CN107994798A - 一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器及其工作方法 - Google Patents
一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器及其工作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107994798A CN107994798A CN201810027553.4A CN201810027553A CN107994798A CN 107994798 A CN107994798 A CN 107994798A CN 201810027553 A CN201810027553 A CN 201810027553A CN 107994798 A CN107994798 A CN 107994798A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power switch
- switch pipe
- controller
- inverter
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 claims description 8
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 3
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 abstract 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 244000144992 flock Species 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2607—Circuits therefor
- G01R31/2621—Circuits therefor for testing field effect transistors, i.e. FET's
-
- H02J3/382—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
- H02M1/0012—Control circuits using digital or numerical techniques
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
- H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器及其工作方法，系统包含了逆变器、采样电路、隔离驱动电路和控制器，控制器基于双向工作模式读取目标输入输出值，基于MPC确定用于目标预测操作参数，分别确定用于目标的预测成本值，根据成本值选择可能目标值中最优的一个并设置目标值；控制器根据所设置的目标值来调整输出实现对逆变器功率开关管的控制。控制器根据数据分析、特征提取以及特征融合进行故障判断，包括阈值判断和残差判断，完成故障报警与定位。本发明系统响应快，实时性和可靠性高，诊断时所需输入量少，无需增加额外的检测电路，快速诊断和定位出逆变器系统的故障，可以有效的提升直流微网的运行环境，保证系统安全可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及双向电力电子变换器技术领域，尤其涉及一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器及其工作方法。
背景技术
环境恶化、能源短缺等问题促使电力行业积极寻找能源建设突破口。近年来，我国不断减少电力行业的碳排放量，大力推进可再生能源和新能源发展，为了适应国家新能源发展战略，使分布式电源得到充分开发和利用，将各类分布式电源通过不同层次的微电网接入电网并网运行，可以高效利用分布式电源。
微网作为一种新型高效的新能源架构，将分布式电源、相关负荷、电力电子变换器、储能设备以及监控保护模块聚集在一起而组成可实现高度自治的小型发配电系统。而直流微网中需要一个双向DC-AC接口变换器来接入交流电网以确保能量交互。而直流微网中大量的随机波动性的可再生能源以及负荷单元，会对直流母线电压乃至整个微网造成扰动冲击，为了保证直流微网的安全稳定运行，一款直流母线电压以及双向功率流可控的高效率、高可靠性并网双向DC-AC变换器就显得至关重要。
双向双buck逆变器克服了桥式结构的缺点，不存在开关管串接现象，无桥臂直通问题，无需设置死区时间，且续流回路由二极管代替体二极管，在传统双buck逆变器的基础上进一步提升功率密度。而逆变器常作为能源系统中的关键设备也是较为薄弱的环节，因装置故障造成的损失巨大。因此在线故障诊断能够诊断和定位出逆变器系统的故障，做到及时维修或在线补救，减少意外停机时间，保护设备以及人员的安全，并且在故障诊断的基础上进行冗余设计和调整容错控制，可以大大提高系统的可靠性。
发明内容
