CN107561410B - 一种分布式电源并网逆变器及电容的在线测试系统 - Google Patents

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    • G01R27/2605—Measuring capacitance

Abstract

本发明涉及一种分布式电源并网逆变器及电容的在线测试系统，其中，所述在线测试系统，包括：H桥逆变器，该H桥逆变器由一控制单元控制；所述在线测试系统的工作方法，包括：所述控制单元建立所述H桥逆变器的输入、输出电压数据库，通过采集所述H桥逆变器的输入、输出电压与数据库中的该H桥逆变器输入、输出电压相比较，以判断H电桥逆变器是否损坏。

Description

一种分布式电源并网逆变器及电容的在线测试系统
技术领域
本发明涉及一种电力电子领域，尤其涉及一种分布式电源并网逆变器及电容的在线测试系统的工作方法。
背景技术
随着原来越多的分布式发电系统接入电网，各国电网公司都对分布式发电系统提出了新的严格要求，即要求在电网出现故障时分布式发电系统可以继续并网运行并发出有功或无功来支持电网。因此分布式发电系统在并网之前都要进行电网适应能力的测试，然而由于电网的目标是提供标准的三相正弦电压，各种形式的电网故障并不常见。因此在对分布式发电系统进行测试时，仅通过电网很难复现出故障情况，需要专门的设备或仪器来模拟上述故障。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式电源并网逆变器及电容的在线测试系统的工作方法，其解决了对H 桥逆变器进行在线检测的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分布式电源并网逆变器及电容的在线测试系统的工作方法，其中，所述在线测试系统包括： H 桥逆变器，该H 桥逆变器由一控制单元控制；所述在线测试系统的工作方法包括：所述控制单元建立所述H桥逆变器的输入、输出电压数据库，通过采集所述H 桥逆变器的输入、输出电压与数据库中的该H桥逆变器输入、输出电压相比较，以判断H电桥逆变器是否损坏。
进一步，所述在线测试系统还包括：用于进行电容在线检测的电容测试单元，所述电容测试单元的工作方法包括如下步骤：
步骤一：采集被测电容两端的电压向量，并将该电压向量分解出基波电压
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和n次谐波电压分量
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，即，所述被测电容两端的叠加电压
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，计算该叠加电压的有效值U，基波电压的有效值U 0。
步骤二：建立电容声压级数据库，该数据库中包括：各类型电容在仅有各基波电压的有效值所分别对应的电容声压级。
预设被测电容类型、额定电容量C 0，根据被测电容类型及当前基波电压的有效值U 0从所述电容声压级数据库获得相应电容声压级
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。
采集被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，通过公式
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，计算出被测电容的实际电容量C x 。
步骤三：根据被测电容的实际电容量C x 和叠加电压的有效值U建立电容量预估公式，即
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；其中，C为被测电容损坏时的极限电容值，t为电容损坏预期时间，k为单位时间内被测电容在当前基波电压的有效值U 0下对应的电容量变化系数，即，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，其中，C x1和C x2为单位时间内被测电容的电容量初值和终值。
设定所述极限电容值C，通过所述电容量预估公式推导出电容损坏预期时间t的计算公式，即
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，以计算出被测电容发生损坏的预期时间。
进一步，所述叠加电压的有效值U通过基波电压
Figure 850735DEST_PATH_IMAGE002
和n次谐波电压分量
Figure 33455DEST_PATH_IMAGE004
的有效值平方和的平方根值获得。
进一步，所述n次谐波电压分量
Figure 141088DEST_PATH_IMAGE004
中n取5。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：（1）本发明通过所述控制单元建立所述H桥逆变器的输入、输出电压数据库，通过采集所述H 桥逆变器的输入、输出电压与数据库中的该H桥逆变器输入、输出电压相比较，以判断H电桥逆变器是否损坏，该方法具有实时简单，可靠性好的优点；（2）本发明把超声波传感器和高频电流传感器结合起来，实现了无需关闭电源的在线检测；（3）本发明通过超声波传感器采集被测电容产生的电容声压级
