CN106053954B - 直流母线电容在线监测方法 - Google Patents

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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance

Abstract

本发明提供的一种直流母线电容在线监测方法，包括：驱动功率变流器中的各开关管正常工作，侦测变流器的直流母线电容的电压UC1；选取功率变流器中任一开关管为测试开关管，向测试开关管输入短路驱动电压VGT控制测试开关管处于电流饱和状态；且测试开关管所在桥臂的另一开关管以及变流器中的其它开关管保持正常工作状态；侦测功率变流器的直流母线电容的电压UC2以及处于电流饱和状态的测试开关管的短路电流ISC；计算直流母线电容的等效串联电阻RESR并根据直流母线电容的等效串联电阻RESR判断直流母线电容的老化状态；能够在不停机、不拆卸的情况下准确检测功率变流器的直流母线电容的老化状态。

Description

直流母线电容在线监测方法
技术领域
本发明涉及一种电力设备监测方法，尤其涉及一种直流母线电容在线监测方法。
背景技术
随着全球能源危机以及日益严重的环境问题，推动新能源技术的发展，近年来，电力电子装置在新能源应用中发挥越来越重要的作用，特别是在风电、太阳能发电、电动汽车、电子照明等现代工业中的广泛应用，使得人们对电力电子系统的可靠性研究也越来越重视。
在电力系统中，功率变流器是其中的关键部件，也就是说，功率变流器的状态直接影响到电力系统的稳定性，其中，功率变流器的直流母线电容的老化状态会影响到功率变流器的性能，从而影响到电力系统的稳定性和可靠性；现有技术中，对于功率变流器的直流母线电容的测试中，其测试设备复杂，成本高昂，而且测试精度低，不能准确反映功率变流器的直流母线电容的状态。
因此，需要提出一种新的直流母线电容在线监测方法，能够对功率变流器的直流母线电容进行准确监测并得出精确的参数，利于准确判断功率变流器的直流母线电容的老化状态，测试成本低，方便使用。
为了解决上述技术问题，需要提出一种新的直流母线电容的在线监测方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种直流母线电容在线监测方法，能够对功率变流器的直流母线电容进行在线监测并得出精确的直流母线电容寄生参数，利于准确判断功率变流器的直流母线电容的老化状态，测试成本低，方便使用。
本发明提供的一种直流母线电容在线监测方法，包括：
驱动功率变流器中的各开关管正常工作，侦测变流器的直流母线电容的电压UC1；
选取功率变流器中任一开关管为测试开关管，向测试开关管输入短路驱动电压VGT控制测试开关管处于电流饱和状态；且测试开关管所在桥臂的另一开关管以及变流器中的其它开关管保持正常工作状态；
侦测功率变流器的直流母线电容的电压UC2以及处于电流饱和状态的测试开关管的短路电流ISC；
计算直流母线电容的等效串联电阻RESR并根据直流母线电容的等效串联电阻RESR判断直流母线电容的老化状态；
其中：
进一步，还包括控制器和开关管驱动电路，所述开关管驱动电路的个数与开关管的个数相等；其中，开关管驱动电路具有两个信号输入端口和一个输出端口，两个信号输入端口包括工作信号端口和短路信号端口，所述控制器与开关管驱动电路的两个输入端口连接，开关管驱动电路的输出端口向开关管输出驱动信号。
进一步，在功率变流器正常工作中，在测试开关管关断时，且测试开关管所在桥臂的另一开关管正常导通时，控制器控制与测试开关管对应的开关管驱动电路输出短路驱动电压VGT使关断的测试开关管导通并工作在电流饱和状态。
进一步，短路测试信号持续时间为2-10μs。
进一步，所述短路驱动电压VGT小于开关管正常开通时的驱动电压VH。
进一步，控制器向开关管驱动电路输入工作信号CS时，开关管驱动电路输出正常驱动电压VH控制开关管导通；