针对上述现有技术不足，本发明提供一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器及其工作方法，无需增加额外的检测电路，实现对故障开关器件的故障报警与定位。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器，包括：直流源Ud、功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3、功率开关管VT4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、滤波电容Cd、滤波电感L1和滤波电感L2，所述直流源Ud与滤波电容Cd并联，所述直流源Ud的一端与二极管D1的阴极、二极管D2的阴极、功率开关管VT3的漏极以及功率开关管VT4的漏极连接，所述直流源Ud的另一端与功率开关管VT1的源极、功率开关管VT2的源极、二极管D3的阳极以及二极管D4的阳极连接，所述二极管D1的阳极与功率开关管VT1的漏极、滤波电感L1的一端连接，所述二极管D2的阳极与功率开关管VT2的漏极、滤波电感L2的一端连接，所述二极管D3的阴极与功率开关管VT3的源极、滤波电感L1的另一端连接，所述二极管D4的阴极与功率开关管VT4的源极、滤波电感L2的另一端连接，所述滤波电感L1的另一端和滤波电感L2的另一端与电网Ug连接。
进一步地，所述功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3和功率开关管VT4的驱动端连接一控制终端。
进一步地，所述控制终端包括用于检测逆变器直流母线电压的电压传感器、用于检测逆变器交流并网电流的电流传感器、控制器以及隔离驱动电路，所述电压传感器和电流传感器的输出端均经一采样电路与控制器连接，所述控制器经隔离驱动电路与功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3和功率开关管VT4的驱动端连接。
进一步地，所述采样电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和跟随器，电阻R1的一端作为采样电路的输入端，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电容C1的一端、跟随器的正极连接，跟随器的负极与跟随器的输出端、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电容C2的一端、控制器连接，作为采样电路的输出端，电阻R2的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端均接地。
进一步地，所述隔离驱动电路包括光耦驱动器和推挽输出电路，所述光耦驱动器与控制器连接，用于将控制器输出的PWM信号进行光电隔离，产生的隔离信号驱动推挽输出电路的三极管导通或截止，使推挽输出电路输出开关信号至功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3和功率开关管VT4的驱动端，所述光耦驱动器和推挽输出电路由一隔离驱动电源供电。
一种根据上述的含在线故障诊断的双向双buck逆变器的工作方法，包括：
步骤S1：功率开关管VT1、VT2、VT3、VT4和二极管D1、D2、D3、D4组成双向DC-AC逆变器，在直流侧设置有一电压传感器用于检测逆变器的直流母线电压v，在交流侧设置有一电流传感器用于检测逆变器的交流并网电流i，将所述直流母线电压v和交流并网电流i均经一采样电路反馈给一控制器，所述控制器输出理想开关信号S(j)＝[S1 S2 S3 S4]T，经一隔离驱动电路输出到功率开关管VT1至功率开关管VT4的驱动端，其中，Sr为输出到功率开关管VTr的驱动端的开关信号，在开关信号Sr中，PWM波形的占空比为Dr，其中，r为自然数且1≤r≤4；
步骤S2：构建逆变器电路的参考模型，利用模型观测器，获取逆变器工作状态变量xj＝[xv xi]T，并由所有可能的开关信号S(j)＝[S1 S2 S3 S4]T以及其对应的占空比D(j)＝[D1 D2 D3 D4]T经控制器基于MPC预测出正常工作状态下期望输出的状态变量其中xv为电压型变量值，为其对应的期望变量值；xi为电流型变量值，为其对应的期望变量值；其中j表示所有可能的开关信号输出序号，j＝1,2…16，包含了正常工作状态m种与单管故障工作状态n种，m＝8,n＝4，对应的开关信号分别组成控制序列与单管故障序列；步骤S3：控制器在采样得到逆变器第k个控制周期的状态变量x(k)＝[xv kxi k]T的同时，根据预测可能值计算状态变量可能成本值并且基于可能成本值选出一个最优目标对应的最优控制序列；
步骤S4：控制器将优选的控制序列设置为逆变器的功率开关管的驱动信号，并通过连续采样得到系统下个周期的状态变量x(k+1)＝[xv k+1 xi k+1]T；
步骤S5：将更新后的状态变量x(k+1)＝[xv k+1 xi k+1]T与最优控制目标 相比较，得到状态残差z(k)＝[zv zi]T，将残差值与阈值σ相比较，若z(k)>σ，则逆变器电路发生故障，否则电路工作正常，继续下一周期的预测控制；
步骤S6：若判定电路发生故障，控制器将更新后的状态变量x(k+1)＝[xv k+1 xi k+1]T与全部故障状态预测值相比较，其中fj∈n，同时所述控制器发出报警信号，进行故障类型识别与定位。
进一步地，所述步骤S6具体包括：
步骤S61：首先获取当前周期更新控制序列后传感器测量的实际状态变量x(k+1)＝[xv k+1 xi k+1]T；
步骤S62：获取当前周期更新控制序列后控制器输出各开关信号的占空比信号D＝D(k+1)＝[D1 D2 D3 D4]；
步骤S63：读取所有预设的单管故障开关序列SF＝[SF1 SF2 SF3 SF4]，即有一个功率开关器件开路导致的系统状态变量变化的开关管故障有4种情况；
步骤S64：控制器根据单管故障开关序列SF与当前周期更新控制序列后控制器输出各开关信号的占空比信号D，预测出全部可能的故障状态变量值 其中fj∈n；
步骤S65：设置目标函数初始值gop；
