CN106154076A - 用于检测逆变器故障的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测逆变器故障的方法及装置，该方法包括：在逆变器已处于不可控整流状态到达预设延时值后，获取支撑电容上流过的实际电流值；将实际电流值与预设电流值进行比较，从而确定出支撑电容上流过的实际电流的状态值；对状态值进行带饱和限制积分；将积分得到的结果进行过零检测，并基于检测结果来判断支撑电容是否发生故障。本发明只需要利用现有逆变器内部的电压与电流传感器件，即可在线检测出支撑电容器击穿熔毁和发出预警，并且该方法简单、容易实现。

Description

用于检测逆变器故障的方法及装置

技术领域

本发明涉及逆变器检测技术领域，具体地说，涉及一种逆变器内部支撑电容熔毁故障的预警方法。

背景技术

电压型逆变器中的逆变电路包括直流侧的支撑电容，该支撑电容是逆变电路不可或缺的组成部分。支撑电容通常采用现代材料及工艺的电容器，是一种长寿命、高可靠的器件。但是，逆变器中的电容器经常工作在额定电压状态，甚至工作在过电压状态；并且逆变器产生的开关纹波电流在电容器上发热，这些都会缩短电容器的使用寿命。在大批量地应用电容器时，即使电容器仅工作在额定状态，也需要考虑电容器的失效问题。特别是在逆变器寿命的中后期，如果不对支撑电容的击穿故障进行检测，则很容易使电容器发生熔毁而爆炸、起火，进而造成严重的设备甚至人身安全事故。

现有的电容器故障的检测方法包括替代检查法、外观检查法、万用表电阻挡检测法、数字万用表的电容测量功能检测法、熔断器熔断保护法和介质损耗角法。但是，以上现有的几种检测方法都存在各自的应用缺点。

其中，采用替代检查法时必须拆开逆变器，并找到同型号的支撑电容，需要对逆变器进行拆卸与组装，工程量大、耗时费力，不具备经济性。

采用外观检查法时必须拆开逆变器箱盖，通过观察电容器外壳是否变形来判断电容器是否发生故障，该方法无法定量分析。

采用万表电阻挡检测法时，通过普通万用表电阻挡对电容器进行粗略测量。该方法获得的测量结果不准确，需要有专业经验的人员操作测量，并且电容器的软击穿(即静态测试良好，运行时又击穿损坏)无法检测。

采用数字万用表的电容测量功能检测法时，可以直接检测电容器的容量。若检测值等于电容器的标称容量，说明电容器是好的；若检测值远小于标称容量，则说明电容器损损坏。该方法所用仪器价格较高，必须拆开逆变器箱盖才能对电容器进行检测，并且电容的软击穿(即静态测试良好，运行时又击穿损坏)无法检测。

采用熔断器熔断保护法时，只能对装有熔断器保护装置的电容器进行检测。在发生电容器内部发生异常、电容量发生变化、极对外壳接地、涌流过大和过电压等情况时，熔断器熔丝熔断。该方法要么需要定制的电容器，要么在逆变器内部安装，并且必须拆箱检测，属于被动保护方法。

采用介质损耗角法时，通过实时检测串接在支撑电容上的电流传感器和并接在电容两端的电压传感器，分析电压电流的相幅关系，计算出介质损耗角，通过比较介质损耗角的变化范围来诊断电容器的好坏。另一种是应用电桥法来测量耗角法。采用介质损耗角法均需要特种检测设备支持，或者在支撑电容上安装额外的传感器检测电路。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种简单、易操作的用于检测逆变器内部支撑电容器发生熔毁故障的方法及装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测逆变器故障的方法，包括：