控制器向开关管驱动电路输入短路测试信号TS时，开关管驱动电路输出可调且低于正常驱动电压VH的短路驱动电压VGT控制测试开关管工作在电流饱和状态；
当无工作信号CS且无短路测试信号TS输入时，开关管驱动电路输出负电压VL使开关管正常关断。
本发明的有益效果：本发明的直流母线电容在线监测方法，能够在不停机、不拆卸功率变流器的情况下对功率变流器的直流母线电容的等效串联电阻进行准确监测，并利用等效串联电阻来判断直流母线电容的老化状态，从而准确判断功率变流器的性能，确保电力系统的稳定性和可靠性，而且有效避免传统停机并拆卸监测功率变流器直流母线电容而对设备造成损坏以及测量精度的影响，降低功率变流器的维检成本，提高设备的可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的测量原理图。
图2为本发明的开关管驱动电压波形图。
图3为本发明的开关管短路电流波形和直流母线电容的电压波形。
具体实施方式
图1为本发明的测量原理图；图2为本发明的开关管驱动电压波形图；图3为本发明的开关管短路电流波形和直流母线电容的电压波形；如图所示，本发明提供的一种直流母线电容在线监测方法，包括：
驱动功率变流器中的各开关管正常工作，侦测变流器的直流母线电容的电压UC1；
选取功率变流器中任一开关管为测试开关管，向测试开关管输入短路驱动电压VGT控制测试开关管处于电流饱和状态；且测试开关管所在桥臂的另一开关管以及变流器中的其它开关管保持正常工作状态；
侦测功率变流器的直流母线电容的电压UC2以及处于电流饱和状态的测试开关管的短路电流ISC；
计算直流母线电容的等效串联电阻RESR并根据直流母线电容的等效串联电阻RESR判断直流母线电容的老化状态：
其中：图3中的ΔUC0＝UC1-UC2；当计算得到的直流母线电容的等效串联电阻RESR比直流母线电容全新状态时的等效串联电阻RESR大，说明待测直流母线电容发生老化，比如通过老化程度-等效串联电阻RESR对照表来判断直流母线电容的老化状态，从而准确确定直流母线电容的老化程度，等效串联电阻RESR超过设定值时，用新的直流母线电容替换变流器中已经老化的直流母线电容；
在功率变流器中，开关管一般采用IGBT模块，当然，也可以采用其他开关管，比如场效应管、三极管等；本方法可以应用于单相功率变流器、三相功率变流器或者其他含有直流母线电容的功率变流器中，通过上述方法，能够在不停机、不拆卸功率变流器的情况下对功率变流器的直流母线电容的等效串联电阻进行准确监测，并利用等效串联电阻来判断直流母线电容的老化状态，从而准确判断功率变流器的性能，确保电力系统的稳定性和可靠性，而且有效避免传统停机并拆卸监测功率变流器直流母线电容而对设备造成损坏以及测量精度的影响，降低功率变流器的维检成本，提高设备的可靠性。
本实施例中，还包括控制器和开关管驱动电路，所述开关管驱动电路的个数与开关管的个数相等；其中，开关管驱动电路具有两个信号输入端口一个输出端口，两个信号输入端口包括工作信号端口和短路信号端口，所述控制器与开关管驱动电路的两个输入端口连接，开关管驱动电路的输出端口向开关管输出驱动信号，其中，开关管驱动电路根据功率变流器的开关管所决定，一般状况下，功率变流器采用IGBT模块作为开关管，因此，开关管驱动电路采用IGBT驱动电路，本实施例中，以IGBT模块为例，如图1所示，TS为开关管驱动电路的短路信号端口，当控制器输出短路测试信号TS时，用于控制开关管驱动电路向开关管输出短路驱动电压VGT，CS为开关管驱动电路的工作信号端口，当控制器输出工作信号CS时，用于控制开关管驱动电路向开关管输出工作驱动电压VH，VO为开关管驱动电路的输出端口；