步骤S66：故障诊断目标函数表示为对n种故障分别求取目标函数，保存所得结果；
步骤S67：对所有故障诊断目标函数g(j)进行比较，选取最优故障目标函数值，保存该状态条件对应的故障开关序列SF＝[SF1 SF2 SF3 SF4]；
步骤S68：报警显示故障开关管序号，完成故障开关器件的诊断与定位。
与现有技术相比，本发明具有有益效果：
(1)所述双向双buck逆变器系统采用数字控制，相较于传统的模拟控制，大大简化了系统硬件设计；
(2)双向双buck逆变器系统采用MPC控制策略，相较于传统的PI控制，简化设计环节与参数整定环节，暂态响应快，实时性高；
(3)利用原有的双向双buck闭环控制系统搭建在线式故障诊断，不必增加多余的硬件电路，节约资源和成本；
(4)输入量要求少，可行性高，利用软件设计即可方便实现故障诊断与定位；在线式诊断机制特别适合双向双buck逆变器系统，可以保证系统的实时性和快速响应；
(5)可以保存诊断记录，改进容错算法，保证双向双buck逆变器系统的可靠性与诊断准确性。
附图说明
图1是本发明含在线故障诊断的双向双buck逆变器系统结构示意图；
图2是本发明一实施例双向双buck逆变器主电路示意图；
图3是本发明一实施例双向双buck逆变器控制器示意图；
图4是本发明一实施例双向双buck逆变器隔离驱动电路示意图；
图5是本发明一实施例双向双buck逆变器电压采样电路示意图；
图6是本发明一实施例双向双buck逆变器电流采样电路示意图；
图7是本发明工作方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1至6所示，一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器，包括：直流源Ud、功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3、功率开关管VT4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、滤波电容Cd、滤波电感L1和滤波电感L2，所述直流源Ud与滤波电容Cd并联，所述直流源Ud的一端与二极管D1的阴极、二极管D2的阴极、功率开关管VT3的漏极以及功率开关管VT4的漏极连接，所述直流源Ud的另一端与功率开关管VT1的源极、功率开关管VT2的源极、二极管D3的阳极以及二极管D4的阳极连接，所述二极管D1的阳极与功率开关管VT1的漏极、滤波电感L1的一端连接，所述二极管D2的阳极与功率开关管VT2的漏极、滤波电感L2的一端连接，所述二极管D3的阴极与功率开关管VT3的源极、滤波电感L1的另一端连接，所述二极管D4的阴极与功率开关管VT4的源极、滤波电感L2的另一端连接，所述滤波电感L1的另一端和滤波电感L2的另一端与电网Ug连接。
所述功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3和功率开关管VT4的驱动端连接一控制终端。
所述控制终端包括用于检测逆变器直流母线电压的电压传感器、用于检测逆变器交流并网电流的电流传感器、控制器以及隔离驱动电路，所述电压传感器和电流传感器的输出端均经一采样电路与控制器连接，所述控制器经隔离驱动电路与功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3和功率开关管VT4的驱动端连接。
在本实施例中，控制器为单片机。
所述采样电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和跟随器，电阻R1的一端作为采样电路的输入端，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电容C1的一端、跟随器的正极连接，跟随器的负极与跟随器的输出端、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电容C2的一端、控制器连接，作为采样电路的输出端，电阻R2的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端均接地。
所述隔离驱动电路包括光耦驱动器和推挽输出电路，所述光耦驱动器与控制器连接，用于将控制器输出的PWM信号进行光电隔离，产生的隔离信号驱动推挽输出电路的三极管导通或截止，使推挽输出电路输出开关信号至功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3和功率开关管VT4的驱动端，所述光耦驱动器和推挽输出电路由一隔离驱动电源供电。
如图7所示，上述的含在线故障诊断的双向双buck逆变器的工作方法，具体包括：
步骤S1：功率开关管VT1、VT2、VT3、VT4和二极管D1、D2、D3、D4组成双向DC-AC逆变器，在直流侧设置有一电压传感器用于检测逆变器的直流母线电压v，在交流侧设置有一电流传感器用于检测逆变器的交流并网电流i，将所述直流母线电压v和交流并网电流i均经一采样电路反馈给一控制器，所述控制器输出理想开关信号S(j)＝[S1 S2 S3 S4]T，经一隔离驱动电路输出到功率开关管VT1至功率开关管VT4的驱动端，其中，Sr为输出到功率开关管VTr的驱动端的开关信号，在开关信号Sr中，PWM波形的占空比为Dr，其中，r为自然数且1≤r≤4；