在逆变器已处于不可控整流状态到达预设延时值后，获取支撑电容上流过的实际电流值；

将所述实际电流值与预设电流值进行比较，从而确定出所述支撑电容上流过的实际电流的状态值；

对所述状态值进行带饱和限制积分；

将积分得到的结果进行过零检测，并基于检测结果来判断支撑电容是否发生故障。

根据本发明的一个实施例，获取支撑电容上流过的实际电流值包括：

检测逆变器的各相支路电流；

检测逆变器的直流侧负载电流；

基于基尔霍夫节点定律，通过各相支路电流和直流侧负载电流计算支撑电容上流过的实际电流值。

根据本发明的一个实施例，通过在支撑电容所在的支路上设置电流传感器来获取支撑电容上流过的实际电流值。

根据本发明的一个实施例，获取所述状态值包括：将流过支撑电容的实际电流值与预设电流值进行比较，

当所述支撑电容上流过的实际电流值大于所述预设电流值时，为第一电流状态；

当所述支撑电容上流过的实际电流小于或等于所述预设电流值时，为第二电流状态；

针对所述第一电流状态和所述第二电流状态设置对应的电流状态值X1和X2，其中，X1>0，X2<0，且|X₁|＝|X₂|。

根据本发明的一个实施例，对所述状态值进行带饱和限制积分进一步包括：

设定带饱和限制积分的上限paraUp、下限paraLo和初始值S₀＝paraLo，其中，paraUp＞paraLo；

基于电流状态值X1和X2，通过以下积分式进行积分：

其中，X表示电流状态值，取值为X1或X2。

根据本发明的一个实施例，所述下限paraLo通过下式得出：

paraLo＝-KT

其中，n_max为负载电机的最高工作转速，p为负载电机的极对数，K为调节参数。

根据本发明的一个实施例，基于检测结果来判断支撑电容是否发生故障包括：

当所述积分结果正向过零时，支撑电容发生故障，对此时的预警信号进行锁存，并输出故障预警信号；

否则，支撑电容未发生故障。

根据本发明的一个实施例，所述预设延时值基于所述支撑电容在其正常且不外接充电电阻时的充电时间与所述支撑电容的直流侧开关断开时的暂态过程持续时间设置。

根据本发明的一个实施例，所述预设电流值大于逆变器采用的电流传感器的误差上限。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于检测逆变器内部支撑电容熔毁故障的装置，包括：

支撑电容电流计算模块，其用于在逆变器已处于不可控整流状态到达预设延时值后，获取支撑电容上流过的实际电流值；

电流状态值确定模块，其用于将所述实际电流值与预设电流值进行比较，从而确定出所述支撑电容上流过的实际电流的状态值；

带饱和限制积分模块，其用于对所述状态值进行带饱和限制积分；

故障判断模块，其用于将积分得到的结果进行过零检测，并基于检测结果来判断支撑电容是否发生故障。

本发明带来了以下有益效果：

本发明只需要利用现有逆变器内部的电压与电流传感器件，即可在线检测出支撑电容器击穿熔毁和发出预警，及时避免电容器熔毁而爆炸、起火，造成严重的设备甚至危及人身安全的事故，且该方法简单、容易实现。

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是现有的两电平电压型三相逆变器的逆变电路图；

图2是图1所示逆变器与永磁电机采用星型连接方式的电路图；

图3是图1所示逆变器在系统运行严重故障时，主接触器K断开后的一种整流状态示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的方法流程图；

图5是根据本发明的一个实施例的采用计算机实现的算法流程图；

图6是根据本发明的一个实施例的求取时间差的算法流程图；

图7是根据本发明的一个实施例的支撑电容预警的模拟测试结果图；以及

图8是根据本发明的一个实施例的装置结构图。

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。

逆变器的种类很多，但原理近似。因此，以目前广泛应用的两电平电压型三相逆变器为例来对本发明所述的方法进行详细说明。两电平电压型三相逆变器的逆变电路如图1所示。

该逆变电路的核心部分包括由G1、G2、G3、G4、G5、G6六个功率开关管组成的三相全桥，并且在每个功率开关管的两端都反并联一个续流二极管。

在该逆变电路的直流侧并联有一个支撑电容C。支撑电容C是一种无源器件，兼具滤波电容和储能电容的作用。在直流侧还串联有一个主接触器K，该主接触器K由逆变器程序控制连接或切断逆变器电源与逆变器。同时，在直流侧还设有两个辅助电路：一个为由接触器K1、电阻Rch组成的预充电电路，完成给支撑电容C的预充电功能；另一个电路为由电阻Rd、电阻Rch串联组成，在逆变器停止工作后缓慢释放支撑电容C上的剩余电能。