Figure 67456DEST_PATH_IMAGE012
；高频电流传感器采集电容两端的电压值，建立电容量预估公式，利用该公式对被测电容的寿命进行预测，比传统的仅仅检测当前电容实际电容量来判断电容寿命更加具有前瞻性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为所述在线测试系统的结构框图；
图2为所述电容测试单元的原理框图；
图3为所述电容测试单元的工作方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1
如图1所示，一种分布式电源并网逆变器及电容的在线测试系统的工作方法，其中，所述在线测试系统包括： H 桥逆变器，该H 桥逆变器由一控制单元控制；所述在线测试系统的工作方法包括：所述控制单元建立所述H桥逆变器的输入、输出电压数据库，通过采集所述H 桥逆变器的输入、输出电压与数据库中的该H桥逆变器输入、输出电压相比较，以判断H电桥逆变器是否损坏。
本发明通过用IGBT 开关技术搭建三相H 桥逆变器，控制单元对H电桥进行相应控制的技术方案已在大量文献中被公开，例如：ＥＭＳ能量管理系统即能实现上述控制功能。
所述控制单元建立所述H桥逆变器的输入、输出电压数据库的步骤包括：通过对各类型的H桥逆变器的输入、输出电压进行采样以获得标准值，即建立所述输入、输出电压数据库，当控制单元检测到被测H桥逆变器在当前输入电压下，其输出电压与数据库中的输出电压不符，即判断该H桥逆变器故障。
对输入、输出电压进行采集，可以通过降压变压器、AD模块、处理器单元来实现，属于现有技术。
实施例2
如图2所示，在实施例1基础上的所述在线测试系统还包括：用于进行电容在线检测的电容测试单元，该电容测试单元包括：
超声波传感器，用于采集被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级
Figure 645942DEST_PATH_IMAGE012
。
高频电流传感器，用于采集电容两端的电压向量。
所述超声波传感器、高频电流传感器分别通过相应数据调理单元与数据处理控制单元相连；即，超声波传感器、高频电流传感器分别通过第一、第二数据调理单元与数控处理控制单元相连，且第一、第二数据调理单元可以采用由集成运算放大器构成的一定比例的放大器。
所述数据处理控制子单元，包括：
电容叠加电压计算模块，适于将获得的电压向量分解出基波电压
Figure 999563DEST_PATH_IMAGE002
和n次谐波电压分量
Figure 594492DEST_PATH_IMAGE004
，即，所述被测电容两端的叠加电压
Figure 58972DEST_PATH_IMAGE006
，即
Figure 55747DEST_PATH_IMAGE008
，计算该叠加电压的有效值U，同时计算基波电压的有效值U 0；其中，获得谐波和基波的方法是通过FFT运算得到，该方法在现有技术文献中已有大量描述，例如：李加升、柴世杰2009年9月发表在期刊《电力系统保护与控制》上的论文“电能质量谐波间谐波在线快速检测方法研究”中已有相关描述。
电容量计算模块，适于根据预设被测电容类型、额定电容量C 0，通过所述电容声压级数据库获得被测电容与仅有各基波电压的有效值对应的电容声压级
Figure 580269DEST_PATH_IMAGE010
；通过被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级
Figure 101642DEST_PATH_IMAGE012
，通过公式
Figure 369813DEST_PATH_IMAGE014
，计算出被测电容的实际电容量C x ；其中，所述电容声压级
Figure 221094DEST_PATH_IMAGE010
通过建立电容声压级数据库的方式获得，即该数据库中存储有各类型电容与各基波电压的有效值对应的电容声压级，通过预设输入被测电容的类型，以及计算所得到当前基波电压的有效值，从电容声压级数据库查找得到该电容对应的电容声压级数据；计算相应电容声压级
Figure 916518DEST_PATH_IMAGE012
的方法在论文文献：2010年6月发表于《电子技术学报》的基于振动信号的电容噪声水平计算方法中已被公开。
被测电容寿命计算模块，适于根据被测电容的实际电容量C x 和叠加电压的有效值U建立电容量预估公式，即
Figure 486039DEST_PATH_IMAGE016
；其中，C为被测电容损坏时的极限电容值，t为电容损坏预期时间，k为单位时间内被测电容在当前基波电压的有效值U 0下对应的电容量变化系数，即，
Figure 292321DEST_PATH_IMAGE018