步骤S2：构建逆变器电路的参考模型，利用模型观测器，获取逆变器工作状态变量xj＝[xv xi]T，并由所有可能的开关信号S(j)＝[S1 S2 S3 S4]T以及其对应的占空比D(j)＝[D1 D2 D3 D4]T经控制器基于MPC预测出正常工作状态下期望输出的状态变量其中xv为电压型变量值，为其对应的期望变量值；xi为电流型变量值，为其对应的期望变量值；其中j表示所有可能的开关信号输出序号，j＝1,2…16，包含了正常工作状态m种与单管故障工作状态n种,m＝8，n＝4，对应的开关信号分别组成控制序列与单管故障序列；步骤S3：控制器在采样得到逆变器第k个控制周期的状态变量x(k)＝[xv kxi k]T的同时，根据预测可能值计算状态变量可能成本值并且基于可能成本值选出一个最优目标对应的最优控制序列；
步骤S4：控制器将优选的控制序列设置为逆变器的功率开关管的驱动信号，并通过连续采样得到系统下个周期的状态变量x(k+1)＝[xv k+1 xi k+1]T；
步骤S5：将更新后的状态变量x(k+1)＝[xv k+1 xi k+1]T与最优控制目标 相比较，得到状态残差z(k)＝[zv zi]T，将残差值与阈值σ相比较，若z(k)>σ，则逆变器电路发生故障，否则电路工作正常，继续下一周期的预测控制；
步骤S6：若判定电路发生故障，控制器将更新后的状态变量x(k+1)＝[xv k+1 xi k+1]T与全部故障状态预测值相比较，其中fj∈n，同时所述控制器发出报警信号，进行故障类型识别与定位。
所述步骤S6具体包括：
步骤S61：首先获取当前周期更新控制序列后传感器测量的实际状态变量x(k+1)＝[xv k+1 xi k+1]T；
步骤S62：获取当前周期更新控制序列后控制器输出各开关信号的占空比信号D＝D(k+1)＝[D1 D2 D3 D4]；
步骤S63：读取所有预设的单管故障开关序列SF＝[SF1 SF2 SF3 SF4]，即有一个功率开关器件开路导致的系统状态变量变化的开关管故障有4种情况；
步骤S64：控制器根据单管故障开关序列SF与当前周期更新控制序列后控制器输出各开关信号的占空比信号D，预测出全部可能的故障状态变量值 其中fj∈n；
步骤S65：设置目标函数初始值gop；
步骤S66：故障诊断目标函数表示为对n种故障分别求取目标函数，保存所得结果；
步骤S67：对所有故障诊断目标函数g(j)进行比较，选取最优故障目标函数值，保存该状态条件对应的故障开关序列SF＝[SF1 SF2 SF3 SF4]；
步骤S68：报警显示故障开关管序号，完成故障开关器件的诊断与定位。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器，其特征在于，包括：直流源Ud、功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3、功率开关管VT4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、滤波电容Cd、滤波电感L1和滤波电感L2，所述直流源Ud与滤波电容Cd并联，所述直流源Ud的一端与二极管D1的阴极、二极管D2的阴极、功率开关管VT3的漏极以及功率开关管VT4的漏极连接，所述直流源Ud的另一端与功率开关管VT1的源极、功率开关管VT2的源极、二极管D3的阳极以及二极管D4的阳极连接，所述二极管D1的阳极与功率开关管VT1的漏极、滤波电感L1的一端连接，所述二极管D2的阳极与功率开关管VT2的漏极、滤波电感L2的一端连接，所述二极管D3的阴极与功率开关管VT3的源极、滤波电感L1的另一端连接，所述二极管D4的阴极与功率开关管VT4的源极、滤波电感L2的另一端连接，所述滤波电感L1的另一端和滤波电感L2的另一端与电网Ug连接。
2.根据权利要求1所述的双向双buck逆变器，其特征在于，所述功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3和功率开关管VT4的驱动端连接一控制终端。
3.根据权利要求2所述的双向双buck逆变器，其特征在于，所述控制终端包括用于检测逆变器直流母线电压的电压传感器、用于检测逆变器交流并网电流的电流传感器、控制器以及隔离驱动电路，所述电压传感器和电流传感器的输出端均经一采样电路与控制器连接，所述控制器经隔离驱动电路与功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3和功率开关管VT4的驱动端连接。
4.根据权利要求3所述的双向双buck逆变器，其特征在于，所述采样电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和跟随器，电阻R1的一端作为采样电路的输入端，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电容C1的一端、跟随器的正极连接，跟随器的负极与跟随器的输出端、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与电容C2的一端、控制器连接，作为采样电路的输出端，电阻R2的另一端、电容C1的另一端、电容C2的另一端均接地。
5.根据权利要求3所述的双向双buck逆变器，其特征在于，所述隔离驱动电路包括光耦驱动器和推挽输出电路，所述光耦驱动器与控制器连接，用于将控制器输出的PWM信号进行光电隔离，产生的隔离信号驱动推挽输出电路的三极管导通或截止，使推挽输出电路输出开关信号至功率开关管VT1、功率开关管VT2、功率开关管VT3和功率开关管VT4的驱动端，所述光耦驱动器和推挽输出电路由一隔离驱动电源供电。
6.一种根据权利要求1所述的含在线故障诊断的双向双buck逆变器的工作方法，其特征在于，包括：
