CN105004953B - 一种用于检测变流器工作状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测变流器工作状态的方法，该方法包括：机侧变流器输出电流的有效值确定步骤，根据电机转速，确定机侧变流器各相输出电流的有效值；变流器工作状态确定步骤，根据机侧变流器各相输出电流的有效值，确定变流器的工作状态。该方法能够有效地将变流器桥臂上管IGBT、下管IGBT或正桥臂的IGBT失效、损坏或者IGBT驱动信号丢失的状态及时检测出来，从而使得变流器能够及时停止工作，保证了变流器以及相关器件和电路不被进一步损坏。

Description

一种用于检测变流器工作状态的方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体地说，涉及一种用于检测变流器工作状态的方法。

背景技术

风力发电作为一种不污染、利用可再生资源的环保型发电方式，已成为最具发展潜力的可再生能源技术之一。风力发电已成为世界各国竞相发展的热点和重点，市场前景广阔。然而，随着风电力电机组数量的增多以及容量的增加，风机质量问题也日益凸显。作为风机大脑的变流器的质量和可靠性更加受到广大风电业主、相关技术研发人员重视。

目前，在变流器某个桥臂上管、下管或整个桥臂的IGBT失效、损坏或者IGBT驱动信号丢失后，变流器通常依然可以正常工作。然而，如果不及时检测出IGBT失效、损坏或者IGBT驱动信号丢失，将会导致其它相的IGBT或上桥臂、下桥臂长时间疲劳工作，甚至会导致最后整个变流器IGBT的损坏。

然而，在现有技术中，并未出现能够有效检测出变流器某个桥臂上管、下管或整个桥臂的IGBT失效、损坏或者IGBT驱动信号丢失故障的设备。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于检测变流器工作状态的方法，所述方法包括：

机侧变流器输出电流的有效值确定步骤，根据电机转速，确定机侧变流器各相输出电流的有效值；

变流器工作状态确定步骤，根据所述机侧变流器各相输出电流的有效值，确定所述变流器的工作状态。

根据本发明的一个实施例，所述机侧变流器输出电流的有效值确定步骤包括：

根据电机转速，确定电机转差；

根据所述电机转差确定转子电流有效值计算参数；

根据机侧变流器输出相电流和所述转子电流有效值计算参数，确定所述机侧变流器各相输出电流的有效值。

根据本发明的一个实施例，根据如下表达式计算所述电机转差：

其中，s表示电机转差，g₂表示电机同步转速，g₁表示电机转速，fabs表示取绝对值函数。

根据本发明的一个实施例，根据如下表达式计算所述转子电流有效值计算参数：

其中，g₄表示转子电流有效值计算参数，s表示电机转差，g₃表示初始化参数。

根据本发明的一个实施例，根据如下表达式计算所述机侧变流器各相输出电流的有效值：

g_{5_1}＝g′_{5_1}+(I₁*I₁-g′_{5_1})*g₄

其中，g_{5_1}表示机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方，g′_{5_1}表示前一计算周期所得到的机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方，I₁表示机侧变流器输出相电流，g₄表示转子电流有效值计算参数。

根据本发明的一个实施例，所述变流器工作状态确定步骤包括：

判断以下所列判断条件是否成立：

机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第二相输出电流的有效值的平方的差值大于第一预设阈值；

机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第二预设阈值；

机侧变流器第二相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第三预设阈值；

如果以上判断条件中至少存在一项成立，则判断所述变流器的存在故障。

根据本发明的一个实施例，所述第一预设阈值、第二预设阈值和第三预设阈值相等。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：

网侧变流器输出电流的有效值确定步骤，根据网侧变流器输出电流，计算所述网侧变流器各相输出电流的有效值。

根据本发明的一个实施例，在所述变流器工作状态确定步骤中，

还结合所述网侧变流器各相输出电流的有效值和机侧变流器各相输出电流的有效值，确定所述变流器的工作状态。

根据本发明的一个实施例，在所述变流器工作状态确定步骤中，

还判断以下所列判断条件是否成立：

网侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第二相输出电流的有效值的平方的差值大于第四预设阈值；

网侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第五预设阈值；

网侧变流器第二相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第六预设阈值；

如果以上判断条件中至少存在一项成立，则判断所述变流器的存在故障。

本发明所提供的变流器工作状态检测方法能够有效的将变流器桥臂上管IGBT、下管IGBT或正桥臂的IGBT失效、损坏或者IGBT驱动信号丢失的状态及时检测出来，从而使得变流器能够及时停止工作，保证了变流器以及相关器件和电路不被进一步损坏。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的检测变流器工作状态的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的确定机侧变流器各相输出电流的有效值的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的判断变流器是否存在故障的逻辑关系图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

针对现有的检测变流器工作状态的方法在变流器某个桥臂上管、下管或整个桥臂的IGBT失效、损坏或者IGBT驱动信号丢失后无法及时检测得到上述故障的问题，本实施例所通过的方法利用发电机组的机侧变流器输出电流有效值和网测变流器输出电流有效值来实现对上述故障的检测。