为对逆变器进行控制，一般在逆变器内部都设有数字信号处理器DSP(或现场可编程门阵列FPGA、单片机、或专用芯片等)对逆变器进行实时控制和保护。为了控制的需要，大多逆变器内部会集成下列传感器：用于测量直流侧输入电压的电源电压传感器U_l；用于测量支撑电容的电压(即工作时的工作电压)的支撑电容电压传感器Uc；用于测量直流侧的工作电流的母线电流传感器i_l；用于测量交流侧相电流的电流传感器Iu、Iv、Iw等(大部分逆变器少安装其中的一个)。

在逆变器的应用方式中，很大一部分是逆变器与电机(包括异步电机、永磁电机)相连。所以，本发明以逆变器与永磁同步电机PMSM连接为例来进行说明，其中逆变器输出三相逆变电流，逆变电路与永磁电机采用星型连接方式，如图2所示。但逆变器连接的负载不限于电机，逆变电路输出的逆变电流不限于三相。

当逆变器的支撑电容发生击穿时，支撑电容并不会立即熔毁，而是要持续发热一段时间，之后才会熔毁甚至起火爆炸。一般的逆变器在支撑电容发生击穿时，逆变器的保护电路会探测到过流、欠压等故障，会实时封锁逆变器的脉冲信号(即封锁PWM输出)；在发生严重故障时，逆变器能够切断直流供电电源开关(即控制主接触器K)，用以防止故障范围扩大。

第一种工作情况：在逆变器正常工作时，主接触器K闭合，充电接触器K1断开。当牵引时，电能由直流电源系统流过主接触器K，经IGBT(绝缘栅双极型晶体管)功率转换器件(G1、G2、G3、G4、G5、G6)逆变，进入永磁电机M，转变为机械能。当制动时，电机M把机械能转换为电能，通过IGBT功率转换器件(G1、G2、G3、G4、G5、G6)可控整流，再流过接触器K，存储于直流电源系统。在牵引或制动过程中，由于电机是感性负载，需要无功能量，而无功能量通过支撑电容C提供。在此种过程中，控制IGBT功率转换器件开启(G1、G2、G3、G4、G5、G6)逆变信号。

第二种工作情况：若系统突发严重故障(如过流、过压)，则接触器K在延迟一段时间后(如10ms)会断开，并且IGBT功率转换器件(G1、G2、G3、G4、G5、G6)的工作信号(即脉冲宽度调制PWM)被封锁。此时，由于永磁电机M仍在转动，永磁电机M将工作于发电状态。由于IGBT功率转换器件中的IGBT均反并联有续流二极管，IGBT功率转换单元将工作于不可控整流状态(直至永磁电机的反电动势减掉二极管管压降后不大于支撑电容上的电压时止)。如图3所示为在系统运行严重故障时，主接触器K断开后的一种整流状态。

严重故障会导致在K断开后，不可控整流使得支撑电容C上的电压很快泵升。又由于放电电阻(Rd+Rch)很大，泵升电压释放很慢。只要在上述过程中电机匀速或减速，泵升电压很快即可达到与电机反电动势平衡的状态，从而使得流入支撑电容的电流Ic能够很快趋于零。

第三种工作情况：若支撑电容C发生了击穿(或绝缘短路)，电流Ic会急剧增加，则其上的电压很快下降，导致IGBT功率转换单元报过流或欠压或模块故障，控制程序为了保护系统，首先会封锁IGBT的工作信号(即PWM)，接着会跳开主接触器K。

支撑电容C发生了短路的过程中，电容的能量大量消耗在短路电阻，从而导致支撑电容C上的电压快速下降，大量发热。此时电机若在旋转，则会使IGBT功率转换单元工作在不可控整流状态。由于支撑电容C的短路消耗，电机的反电动势会长时间高于支撑电容上的电压，从而Ic的数值更大、持续时间更长，导致电容的毁损进一步扩大。一旦发生这种情况，尚无快速隔离电容短路故障的措施，若持续时间过长，则会引发支撑电容的熔毁事故。