当控制器输出工作信号CS时，开关管驱动电路输出为约+15V的驱动电压VH，控制开关管工作在正常导通状态，控制器向开关管驱动电路输入短路测试信号TS时，开关管驱动电路输出可调且低于正常驱动电压VH的短路驱动电压VGT控制测试开关管短路，即测试开关管工作在电流饱和状态；当无工作信号CS且无短路测试信号TS输入时，开关管驱动电路输出负电压VL使开关管正常关断，通过上述方式，能够保证直流母线电容的等效串联电阻测试的准确性，而且提高测试效率，降低运行维护成本，以图1中的实施例为例，图1中为三相功率变流器，6个开关管组成桥式电路，并用Q1至Q6分别表示各开关管，Q1和Q2在同一桥臂，Q3和Q4在同一桥臂，Q5和Q6在同一桥臂；S1至S6分别为6个开关管对应的驱动电路，在直流母线电容的测试过程中，可以选取任一桥臂，例如选取Q1和Q2所在的桥臂。
本实施例中，在功率变流器正常工作中，在其中一个开关管关断时，且该开关管所在桥臂的另一开关管导通时，控制器控制开关管驱动电路使关断中的开关管工作在电流饱和状态；如图1所示，以选取Q1和Q2两个开关管所在桥臂用于测试为例,开关管Q1和Q2的驱动电压波形VO1和VO2如图2所示，功率变流器工作中，t0时刻开关管Q1关断且开关管Q2导通时，此时开关管Q1所对应的驱动电路S1输入短路测试信号TS，开关管驱动电路S1输出短路驱动电压VGT到测试开关管Q1，并测量直流母线电容的电压UC2以及测试开关管Q1的短路电流ISC；通过这种方法，在线检测时，既不影响功率变流器的正常工作，又不会直流母线电容的监测结果造成影响，确保最终测试精度。
本实施例中，短路测试信号持续时间为2-10μs，通过这种方式，既能够保证准确采集到开关管的短路电流以及直流母线电容的电压，又能够保证开关管不会因短路测试而损坏，并且不会影响到功率变流器的正常工作。
本实施例中，所述短路驱动电压VGT小于开关管正常开通时的驱动电压VH，这样可以保证测试开关管处于电流饱和状态，而测试开关管所在桥臂的另一只开关管处于完全导通状态。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种直流母线电容在线监测方法，其特征在于：包括：
驱动功率变流器中的各开关管正常工作，侦测变流器的直流母线电容的电压UC1；
选取功率变流器中任一开关管为测试开关管，向测试开关管输入短路驱动电压VGT控制测试开关管处于电流饱和状态；且测试开关管所在桥臂的另一开关管以及变流器中的其它开关管保持正常工作状态；
侦测功率变流器的直流母线电容的电压UC2以及处于电流饱和状态的测试开关管的短路电流ISC；
计算直流母线电容的等效串联电阻RESR并根据直流母线电容的等效串联电阻RESR判断直流母线电容的老化状态；
其中：
还包括控制器和开关管驱动电路，所述开关管驱动电路的个数与开关管的个数相等；其中，开关管驱动电路具有两个信号输入端口和一个输出端口，两个信号输入端口包括工作信号端口和短路信号端口，所述控制器与开关管驱动电路的两个输入端口连接，开关管驱动电路的输出端口向开关管输出驱动信号；
在功率变流器正常工作中，在测试开关管关断时，且测试开关管所在桥臂的另一开关管正常导通时，控制器控制与测试开关管对应的开关管驱动电路输出短路驱动电压VGT使关断的测试开关管导通并工作在电流饱和状态；控制器向开关管驱动电路输入工作信号CS时，开关管驱动电路输出正常驱动电压VH控制开关管导通；
控制器向开关管驱动电路输入短路测试信号TS时，开关管驱动电路输出可调且低于正常驱动电压VH的短路驱动电压VGT控制测试开关管工作在电流饱和状态；
当无工作信号CS且无短路测试信号TS输入时，开关管驱动电路输出负电压VL使开关管正常关断。
2.根据权利要求1所述直流母线电容在线监测方法，其特征在于：短路测试信号持续时间为2-10μs。
3.根据权利要求2所述直流母线电容在线监测方法，其特征在于：所述短路驱动电压VGT小于开关管正常开通时的驱动电压VH。
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