图1示出了本实施例所提供的检测变流器工作状态的方法的流程图。

如图1所示，本实施例所提供的方法在步骤S101中根据网侧变流器输出电流，确定出网侧变流器输出电流的有效值。具体地，网侧变流器输出电流的频率不变(例如为50Hz)，网侧变流器的各相输出电流为正弦波。而对于正弦波y(t)来说，存在：

其中，A_m表示正弦波y(t)的振幅。

本实施例中，利用低通滤波器来滤除该正弦波的2倍频以上的谐波，从而得到直流分量将该直流分量加入比例环节即可得到正弦波的有效值。因此利用上述方法，本实施例所提供的方法在步骤S101中可以根据网侧变流器输出电流，确定出网侧变流器输出电流的有效值。

由于机侧变流器输出电流的频率是随电机转速变化而变化的，因此，利用表达式(1)将很难计算出机侧变流器输出电流的有效值。针对这种情况，本实施例所提供的方法在机侧变流器输出电流的有效值确定步骤S102中，根据电机转速，来确定机侧变流器各相输出电流的有效值。

图2示出了本实施例中确定机侧变流器各相输出电流的有效值的具体流程图。

如图2所示，本实施例中，在确定机侧变流器各相输出电流的有效值时，首先在步骤S201中根据电机转速，确定电机转差。具体地，本实施例中，根据如下表达式计算电机转差：

其中，s表示电机转差，g₂表示电机同步转速，g₁表示电机转速，fabs表示取绝对值函数。

得到电机转差s后，在步骤S202中根据电机转差确定转子电流有效值计算参数g₄。具体地，本实施例中，根据如下表达式计算转子电流有效值计算参数g₄：

其中，g₃表示初始化参数。本实施例中，初始化参数g₃的取值为0.1。

在步骤S203中，根据机侧变流器输出相电流和转子电流有效值计算参数g₄，便可以计算得到机侧变流器各相输出电流的有效值。具体地，本实施例中，根据如下表达式计算机侧变流器各相输出电流的有效值：

g_{5_1}＝g′_{5_1}+(I₁*I₁-g′_{5_1})*g₄ (4)

其中，g_{5_1}表示机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方，g′_{5_1}表示前一计算周期所得到的机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方，I₁表示机侧变流器输出相电流。本实施例中，机侧变流器输出相电流I₁可以表示为B_m sinω′t。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他合理方式来确定机侧变流器各相输出电流的有效值，本发明不限于此。

再次如图1所示，本实施例所提供的方法在步骤S103中，根据网侧变流器各相输出电流的有效值和机侧变流器输出电流的有效值，来判断各个桥臂的工作状态，从而确定出变流器的工作状态。

具体地，本实施例所提供的方法在步骤S103中采用如图3所示的判断逻辑来确定变流器中各个桥臂的工作状态。如图3所示，本实施例所提供的方法会判断下列判断条件是否成立：机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第二相输出电流的有效值的平方的差值大于第一预设阈值；机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第二预设阈值；机侧变流器第二相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第三预设阈值。

上述判断条件只要有一个成立，那么也就可以判断出此时变流器的桥臂出现问题，从而自动或通过操作人员通过人工地控制变流器停止工作。

需要说明的是，在本发明的不同实施例中，根据实际需要，上述第一预设阈值、第二预设阈值和第三预设阈值既可以相等，也可以不相等，本发明不限于此。

类似地，本实施例中，对于得到的网侧变流器各相输出电流的有效值，还判断下列判断条件是否成立：网侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第二相输出电流的有效值的平方的差值大于第四预设阈值；网侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第五预设阈值；网侧变流器第二相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第六预设阈值。

上述判断条件只要有一个成立，那么也就可以判断出此时变流器的桥臂出现问题，从而自动或通过操作人员通过人工地控制变流器停止工作。

具体地，如图3所示，本实施例中，当两相输出电流的有效值的平方的差值大于相应的预设阈值时，则处理逻辑则输出1，否则输出0。图3中，OR为或门，当或门的三个输入有一个为1时，这个或门就输出1来表示当前变流器的桥臂存在异常。当活门的三个输入均为0时，这个或门就输出0来表示当前变流器的桥壁正常。

需要说明的是，在本发明的不同实施例中，根据实际需要，上述第四预设阈值、第五预设阈值和第六预设阈值既可以相等，也可以不相等，本发明同样不限于此。

此外，还需要说明的是，在本发明的其他实施例中，还可以仅仅根据机侧变流器各相输出电流的有效值来判断变流器桥臂的工作状态，以在变流器桥臂发生故障时控制变流器停止工作。

从上述描述中可以看出，本实施例提供的变流器工作状态检测方法能够有效的将变流器桥臂上管IGBT、下管IGBT或正桥臂的IGBT失效、损坏或者IGBT驱动信号丢失的状态及时检测出来，从而使得变流器能够及时停止工作，保证了变流器以及相关器件和电路不被进一步损坏。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