在逆变器中，由于有一个实时控制核心芯片，在没有支撑电容熔毁预警功能之前能够完成的防护工作有：在逆变器不工作时，可以控制直流侧接触器K为断开状态，同时控制逆变器工作的脉冲为封锁状态。在逆变器的工作过程中，在逆变器发生严重故障(如过流、欠压、模块故障)时，能锁住故障，且实时(如在100us时间间隔内)发出脉冲封锁信号控制逆变器的工作脉冲为封锁状态，从而保护功率器件。并且在稍后(如延迟10ms后)，断开直流侧接触器K。

在有上述功能的情况下，现有逆变器仍然无法检测到比上述严重故障还严重的支撑电容击穿(包括绝缘短路)而导致的电容熔毁甚至爆炸、起火的安全故障。但在正常工作过程中，支撑电容突然击穿(包括绝缘短路)后，直流侧失去了支撑电容的缓冲吸收，会导致加到功率器件上的电压剧烈震荡、电流也会剧烈变化，必会发生过流、过压、欠压中的一个或数个，而导致发出脉冲封锁信号控制逆变器工作的脉冲为封锁状态。

本发明的核心，即以一种算法识别出第三种工作情况而预警。

如图4为根据本发明的一个实施例的方法流程图，图5为对应图4的一个算法实现流程图，以下参考图4来对本发明进行详细说明。

首先，在步骤S110中，在逆变器已处于不可控整流状态到达预设延时值后，获取支撑电容上流过的实际电流值。逆变器系统发生严重故障而支撑电容正常或者支撑电容发生击穿熔毁故障时逆变器均可能处于不可控整流状态，为将这两种情况加以区分，需在逆变器处于不可控整流状态一定时间后再进行支撑电容实际电流检测。

此处的预设延时值以确定逆变器处于脉冲信号封锁状态开始计时。脉冲封锁延时时间未到，一般有两种原因：一种为脉冲处于开启状态，一种为脉冲处于封锁状态，只是延时未到。因此，在该步骤中需首先判断脉冲信号处于封锁状态。脉冲封锁信号可以由驱动IGBT的驱动板的硬件发出和执行并同时被控制程序检测到，或者由控制程序直接发出并被驱动IGBT的驱动板的硬件执行，这两种情况，都可通过读取程序中对应的状态标志得出脉冲是否封锁。

当确定脉冲信号处于封锁状态时，即开始对脉冲封锁状态进行计时。在逆变器支撑电容未发生故障时，脉冲封锁到达一定的延时后，逆变器恢复正常工作状态(不可控整流状态消失)，则逆变器内部的实时控制芯片发出正常的脉冲开启信号。在支撑电容发生故障时，逆变器无法恢复正常工作状态，脉冲一直处于封锁状态。此时的脉冲封锁持续时间到达了预设的延时时间(即预设延时值)后，开始对逆变器进行故障检测。此时的脉冲封锁延时大于支撑电容未发生故障时逆变器恢复正常工作状态所需的时间。此处设置脉冲封锁状态延时是为了避免脉冲封锁后的一段时间内，支撑电容的电压泵升状态过程中的暂态电容电流Ic很大，或者在直流侧接触器K断开时的暂态过程中电容电流Ic很大，使逆变器暂时处于不可控整流状态导致错误地触发支撑电容的熔毁预警。

该预设延时值与逆变器内部的结构及内部各部件的参数有关。例如，正常情况下，支撑电容容值为C，内部等效串联电阻为R_ES，线路的等效电阻为R_EQ，则支撑电容电压泵升过程中的充电时间常数为：

τ＝(R_ES+R_EQ)C (1)

一般在三倍个充电时间常数后认为支撑电容结束动态过程，再加上二倍的裕量，则脉冲封锁延时T_d为：

T_d＞2*3*τ (2)