步骤S1：功率开关管VT1、VT2、VT3、VT4和二极管D1、D2、D3、D4组成双向DC-AC逆变器，在直流侧设置有一电压传感器用于检测逆变器的直流母线电压v，在交流侧设置有一电流传感器用于检测逆变器的交流并网电流i，将所述直流母线电压v和交流并网电流i均经一采样电路反馈给一控制器，所述控制器输出理想开关信号S(j)＝[S1 S2 S3 S4]T，经一隔离驱动电路输出到功率开关管VT1至功率开关管VT4的驱动端，其中，Sr为输出到功率开关管VTr的驱动端的开关信号，在开关信号Sr中，PWM波形的占空比为Dr，其中，r为自然数且1≤r≤4；
步骤S2：构建逆变器电路的参考模型，利用模型观测器，获取逆变器工作状态变量xj＝[xv xi]T，并由所有可能的开关信号S(j)＝[S1 S2 S3 S4]T以及其对应的占空比D(j)＝[D1D2 D3 D4]T经控制器基于MPC预测出正常工作状态下期望输出的状态变量其中xv为电压型变量值，为其对应的期望变量值；xi为电流型变量值，为其对应的期望变量值；其中j表示所有可能的开关信号输出序号，j＝1,2,...,16，包含了正常工作状态m种与单管故障工作状态n种，m＝8，n＝4，对应的开关信号分别组成控制序列与单管故障序列；
步骤S3：控制器在采样得到逆变器第k个控制周期的状态变量的同时，根据预测可能值计算状态变量可能成本值并且基于可能成本值选出一个最优目标对应的最优控制序列；
步骤S4：控制器将优选的控制序列设置为逆变器的功率开关管的驱动信号，并通过连续采样得到系统下个周期的状态变量
步骤S5：将更新后的状态变量与最优控制目标 相比较，得到状态残差z(k)＝[zv zi]T，将残差值与阈值σ相比较，若z(k)>σ，则逆变器电路发生故障，否则电路工作正常，继续下一周期的预测控制；
步骤S6：若判定电路发生故障，控制器将更新后的状态变量x(k+1)＝[xv k+1 xi k+1]T与全部故障状态预测值相比较，其中fj∈n，同时所述控制器发出报警信号，进行故障类型识别与定位。
7.根据权利要求6所述的含在线故障诊断的双向双buck逆变器的工作方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：
步骤S61：首先获取当前周期更新控制序列后传感器测量的实际状态变量
<mrow>
<mi>x</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>k</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<msup>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msup>
<msub>
<mi>x</mi>
<mi>v</mi>
</msub>
<mrow>
<mi>k</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msup>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<msup>
<msub>
<mi>x</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mrow>
<mi>k</mi>
<mo>+</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msup>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mi>T</mi>
</msup>
<mo>;</mo>
</mrow>
步骤S62：获取当前周期更新控制序列后控制器输出各开关信号的占空比信号D＝D(k+1)＝[D1 D2 D3 D4]；
步骤S63：读取所有预设的单管故障开关序列SF＝[SF1 SF2 SF3 SF4]，即有一个功率开关器件开路导致的系统状态变量变化的开关管故障有4种情况；
步骤S64：控制器根据单管故障开关序列SF与当前周期更新控制序列后控制器输出各开关信号的占空比信号D，预测出全部可能的故障状态变量值 fj∈n；
步骤S65：设置目标函数初始值gop；
步骤S66：故障诊断目标函数表示为对n种故障分别求取目标函数，保存所得结果；
步骤S67：对所有故障诊断目标函数g(j)进行比较，选取最优故障目标函数值，保存该状态条件对应的故障开关序列SF＝[SF1 SF2 SF3 SF4]；
步骤S68：报警显示故障开关管序号，完成故障开关器件的诊断与定位。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810027553.4A CN107994798B (zh) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | 一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器及其工作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810027553.4A CN107994798B (zh) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | 一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器及其工作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107994798A true CN107994798A (zh) | 2018-05-04 |
| CN107994798B CN107994798B (zh) | 2024-03-12 |