，其中C x1和C x2为在当前基波电压的有效值U 0下的单位时间内被测电容的电容量初值和终值；电容量变化系数k可以根据各类型电容在各基波电压的有效值下经过实测建立的电容量变化系数数据库得到，该电容量变化系数数据库根据电容型号和相应基波电压的有效值查找得到该电容对应的电容量变化系数k，其具体获取方法：各种基波电压的有效值下所测量的各类型电容在一段时间内的电容量初值和终值，再换算出一个单位时间内对应的电容量初值和终值，根据预设被测电容的类型，以及计算所得到当前基波电压的有效值，从电容量变化系数数据库中查找的出该电容对应的电容量变化系数k，为了便于计算，设电容在单位时间内的变化量是线性的；且通过所述电容量预估公式推导出电容损坏预期时间t的计算公式，即
Figure 699907DEST_PATH_IMAGE020
，设定所述极限电容值C，以计算出被测电容发生损坏的预期时间。
所述叠加电压
Figure 566231DEST_PATH_IMAGE006
的有效值U计算方法包括：基波电压
Figure 419787DEST_PATH_IMAGE002
和n次谐波电压分量
Figure 826497DEST_PATH_IMAGE004
的有效值平方和的平方根值。所述n次谐波电压分量
Figure 698376DEST_PATH_IMAGE004
中n取5。
所述数据处理控制子单元通过FPGA模块来实现，即，FPGA芯片XC6SLX9-TQG144。
表1为实验数据与实测对比结果一，表1的电力电容选用巨华电力电容 BSMJ-0.415-15-3 15Kvar，设定所述极限电容值C为原容量的40%。
表1实验数据与实测对照表
Figure DEST_PATH_IMAGE022
其中，在计算电容量变化系数k时，单位时间为24小时，即在525V基波有效值下，一天的电容变化量经实测为0.08uF。
表2为实验数据与实测对比结果二，表2的电力电容选用上海威斯康电力电容BSMJ0.4-15-3和电容BSMJ 0.45-15-3，设定所述极限电容值C为原容量的40%。
表2实验数据与实测对照表
Figure DEST_PATH_IMAGE024
其中，在计算电容量变化系数k时，单位时间为24小时，即在450V基波有效值下，一天的电容变化量经实测为0.12uF；或在415V基波有效值下，一天的电容变化量经过实测为0.11uF。
表3为实验数据与实测对比结果三，表3的电力电容选用德力西自愈式低压电容器并联电力电容器 BSMJS0.4 20-3 BSMJ，设定所述极限电容值C为原容量的40%。
表3实验数据与实测对照表
Figure DEST_PATH_IMAGE026
其中，在计算电容量变化系数k时，单位时间为24小时，即在380V基波有效值下，一天的电容变化量经实测为0.063uF。
本发明中基波有效值也可以认为是理想状态下的电压有效值。
从表1至表3可以看出，本发明的电容在线检测预估电容剩余时间是切实有效的，具有准确性高的特点，在接近电容实际电容量接近电容损坏时的极限电容值C时，所结算的结果越接近实测结果。因此，所述在线测试系统能完成必要的电容在线检测，其检测数据是与实际数据十分接近，完全可以用于对电容使用寿命的预估。
实施例3
如图3所示，在实施例2基础上，提供了所述在线测试系统的工作方法，其中，所述在线测试系统还包括：用于进行电容在线检测的电容测试单元，所述电容测试单元的工作方法包括如下步骤：
步骤S100，获得被测电容两端的叠加电压、基波电压的有效值。
采集被测电容两端的电压向量，并将该电压向量分解出基波电压
Figure DEST_PATH_IMAGE027
和n次谐波电压分量
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，即，所述被测电容两端的叠加电压
Figure 140464DEST_PATH_IMAGE006
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，计算该叠加电压的有效值U，同时计算基波电压的有效值U 0；其中，获得谐波和基波的方法是通过FFT运算得到，该方法在现有技术文献中已有大量描述，例如：李加升、柴世杰2009年9月发表在期刊《电力系统保护与控制》上的论文“电能质量谐波间谐波在线快速检测方法研究”中已有相关描述。本发明中电容为电力电容。
步骤S200，获得被测电容的实际电容量。
建立电容声压级数据库，该数据库中包括：各类型电容在仅有各基波电压的有效值所分别对应的电容声压级。
预设被测电容类型、额定电容量C 0，通过所述电容声压级数据库获得被测电容在当前基波电压的有效值U 0下对应的电容声压级
Figure DEST_PATH_IMAGE030
；采集被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，通过公式
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，计算出被测电容的实际电容量C x ；其中，所述电容声压级
Figure 370063DEST_PATH_IMAGE030
通过建立电容声压级数据库的方式获得，即该数据库中存储有各类型电容与仅有各基波电压的有效值对应的电容声压级，通过预设输入被测电容的类型，以及计算所得到当前基波电压的有效值，从电容声压级数据库查找得到该电容对应的电容声压级数据；其中，仅有各基波电压指的是无谐波电压；计算相应电容声压级