为了方便，在此使用的多个项目和/或组成单元可出现在共同列表中。然而，这些列表应解释为该列表中的每个元素分别识别为单独唯一的成员。因此，在没有反面说明的情况下，该列表中没有一个成员可仅基于它们出现在共同列表中便被解释为相同列表的任何其它成员的实际等同物。另外，在此还可以连同针对各元件的替代一起来参照本发明的各种实施例和示例。应当理解的是，这些实施例、示例和替代并不解释为彼此的等同物，而被认为是本发明的单独自主的代表。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (18)

1.一种用于检测变流器工作状态的方法，其特征在于，所述方法包括：

机侧变流器输出电流的有效值确定步骤，根据电机转速，确定机侧变流器各相输出电流的有效值；

变流器工作状态确定步骤，根据所述机侧变流器各相输出电流的有效值，确定所述变流器的工作状态；

所述机侧变流器各相输出电流的有效值确定步骤包括：

根据电机转速，确定电机转差；

根据所述电机转差确定转子电流有效值计算参数；

根据机侧变流器输出相电流和所述转子电流有效值计算参数，确定所述机侧变流器各相输出电流的有效值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据如下表达式计算所述电机转差：

其中，s表示电机转差，g₂表示电机同步转速，g₁表示电机转速，fabs表示取绝对值函数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据如下表达式计算所述转子电流有效值计算参数：

其中，g₄表示转子电流有效值计算参数，s表示电机转差，g₃表示初始化参数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据如下表达式计算所述转子电流有效值计算参数：

其中，g₄表示转子电流有效值计算参数，s表示电机转差，g₃表示初始化参数。

5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，根据如下表达式计算所述机侧变流器各相输出电流的有效值：

g_{5_1}＝g′_{5_1}+(I₁*I₁-g′_{5_1})*g₄

其中，g_{5_1}表示机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方，g₅′_{_1}表示前一计算周期所得到的机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方，I₁表示机侧变流器输出相电流，g₄表示转子电流有效值计算参数。

6.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述变流器工作状态确定步骤包括：

判断以下所列判断条件是否成立：

机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第二相输出电流的有效值的平方的差值大于第一预设阈值；

机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第二预设阈值；

机侧变流器第二相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第三预设阈值；

如果以上判断条件中至少存在一项成立，则判断所述变流器的存在故障。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述变流器工作状态确定步骤包括：

判断以下所列判断条件是否成立：

机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第二相输出电流的有效值的平方的差值大于第一预设阈值；

机侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第二预设阈值；

机侧变流器第二相输出电流的有效值的平方与机侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第三预设阈值；

如果以上判断条件中至少存在一项成立，则判断所述变流器的存在故障。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一预设阈值、第二预设阈值和第三预设阈值相等。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一预设阈值、第二预设阈值和第三预设阈值相等。

10.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

网侧变流器输出电流的有效值确定步骤，根据网侧变流器输出电流，计算所述网侧变流器各相输出电流的有效值。

11.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

网侧变流器输出电流的有效值确定步骤，根据网侧变流器输出电流，计算所述网侧变流器各相输出电流的有效值。

12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

网侧变流器输出电流的有效值确定步骤，根据网侧变流器输出电流，计算所述网侧变流器各相输出电流的有效值。

13.如权利要求7～9中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

网侧变流器输出电流的有效值确定步骤，根据网侧变流器输出电流，计算所述网侧变流器各相输出电流的有效值。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述变流器工作状态确定步骤中，

还结合所述网侧变流器各相输出电流的有效值和机侧变流器各相输出电流的有效值，确定所述变流器的工作状态。

15.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在所述变流器工作状态确定步骤中，

还结合所述网侧变流器各相输出电流的有效值和机侧变流器各相输出电流的有效值，确定所述变流器的工作状态。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述变流器工作状态确定步骤中，

还结合所述网侧变流器各相输出电流的有效值和机侧变流器各相输出电流的有效值，确定所述变流器的工作状态。

17.如权利要求14或16所述的方法，其特征在于，在所述变流器工作状态确定步骤中，

还判断以下所列判断条件是否成立：

网侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第二相输出电流的有效值的平方的差值大于第四预设阈值；

网侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第五预设阈值；

网侧变流器第二相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第六预设阈值；

如果以上判断条件中至少存在一项成立，则判断所述变流器的存在故障。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述变流器工作状态确定步骤中，

还判断以下所列判断条件是否成立：

网侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第二相输出电流的有效值的平方的差值大于第四预设阈值；

网侧变流器第一相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第五预设阈值；

网侧变流器第二相输出电流的有效值的平方与网侧变流器第三相输出电流的有效值的平方的差值大于第六预设阈值；

如果以上判断条件中至少存在一项成立，则判断所述变流器的存在故障。