Family
ID=62041053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810027553.4A Active CN107994798B (zh) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | 一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器及其工作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107994798B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109599843A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-04-09 | 深圳市德兰明海科技有限公司 | 一种光耦隔离的过流保护电路和逆变器 |
| CN111130333A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-08 | 广东希塔变频技术有限公司 | 控制方法、控制装置、pfc电路、电机驱动设备和空调器 |
Citations (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB902998A (en) * | 1958-03-11 | 1962-08-09 | English Electric Co Ltd | Improvements in and relating to electrical protective relay systems |
| JPH09322555A (ja) * | 1996-05-29 | 1997-12-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 系統連系システム |
| US7312588B1 (en) * | 2006-09-15 | 2007-12-25 | Osram Sylvania, Inc. | Ballast with frequency-diagnostic lamp fault protection circuit |
| US20100161259A1 (en) * | 2007-08-29 | 2010-06-24 | Powertron Engineering Co., Ltd. | Aging status diagnostic apparatus for power conversion system, and method their of |
| CN102033188A (zh) * | 2010-11-25 | 2011-04-27 | 中国电器科学研究院 | 移相全桥变换器断路故障实时诊断方法 |
| CN103036238A (zh) * | 2012-12-24 | 2013-04-10 | 珠海万力达电气股份有限公司 | 一种链式有源电力滤波器链节单元旁路控制结构及方法 |
| WO2013082858A1 (zh) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | 上海康威特吉能源技术有限公司 | 单相不对称全桥非隔离光伏并网逆变器 |
| US20130301314A1 (en) * | 2012-05-10 | 2013-11-14 | Futurewei Technologies, Inc. | Multilevel Inverter Device and Method |
| CN103684028A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-03-26 | 华北电力大学（保定） | 一种多变压器推挽型光伏逆变器 |
| CN203596757U (zh) * | 2013-11-20 | 2014-05-14 | 东莞市有有光电有限公司 | 具有隔离保护的车载逆变器 |
| CN104796030A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-22 | 西安理工大学 | 基于准z源逆变器的单相光伏离网逆变器及其软开关控制方法 |
| CN105048508A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-11-11 | 苏州大学张家港工业技术研究院 | 一种t型三电平单相并网逆变器的控制方法及系统 |
| CN105305496A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-02-03 | 保力新能源科技(东莞)有限公司 | 一种双支路结构的隔离型光伏并网逆变器及其工作方法 |
| WO2016101536A1 (zh) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种并联交错buck变换器及控制方法 |
| WO2017031880A1 (zh) * | 2015-08-27 | 2017-03-02 | 无锡伊佩克科技有限公司 | 一种光耦隔离车载电源光伏逆变器的控制方法 |
| CN106685251A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-05-17 | 福州大学 | 二极管串并联结构的单电感双Buck全桥逆变器及其控制方法 |