Figure 518148DEST_PATH_IMAGE031
的方法在论文文献：2010年6月发表于《电子技术学报》的基于振动信号的电容噪声水平计算方法中已被公开。
步骤S300，通过建立电容量预估公式，计算出被测电容发生损坏的预期时间。
步骤S310，建立电容量预估公式及电容量变化系数k计算公式。
根据被测电容的实际电容量C x 和叠加电压的有效值U建立电容量预估公式，即
Figure DEST_PATH_IMAGE033
；其中，C为被测电容损坏时的极限电容值，t为电容损坏预期时间，k为单位时间内被测电容在当前基波电压的有效值U 0下对应的电容量变化系数，即，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，C x1和C x2为在当前基波电压的有效值U 0下的单位时间内被测电容的电容量初值和终值；电容量变化系数k可以根据各类型电容与仅有各基波电压的有效值经过实测建立的电容量变化系数数据库得到，该电容量变化系数数据库根据电容型号和相应基波电压的有效值查找得到该电容对应的电容量变化系数k，其具体获取方法：各种基波电压的有效值下所测量的各类型电容在一段时间内的电容量初值和终值，再换算出一个单位时间内对应的电容量初值和终值，根据预设被测电容的类型，以及计算所得到当前基波电压的有效值，从电容量变化系数数据库中查找的出该电容对应的电容量变化系数k，为了便于计算，设电容在单位时间内的变化量是线性的。
步骤S320，计算出被测电容发生损坏的预期时间。
通过所述电容量预估公式推导出电容损坏预期时间t的计算公式，即
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，设定所述极限电容值C，以计算出被测电容发生损坏的预期时间，即被测电容的使用寿命；其中，极限电容值C由人为设定，也为电容量发出警告的阈值，便于对电容进行在线评估。
进一步，所述叠加电压的有效值U通过基波电压
Figure 824627DEST_PATH_IMAGE027
和n次谐波电压分量
Figure 298333DEST_PATH_IMAGE028
的有效值平方和的平方根值获得。
进一步，考虑到谐波能量分布，所述n次谐波电压分量
Figure 1847DEST_PATH_IMAGE028
中n取5。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (3)

1.一种分布式电源并网逆变器及电容的在线测试系统，其特征在于包括：H 桥逆变器，该H 桥逆变器由一控制单元控制；所述在线测试系统的工作方法包括：所述控制单元建立所述H桥逆变器的输入、输出电压数据库，通过采集所述H 桥逆变器的输入、输出电压与数据库中的该H 桥逆变器输入、输出电压相比较，以判断H电桥逆变器是否损坏；
所述在线测试系统还包括：用于进行电容在线检测的电容测试单元；所述电容测试单元包括：
超声波传感器，用于采集被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级L px；
高频电流传感器，用于采集电容两端的电压向量；
所述超声波传感器、高频电流传感器分别通过相应数据调理单元与数据处理控制子单元相连；
所述电容测试单元的工作方法包括如下步骤：
步骤一：采集被测电容两端的电压向量，并将该电压向量分解出基波电压u 0(t)和n次谐波电压分量u n(t)，即可得出所述被测电容两端的叠加电压u (t)，即u (t)=u 0(t)+u n(t)，然后计算该叠加电压的有效值U，基波电压的有效值U 0；
步骤二：建立电容声压级数据库，该数据库中包括：各类型电容的与仅有各基波电压的有效值分别对应的电容声压级；
预设被测电容类型、额定电容量C 0，根据被测电容类型及当前基波电压的有效值U 0从所述电容声压级数据库获得相应电容声压级L p0；
采集被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级L px，通过公式
Figure 56133DEST_PATH_IMAGE001
，计算出被测电容的实际电容量C x ；
步骤三：根据被测电容的实际电容量C x 和叠加电压的有效值U建立电容量预估公式，即C =C x -kUt；其中，C为被测电容损坏时的极限电容值，t为电容损坏预期时间，k为单位时间内 被测电容在当前基波电压的有效值U0下对应的电容量变化系数，即
Figure 770012DEST_PATH_IMAGE002
，其 中，C x1和C x2为单位时间内被测电容的电容量初值和终值；
设定所述极限电容值C，通过所述电容量预估公式推导出电容损坏预期时间t的计算公 式，即
Figure 953344DEST_PATH_IMAGE003
，以计算出被测电容发生损坏的预期时间。
2.根据权利要求1所述的在线测试系统，其特征在于，所述叠加电压的有效值U通过基波电压u 0(t)和n次谐波电压分量u n(t)的有效值平方和的平方根值获得。
3.根据权利要求2所述的在线测试系统，其特征在于，所述n次谐波电压分量u n(t)中n取5。
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