频器的控制器响应于来自检测器的该健康指示信号将所检测到的健康状况差的功率单元加入冗余功率单元集合，并从冗余功率单元集合中选择相应的功率单元加入活动功率单元集合。在一个实施例中，通过与各个功率单元集成的温度传感器、电压传感器和/或电流传感器来采集与功率单元相关的数据。控制器可以定期地指示进行数据采集。这些采集的数据可以通过功率单元所在控制电路板与控制器之间的光纤传送到控制器。检测器可以定期地从控制器获取这些从功率单元采集的数据，并基于此来判断功率单元的健康状况。其中检测器进行检测的时间间隔可由用户自定义或设为默认值，并且可以设置为大于采集数据的时间间隔。在又一个实施例中，控制器还可以将从各个功率单元采集的数据保存到历史数据库中，然后基于该历史数据库，检测器可以定期地采用滑动平均法基于一段时间内从功率单元采集的数据来判断功率单元的健康状况。检测器可以是控制器内部的模块，也可以是在控制器外部，但与控制器连接并集成在同一电路板上的模块，或者也可以是位于与控制器连接的其他可编程芯片或电路板上。

在本发明的又一个实施例中，提供了一种功率单元级联型变频器，该变频器包括控制器、用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元，以及与每个功率单元对应的检测器。其中，用于提供所述额定输出电压的多个功率单元构成活动功率单元集合，所述处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元构成冗余功率单元集合。与每个功率单元对应的检测器检测与该功率单元的健康状况，当检测到该功率单元健康状况差时向控制器发送健康提示信号。控制器响应于来自与功率单元对应的检测器的健康提示信号将该功率单元加入冗余功率单元集合，并从冗余功率单元集合中选择功率单元加入活动功率单元集合。其中，检测器集成在相应功率单元所在的控制电路板上，通过与该功率单元集成的温度传感器、电压传感器和/或电流传感器来采集与功率单元相关的数据，并参考设定的健康阈值来判断该功率单元的健康状况。当发现该功率单元的健康状况差时，通过该功率单元所在控制电路板与控制器之间的光纤将健康提示信号传递到控制器。检测器可以集成在功率单元所在控制电板上接收来自传感器信号并与设定的健康阈值进行简单比较的检测电路，也可以是集成在功率单元所在控制电板上处理来自传感器数据的可编程逻辑模块。

本领域技术人员应理解，上文所述的变频器的结构仅是举例说明而非进行限制，可以根据需求和实际情况对上述结构做出各种变化，而不脱离本发明管理变频器中功率单元方法的原理。此外，上文所述的功率单元结构也不限于图1中所示的功率单元结构，本领域技术人员也可以根据需求和实际情况采用相应类型的功率单元。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (13)

1.一种管理变频器中功率单元的方法，其中，所述变频器包括：用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元，其中用于提供所述额定输出电压的多个功率单元构成第一集合，所述处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元构成第二集合；所述方法包括：

a)检测所述第一集合中各个功率单元的健康状况；

b)将所检测到的健康状况差的功率单元加入所述第二集合，并将所述第二集合中其余的一个功率单元加入第一集合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a）中基于从功率单元采集的温度数据来判断功率单元的健康状况。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a）中基于从功率单元采集的温度数据、电压数据和电流数据的任意组合来判断功率单元的健康状况。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤a）还包括将从功率单元采集的数据保存到历史数据库中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤a）中采用滑动平均法基于一段时间内从功率单元采集的数据来判断功率单元的健康状况。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a）定期执行或响应于用户指示而执行。

7.根据权利要求1、2、3或6所述的方法，其特征在于，所述步骤a）基于设定的健康阈值来检测所述第一集合中各个功率单元的健康状况。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b）中将所述第二集合中与所检测到的健康状况差的功率单元在同一相的功率单元加入第一集合。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述第一集合中发生故障的功率单元旁路，并将所述第二集合中其余的一个功率单元加入第一集合。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

在将所述第一集合中发生故障的功率单元旁路，且所述第二集合中没有可用的功率单元时，发出报警信号。

11.一种管理变频器中功率单元的设备，所述变频器包括：用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元，其中用于提供所述额定输出电压的多个功率单元构成第一集合，所述处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元构成第二集合，所述设备包括：

用于检测所述第一集合中各个功率单元的健康状况的装置；

用于将所检测到的健康状况差的功率单元加入所述第二集合，并将所述第二集合中其余的一个功率单元加入第一集合的装置。

12.一种变频器，所述变频器包括：控制器、用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元，其中用于提供所述额定输出电压的多个功率单元构成第一集合，所述处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元构成第二集合，所述变频器还包括：

检测器，所述检测器检测所述第一集合中各个功率单元的健康状况；

所述控制器将所述检测器所检测到的健康状况差的功率单元加入所述第二集合，并将所述第二集合中其余的一个功率单元加入第一集合。

13.一种变频器，所述变频器包括：控制器、用于提供所述变频器的额定输出电压的多个功率单元，以及处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元，其中用于提供所述额定输出电压的多个功率单元构成第一集合，所述处于旁路状态或输出零矢量的一个或多个功率单元构成第二集合，所述变频器还包括：

与每个功率单元对应的检测器，所述检测器检测与其对应的功率单元的健康状况；

所述控制器将所述检测器所检测到的健康状况差的功率单元加入所述第二集合，并将所述第二集合中其余的一个功率单元加入第一集合。