| CN107192964A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-09-22 | 福州大学 | 基于模型预测的三相逆变器故障在线诊断方法 |
| US20170366099A1 (en) * | 2015-03-18 | 2017-12-21 | Shenzhen Boyn Electric Co., Ltd. | High-frequency isolation alternating/direct current conversion circuit and control method thereof |
-
2018
- 2018-01-11 CN CN201810027553.4A patent/CN107994798B/zh active Active
Patent Citations (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB902998A (en) * | 1958-03-11 | 1962-08-09 | English Electric Co Ltd | Improvements in and relating to electrical protective relay systems |
| JPH09322555A (ja) * | 1996-05-29 | 1997-12-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 系統連系システム |
| US7312588B1 (en) * | 2006-09-15 | 2007-12-25 | Osram Sylvania, Inc. | Ballast with frequency-diagnostic lamp fault protection circuit |
| US20100161259A1 (en) * | 2007-08-29 | 2010-06-24 | Powertron Engineering Co., Ltd. | Aging status diagnostic apparatus for power conversion system, and method their of |
| CN102033188A (zh) * | 2010-11-25 | 2011-04-27 | 中国电器科学研究院 | 移相全桥变换器断路故障实时诊断方法 |
| WO2013082858A1 (zh) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | 上海康威特吉能源技术有限公司 | 单相不对称全桥非隔离光伏并网逆变器 |
| US20130301314A1 (en) * | 2012-05-10 | 2013-11-14 | Futurewei Technologies, Inc. | Multilevel Inverter Device and Method |
| CN103036238A (zh) * | 2012-12-24 | 2013-04-10 | 珠海万力达电气股份有限公司 | 一种链式有源电力滤波器链节单元旁路控制结构及方法 |
| CN203596757U (zh) * | 2013-11-20 | 2014-05-14 | 东莞市有有光电有限公司 | 具有隔离保护的车载逆变器 |
| CN103684028A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-03-26 | 华北电力大学（保定） | 一种多变压器推挽型光伏逆变器 |
| WO2016101536A1 (zh) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种并联交错buck变换器及控制方法 |
| US20170366099A1 (en) * | 2015-03-18 | 2017-12-21 | Shenzhen Boyn Electric Co., Ltd. | High-frequency isolation alternating/direct current conversion circuit and control method thereof |
| CN104796030A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-22 | 西安理工大学 | 基于准z源逆变器的单相光伏离网逆变器及其软开关控制方法 |
| WO2017031880A1 (zh) * | 2015-08-27 | 2017-03-02 | 无锡伊佩克科技有限公司 | 一种光耦隔离车载电源光伏逆变器的控制方法 |
| CN105048508A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-11-11 | 苏州大学张家港工业技术研究院 | 一种t型三电平单相并网逆变器的控制方法及系统 |
| CN105305496A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-02-03 | 保力新能源科技(东莞)有限公司 | 一种双支路结构的隔离型光伏并网逆变器及其工作方法 |
| CN106685251A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-05-17 | 福州大学 | 二极管串并联结构的单电感双Buck全桥逆变器及其控制方法 |