如C为1500uF，R_ES为15mΩ，R_EQ为5mΩ，则电容电压泵升过程中的充电时间常数为0.03ms，则T_d需要大于0.18ms。

同时，为避开直流侧接触器K断开时的暂态过程，脉冲封锁延时T_d一般大于2倍的暂态过程持续时间。如脉冲封锁10ms后断开直流侧接触器K，试验测得暂态约10ms，则T_d需大于20ms。综上，延时时间预设值需结合支撑电容和直流侧接触器K断开时的暂态过程持续时间来计算，在该例子中可取延时时间预设值为20ms。

在脉冲封锁延时到达预设延时值时，计算支撑电容上流过的实际电流值I_c。如果支撑电容设有电流传感器，则可以通过电流传感器直接获取支撑电容上流过的实际电流值。

但是，在实际应用中，由于需要减小线路的杂散电感，大部分电压型三相逆变器中都没有设置用于检测支撑电容电流的电流传感器。而交流侧的三相交流电流传感器至少有两个(部分逆变器有三个)，直流侧的负载电流传感器也都具备(或者在逆变器外部，通过网络信号送给逆变器)。下面以交流侧的三相交流电流和直流侧的负载电流来推导流过支撑电容的实际电流。

首先，定义电流的正方向，并在定义电流方向的基础上检测得到逆变器的各相支路电流和直流侧负载电流。其中，定义向支撑电容充电为电容电流的正方向(在图3中电流为从O点流向支撑电容)；交流电流流出逆变器为正方向(在图3中为从逆变器流向电机)；直流侧的直流流进逆变器为正方向(在图3中为从I点流向O点)；上桥臂的电流流进功率管为正方向(图3中为从O点流向P点)。

根据上述电流方向定义及基尔霍夫节点电流定律，可推导得：

i_u+i_v+i_w＝0 (3)

其中，i_u、i_v和i_w表示逆变器输出的各相支路电流。

当逆变器工作的脉冲处于封锁状态后，逆变器即工作在不可控整流状态。不可控整流时，对于图3中的P点来说(上桥臂的电流流进功率管为ip)，有：

i_p+i_u(u＜0)+i_v(v＜0)+i_w(w＜0)＝0(i_u、i_v、i_w＞＝0时，取0) (4)

由于放电电阻很大，电流可忽略。所以，在逆变器处于不可控整流时，对于图3中的O点来说(i_l为直流侧负载电流)，有：

i_l+i_p+i_c＝0 (5)

由上述公式，推导得：

i_c＝i_l-i_u(u＜0)-i_v(v＜0)-i_w(w＜0)(i_u、i_v、i_w＞＝0时，取0) (6)

当交流侧输出为二相、四相或五相等交流电时，可采用同样的方法计算得到流过支撑电容的实际电流值。

接下来，在步骤S120中，将流经支撑电容的实际电流值与预设电流值进行比较，从而确定出支撑电容上流过的实际电流的状态值。

预设电流值必须大于电路中电流传感器的误差上限，考虑到其它干扰因素的影响，预设电流值在大于电流传感器的误差上限的基础上留取一定的裕量。如实例中的电流传感器量程为±600A，最大误差为±5A，则预设电流值必须大于5A，再增加一定的裕量，则实际预设的电流值可为10A。

将支撑电容电流I_c和预设电流值IcThd进行比较来获取支撑电容实际电流状态X。X取值不是随意的，在本发明的一个例子中，当支撑电容电流I_c大于预设电流值IcThd时，即I_c＞IcThd时，定义为第一电流状态X1(X1>0)；当支撑电容电流I_c小于等于预设电流值IcThd时，即I_c＜＝IcThd时，定义为第二电流状态X2(X2<0)。为计算方便，取|X₁|＝|X₂|，则电流状态值X1可取1，电流状态值X2可取-1，即：

$X=\left\{\begin{array}{cc}1& I_c>\mathrm{IcThd}\\ -1& I_c\&le;\mathrm{IcThd}\end{array}\right.---\left(7\right)$

接下来，在步骤S130中，对电流状态值X进行带饱和限制积分。该积分表达式如下所示：

其中，参数S的初始值设置为paraLo，paraUp为带饱和积分的上限，由于逆变器中有故障锁存，paraUp取大于0的数值即可，paraLo为带饱和积分的下限，可设定下限取小于0的值。当paraLo<＝S<＝paraUp时，对S进行带饱和限制积分。当积分值S正向过零时表示逆变器发生故障。如在实例中取为10ms，若设计为故障可恢复，则设置为故障保持时长延长即可，如500ms。

根据匹配的永磁电机的最高工作转速nmax和极对数p，可计算出电机在最高工作转速下的电周期T：

$T=\frac{60}{n_{\max }p}---\left(9\right)$

依据试验和灵敏度的要求，设置paraLo：

paraLo＝-KT (10)

其中，K在10到1000间调节，且K越小，检测越灵敏。如在实例中，取paraLo＝-500ms。

最后，在步骤S140中，将积分得到的结果进行过零检测，并基于检测结果来判断支撑电容是否发生故障。当积分结果正向过零，即积分结果大于0时，即S＞0，则逆变器发生故障；否则，当积分结果S≤0，则逆变器未发生故障，此时，可记作：

$C_{\mathrm{ERRk}}=\left\{\begin{array}{cc}1& S>0\\ 0& S\&le;0\end{array}\right.---\left(11\right)$

在C_ERRk＞0时，锁存故障预警，并进行报警，即：

在具体实现时，可将本发明所述的方法编程设置于逆变控制器中周期执行。如图5所示为根据本发明的一个实施例的采用计算机实现本发明的算法流程图。如图5所示，首先进行初始化设置，设置参数包括：预设电流值IcThd、带饱和积分上限paraUp和下限paraLo、预警初始值、全局变量初始值S和时间参数Tn和Tp。

然后进入程序执行阶段，获取逆变器各相支路电流和直流侧负载电流，通过计算获取支撑电容电流，并同时计算出该程序在当前执行周期与上个执行周期的时间差Tid。

然后判断脉冲封锁延时是否到达延时预设值。此处，若脉冲封锁未达到延时预设值，则判断此时是否处于脉冲封锁状态，如未处于封锁状态，则复位脉冲后进入下一执行周期；如处于封锁状态，则对脉冲封锁时间循环计时，直到达到延时预设值。

在脉冲封锁延时未达到预设延时值时，执行右部分程序，在脉冲封锁延时达到预设延时值时，执行左部分程序。具体实现左部分程序时，将带饱和积分直接数字化，即dt转化为Tid，Tid取在逆变器处于脉冲封锁状态时，当前执行周期时刻与上个执行周期时刻的差值，其实现子程序如图6所示，Tid取为：

T_id＝T_n-T_p (13)

其中，Tn为当前执行周期时刻的实时间，其从实时时钟电路获取，Tp为上一执行周期时刻的实时间。

若脉冲封锁达到延时预设值，则计算支撑电容电流I_c，并将该支撑电容电流与预设电流值进行比较来判断支撑电容是否发生故障。当有故障发生时，带饱和限制积分式(8)数字化后为：

其中，设定初始值S0＝paraLo。

当积分结果正向过零，即积分结果大于0时，即S_k＞0，则逆变器发生故障；否则，当积分结果S_k≤0，则逆变器未发生故障，此时，可记作：

当检测到支撑电容发生故障时，产生锁存信号将故障锁存并进行故障预警。

如图7所示为根据本发明的一个实施例的支撑电容预警的模拟测试结果图。测试时，在逆变器内部，用一段导线把支撑电容的两极短接来模拟支撑电容绝缘击穿短路，将本发明方法的程序下载到逆变器中。然后，司机在传统模式(逆变直流电源断开，电动汽车仅靠柴油机驱动)下，缓慢加速汽车，持续约30s。其测试结果如图7所示，CErr的从0阶跃到1，说明检测出了支撑电容短路故障。其中，sp表示驱动电机的转速，iw、iv、iu表示驱动电机输出的三相电流。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于检测逆变器内部支撑电容熔毁故障的装置。如图8所示，该装置包括支撑电容电流计算模块、电流状态值确定模块、带饱和限制积分模块和故障判断模块。

其中，支撑电容电流计算模块用于在逆变器已处于不可控整流状态到达预设延时值后，获取支撑电容上流过的实际电流值；电流状态值确定模块用于将实际电流值与预设电流值进行比较，从而确定出支撑电容上流过的实际电流的状态值；带饱和限制积分模块用于对状态值进行带饱和限制积分；故障判断模块用于将积分得到的结果进行过零检测，并基于检测结果来判断支撑电容是否发生故障。

本发明简单实用，对于含有数字控制核心的逆变器来说，只需要把本方法所编制的子程序加入控制器即可。本发明不需要增添额外的器件或专业工具(如万用表)，也不需要打开逆变器即可进行检测。本发明是一种在线、实时的检验方法，对于支撑电容的软击穿故障也可检测出来。在本发明中对支撑电容电流的使用了抗干扰能力强的数字状态积分方法。在本发明中，支撑电容电流的计算很容易推广到3相以上的逆变器。逆变器的整个检测过程不需要检测电压，所以对逆变器的电压等级没有要求。检测算法中也不需要速度，所以对无速度检测的逆变器也适用。整个发明的所需的参数少，只需要根据应用环境和逆变器参数，设定支撑电容的电流阈值(IcThd)和此电流的积分上限(paraUp)和下限(paraLo)即可。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于检测逆变器故障的方法，包括：

在逆变器已处于不可控整流状态到达预设延时值后，获取支撑电容上流过的实际电流值；

将所述实际电流值与预设电流值进行比较，从而确定出所述支撑电容上流过的实际电流的状态值；

对所述状态值进行带饱和限制积分；

将积分得到的结果进行过零检测，并基于检测结果来判断支撑电容是否发生故障。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取支撑电容上流过的实际电流值包括：

检测逆变器的各相支路电流；

检测逆变器的直流侧负载电流；

基于基尔霍夫节点定律，通过各相支路电流和直流侧负载电流计算支撑电容上流过的实际电流值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在支撑电容所在的支路上设置电流传感器来获取支撑电容上流过的实际电流值。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，获取所述状态值包括：将流过支撑电容的实际电流值与预设电流值进行比较，

当所述支撑电容上流过的实际电流值大于所述预设电流值时，为第一电流状态；

当所述支撑电容上流过的实际电流小于或等于所述预设电流值时，为第二电流状态；

针对所述第一电流状态和所述第二电流状态设置对应的电流状态值X1和X2，其中，X1>0，X2<0，且|X₁|＝|X₂|。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述状态值进行带饱和限制积分进一步包括：

设定带饱和限制积分的上限paraUp、下限paraLo和初始值S₀＝paraLo，其中，paraUp＞paraLo；

基于电流状态值X1和X2，通过以下积分式进行积分：

其中，X表示电流状态值，取值为X1或X2。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述下限paraLo通过下式得出：

paraLo＝-KT

其中，n_max为负载电机的最高工作转速，p为负载电机的极对数，K为调节参数。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，基于检测结果来判断支撑电容是否发生故障包括：

当所述积分结果正向过零时，支撑电容发生故障，对此时的预警信号进行锁存，并输出故障预警信号；

否则，支撑电容未发生故障。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设延时值基于所述支撑电容在其正常且不外接充电电阻时的充电时间与所述支撑电容的直流侧开关断开时的暂态过程持续时间设置。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设电流值大于逆变器采用的电流传感器的误差上限。

10.一种用于检测逆变器内部支撑电容熔毁故障的装置，包括：

支撑电容电流计算模块，其用于在逆变器已处于不可控整流状态到达预设延时值后，获取支撑电容上流过的实际电流值；

电流状态值确定模块，其用于将所述实际电流值与预设电流值进行比较，从而确定出所述支撑电容上流过的实际电流的状态值；

带饱和限制积分模块，其用于对所述状态值进行带饱和限制积分；

故障判断模块，其用于将积分得到的结果进行过零检测，并基于检测结果来判断支撑电容是否发生故障。