| CN107192964A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-09-22 | 福州大学 | 基于模型预测的三相逆变器故障在线诊断方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 戴晨曦;刘志刚;胡轲;: "关于高铁CRH2型动车组逆变器故障诊断研究", 计算机仿真, no. 04 * |
| 闻飞;: "双向全桥DC-DC变换器故障诊断研究", 安徽理工大学学报(自然科学版), no. 05 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109599843A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-04-09 | 深圳市德兰明海科技有限公司 | 一种光耦隔离的过流保护电路和逆变器 |
| CN111130333A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-08 | 广东希塔变频技术有限公司 | 控制方法、控制装置、pfc电路、电机驱动设备和空调器 |
| CN111130333B (zh) * | 2019-12-24 | 2023-03-21 | 广东希塔变频技术有限公司 | 控制方法、控制装置、pfc电路、电机驱动设备和空调器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107994798B (zh) | 2024-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103269117B (zh) | 多能源汇流协调控制系统的控制方法 | |
| CN103078400B (zh) | 适用于大容量mmc柔性直流输电系统的桥臂汇总保护系统 | |
| CN105356825B (zh) | 混合系统储能装置 | |
| CN106026157A (zh) | 柔性直流输电换流阀子模块故障预测方法与装置 | |
| CN103715983A (zh) | 太阳能发电系统的故障检测装置和方法 | |
| CN108226811A (zh) | 换流器功率模块对冲测试系统 | |
| CN103956970B (zh) | 兼具抗pid功能的光伏汇流装置 | |
| CN109474020A (zh) | 一种光伏组件智能关断系统及其方法 | |
| US12051905B2 (en) | Power system | |
| CN115276549A (zh) | 一种pid效应抑制系统 | |
| CN107994798A (zh) | 一种含在线故障诊断的双向双buck逆变器及其工作方法 | |
| US20220200290A1 (en) | Power System | |
| CN202693701U (zh) | 一种功率单元体检测平台 | |
| CN118432010A (zh) | 一种光伏逆变器 | |
| CN116710787A (zh) | 一种光伏系统、电源系统及绝缘故障检测方法 | |
| CN209217733U (zh) | 一种光伏组件智能关断系统 | |
| CN114531932A (zh) | 一种光伏发电系统、检测光伏组串对地故障的方法及设备 | |
| CN106849679A (zh) | 用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置及方法 | |
| JP6023458B2 (ja) | 太陽電池システム | |
| CN115864355A (zh) | 一种分布式光伏直流接入铝电解槽直流母线的供电装置 | |
| CN108306353B (zh) | 一种改进式多模块并联的数字均流系统及方法 | |
| CN206807297U (zh) | 一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置 | |
| CN102820655A (zh) | 一种兼顾电压支撑及故障限流的电力电子系统控制方法 | |
| CN107112559B (zh) | 包括电化学电池堆叠体的电气系统及用于控制系统的方法 | |
| CN207691702U (zh) | 一种具有故障诊断功能的双向双buck逆变器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 350108 No. 2 Xueyuan Road, Fuzhou University Town, Minhou County, Fuzhou City, Fujian Province Applicant after: FUZHOU University Applicant after: XIAMEN KEHUAHENGSHENG LIMITED BY SHARE Ltd. Address before: 350108 No. 2 Xueyuan Road, Fuzhou University Town, Minhou County, Fuzhou City, Fujian Province Applicant before: Fuzhou University Applicant before: XIAMEN KEHUA HENGSHENG Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |