CN109188235B - 变流器中igbt开关状态的检测方法、装置、电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种变流器中IGBT开关状态的检测方法、装置、电路。该方法包括：获得变流器中直流母线的负端与预设节点之间的差分电压，其中节点位于变流器中同相位的第一IGBT和第二IGBT之间；将差分电压分别与预设的第一电压阈值和预设的第二电压阈值进行比较，得到比较结果；根据比较结果，判断第一IGBT和第二IGBT的开关状态。采用本发明实施例中的技术方案，能够对变流器中IGBT的实际开关状态进行有效检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种变流器中IGBT开关状态的检测方法、装置、电路。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是由GTR和MOSFET组成的复合全控型电压驱动的电力电子器件，具有通流能力强、开关速度快、驱动功率小和驱动电路简单等优点，已经成为变流器的核心部件。变流器运行调制过程中，IGBT栅极接受驱动控制器的控制命令开通或者关断。在一示例中，栅极接收到高电平，IGBT处于导通状态，接收到低电平，IGBT处于截止状态。
但是，由于IGBT存在控制死区和最小开通脉冲的限制，使得驱动控制器输出的IGBT开关矢量和IGBT的实际开关状态不一致，不能够确定IGBT是否执行了栅极的控制命令，影响变流器的安全稳定运行，因此，对IGBT的实际开关状态进行有效检测成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种变流器中IGBT开关状态的检测方法、装置、电路，能够对IGBT的实际开关状态进行有效检测。
第一方面，本发明实施例提供一种变流器中IGBT开关状态的检测方法，该方法包括：
获得变流器中直流母线的负端与预设节点之间的差分电压，其中预设节点位于变流器中同相位的第一IGBT和第二IGBT之间；
将差分电压分别与预设的第一电压阈值和预设的第二电压阈值进行比较，得到比较结果；
根据比较结果，判断第一IGBT和第二IGBT的开关状态。
在第一方面的一种可能的实施方式中，在获得变流器中直流母线的负端与预设节点之间的差分电压之前，该方法还包括：在第一IGBT和第二IGBT之间设置预设节点；当第一IGBT导通且第二IGBT截止时，检测预设节点的电压，并根据检测到的预设节点的电压确定第一电压阈值。
在第一方面的一种可能的实施方式中，第一电压阈值大于1/2×U1，且小于第一IGBT导通、第二IGBT截止且预设节点电流输出方向为正时的预设节点的电压，其中U1为直流母线的正端与负端之间的差分电压。
在第一方面的一种可能的实施方式中，在获得变流器中直流母线的负端与预设节点之间的差分电压之前，该方法还包括：在第一IGBT和第二IGBT之间设置预设节点；当第二IGBT导通且第一IGBT截止时，检测预设节点的电压，并根据检测到的预设节点的电压确定第二电压阈值。
在第一方面的一种可能的实施方式中，第二电压阈值小于1/2×U1，且大于第一IGBT截止、第二IGBT导通且预设节点电流输出方向为负时的预设节点的电压，其中U1为直流母线的正端与负端之间的差分电压。
在第一方面的一种可能的实施方式中，根据比较结果判断第一IGBT和第二IGBT的开关状态，包括：若比较结果为差分电压大于第一电压阈值，则第一IGBT的开关状态为导通，第二IGBT的开关状态为截止；若比较结果为差分电压小于第二电压阈值，则第一IGBT的开关状态为截止，第二IGBT的开关状态为导通。
在第一方面的一种可能的实施方式中，该方法还包括：根据第一IGBT或者第二IGBT的开关状态，判断与第一IGBT或者第二IGBT对应的栅极驱动电路的工作状态，其中，若第一IGBT或者第二IGBT在故障时刻的开关状态与对应的栅极驱动信号一致，则对应的栅极驱动电路正常；若第一IGBT或者第二IGBT在故障时刻的开关状态与对应的栅极驱动信号不一致，则对应的栅极驱动电路故障。
第二方面，本发明实施例提供了一种变流器中IGBT开关状态的检测装置，该检测装置基于如上所述的变流器中IGBT开关状态的检测方法，其特征在于，该检测装置包括：
差分电压处理模块，用于获得变流器中直流母线的负端与预设节点之间的差分电压，其中预设节点位于变流器中同相位的第一IGBT和第二IGBT之间；
比较处理模块，用于将差分电压分别与预设的第一电压阈值和预设的第二电压阈值进行比较，得到比较结果；
判断处理模块，用于根据比较结果，判断第一IGBT和第二IGBT的开关状态。
第三方面，本发明实施例提供一种用于检测变流器中IGBT开关状态的电路结构，该电路结构包括：差分运放单元、分压单元、比较单元和处理器；其中，
差分运放单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器的同向输入端与直流母线的正端连接、第一比较器的异向输入端与直流母线的负端连接；第二比较器的同向输入端与第一待测IGBT和第二待测IGBT之间的预设节点连接，第二比较器的异向输入端与第一比较器的异向输入端连接；
分压单元包括依次相连的第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻，第一分压电阻与第一比较器的输出端连接，第三分压电阻的输出端接低压地；
比较单元包括第三比较器和第四比较器，第三比较器的同向输入端与第二比较器的输出端连接，第三比较器的异向输入端与第一分压电阻和第二分压电阻之间的预设节点连接，第四比较器的同向输入端与第二分压电阻和第三分压电阻之间的预设节点连接，第四比较器的异向输入端与第二比较器的输出端连接，第三比较器的输出端和第四比较器的输出端均连接到处理器。
在第三方面的一种可能的实施方式中，第一比较器的同向输入端、第一比较器的异向输入端、第二比较器的同向输入端均接高压地；差分运放单元还包括第四分压电阻、第五分压电阻和第六分压电阻；其中，第四分压电阻位于第一比较器的同向输入端的接地线路上，第五分压电阻位于第一比较器的异向输入端的接地线路上，第六分压电阻位于第二比较器的同向输入端的接地线路上。
在第三方面的一种可能的实施方式中，差分运放单元还包第七分压电阻、第八分压电阻和第九分压电阻，其中，第七分压电阻位于第一比较器的同向输入端与直流母线的正端之间线路上，第八分压电阻位于第一比较器的异向输入端与直流母线的负端之间线路上，第九分压电阻位于第二比较器的同向输入端与第一待测IGBT和第二待测IGBT之间的预设节点之间线路上。
在第三方面的一种可能的实施方式中，第一比较器和第二比较器采用双极性电源供电。
由于本申请能够使预设的第一电压阈值和第二电压阈值分别对应“T1导通T2截止”和“T1截止T2导通”的开关状态设置，这样，将第一IGBT和第二IGBT之间的节点和直流母线负端的差分电压分别与预设的第一电压阈值和预设的第二电压阈值进行比较，能够根据比较结果得到第一IGBT和第二IGBT的实际开关状态，从而实现对IGBT实际开关状态的有效检测。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为一种风力发电机组的并网结构示意图；
图2为与图1对应的网侧逆变器模块的主回路示意图；
图3为本发明实施例提供的变流器中IGBT开关状态的检测方法的流程示意图；
图4为节点a的电流输出方向为“﹣”的电路示意图；
图5为节点a的电流输出方向为“+”的电路示意图；
图6为本发明实施例提供的变流器中IGBT开关状态的检测装置的结构示意图；
图7为本发明一个实施例提供的用于检测变流器中IGBT开关状态的电路结构示意图；
图8为本发明另一实施例提供的用于检测变流器中IGBT开关状态的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。
变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备，由一个或多个电子开关器件和相关的元器件组成，主要应用在需要功率传递的系统中，比如风力发电技术领域。
图1为一种风力发电机组的并网结构示意图。如图1所示，风力发电机组和电网之间设置有变流器200。
变流器200从发电机侧到网侧依次包括整流器201、制动单元202和逆变器203。其中，整流器201包括6个IGBT组成的全桥结构，用于对风力发电机组发电产生的三相交流电进行整流。制动单元202包括2个IGBT组成的半桥结构，用于消耗有功功率以使直流母线电压维持在稳定值。逆变器203包括6个IGBT组成的全桥结构，用于将整流后的直流电重新转换为三相交流电并入电网，其中，同一时刻6个IGBT的开关状态成为一种开关矢量，比如(1，0，1，0，1，0)，1表示导通、0表示截止。
图2为与图1对应的网侧逆变器模块的主回路示意图。如图2所示，逆变器203包括6个IGBT组成的全桥结构，每个IGBT的两端并联有一个二极管，每个虚线框限定的2个IGBT和对应的二极管用于输出一个相位的交流电，三个虚线框限定的6个IGBT和对应的二极管用于输出三相交流电。
实际应用中，变流器控制系统可以采用SVPWM(Space Vector Pulse WidthModulation，空间矢量脉宽调制)算法输出IGBT栅极驱动信号，通过驱动电路控制IGBT导通和截止，但是由于驱动电路中有IGBT死区和最小导通脉冲宽度限制，IGBT的实际开关状态与对应的栅极驱动信号不一致，影响变流器的安全稳定运行。
基于此，本发明实施例提供一种变流器中IGBT开关状态的检测方法、装置、电路，用于对变流器中IGBT的实际开关状态进行有效检测。
图3为本发明实施例提供的变流器中IGBT开关状态的检测方法的流程示意图。如图3所示，该检测方法包括步骤301至步骤303。
在步骤301中，获得变流器中直流母线的负端与预设节点之间的差分电压，其中预设节点(如图2中的节点a、b、c)位于变流器中同相位的第一IGBT和第二IGBT之间。
在步骤302中，将差分电压分别与预设的第一电压阈值和预设的第二电压阈值进行比较，得到比较结果。
在步骤303中，根据比较结果，判断第一IGBT和第二IGBT的开关状态。
在一个实施例中，第一电压阈值可以根据第一IGBT导通且第二IGBT截止时检测的节点a的电压得到。这样，当需要检测与节点a对应的第一IGBT和第二IGBT的实际开关状态时，只要将实际检测到的节点a的电压与第一电压阈值进行比较，就能够识别出“第一IGBT导通且第二IGBT截止”的状态。
在一个实施例中，第二电压阈值可以根据第二IGBT导通且第一IGBT截止时检测的节点的电压得到。这样，当需要检测与节点a对应的第一IGBT和第二IGBT的实际开关状态时，只要将实际检测到的节点a的电压与第二电压阈值进行比较，就能够识别出“第二IGBT导通且第一IGBT截止”的状态。
具体地，若所述比较结果为所述差分电压大于所述第一电压阈值，则所述第一IGBT的开关状态为导通，所述第二IGBT的开关状态为截止；若所述比较结果为所述差分电压小于所述第二电压阈值，则所述第一IGBT的开关状态为截止，所述第二IGBT的开关状态为导通。
进一步地，考虑检测延时，第一电压阈值大于1/2×U1，且小于第一IGBT导通、第二IGBT截止且节点电流输出方向为正时的节点的电压，其中U1为直流母线的正端与负端之间的差分电压；第二电压阈值小于1/2×U1，且大于第一IGBT截止、第二IGBT导通且节点电流输出方向为负时的节点的电压，其中U1为直流母线的正端与负端之间的差分电压。
如上所述，由于本申请能够使预设的第一电压阈值和第二电压阈值分别对应“T1导通T2截止”和“T1截止T2导通”的开关状态设置，这样，将第一IGBT和第二IGBT之间的节点和直流母线负端的差分电压分别与预设的第一电压阈值和预设的第二电压阈值进行比较，能够根据比较结果得到第一IGBT和第二IGBT的实际开关状态，从而实现对IGBT实际开关状态的有效检测。
为便于了解上文中的技术方案，参阅图4和图5，图4为节点a的电流输出方向为“﹣”的电路示意图；图5为节点a的电流输出方向为“+”的电路示意图。其中，两个IGBT分别用T1和T2表示，与T1和T2对应的二极管分别用D1和D2表示。
以及参阅表1-表4，表1为T1和T2处于网侧逆变功率模块且节点a的电流输出方向为“﹣”时的电路状态数据；表2为T1和T2处于网侧逆变功率模块且节点a的电流输出方向为“+”时的电路状态数据；表3为T1和T2处于机侧整流功率模块且节点a的电流输出方向为“-”时的电路状态数据；表4为T1和T2处于机侧整流功率模块且节点a的电流输出方向为“+”时的电路状态数据，其中，假设直流母线电压为1000V，IGBT开通的饱和导通压降为2V，二极管的正向导通压降也为2V。
表1
表2
表3
表4
由表1-表4可知：当T1导通且T2截止(T1onT2off)时，检测的节点a的电压包括：1002V(参阅表1和表3)、998V(参阅表2和表4)。因此，可以根据1002V和998V设置第一电压阈值，这样，将实际检测到的节点a的电压与第一电压阈值比较后，就能够推测出“T1导通且T2截止的状态。
当T2导通且T1截止(T1offT2on)时，检测的节点a的电压包括：2V(参阅表1和表3)、-2V(参阅表2和表4)。因此，可以根据2V和-2V设置第二电压阈值，这样，将实际检测到的节点a的电压与第二电压阈值进行比较，就能够推测出“T1导通且T2截止的状态。
此外，实际运行时发现，当节点a的电压超过750V时，即可以认为节点a的电压已经达到998V，T1实施了开关动作；当节点a的电压低于200V时，即可以认为节点a的电压已经达到-2V，T2实施了开关动作，因此，为了保证后续检测电路检测结果的准确性，可以将第一电压阈值设置为750V，将第二电压阈值设置为200V。
图6为本发明实施例提供的变流器中IGBT开关状态的检测装置的结构示意图。如图6所示，该检测装置包括：差分电压处理模块601、比较处理模块602和判断处理模块603。
其中，差分电压处理模块601用于获得变流器中直流母线的负端与预设节点之间的差分电压，其中节点位于变流器中同相位的第一IGBT和第二IGBT之间；
比较处理模块602用于将差分电压分别与预设的第一电压阈值和预设的第二电压阈值进行比较，得到比较结果；
判断处理模块603用于根据比较结果，判断第一IGBT和第二IGBT的开关状态。
需要说明的是，本发明实施例的变流器中IGBT开关状态的检测装置的实现形式包括虚拟电路(基于软件)和实际电路结构。
图7为本发明一个实施例提供的用于检测变流器中IGBT开关状态的电路结构示意图。图7所示，该检测电路包括：差分运放单元701、分压单元702、比较单元703和处理器704。其中，
差分运放单元701包括第一比较器P1，第一比较器P1的同向输入端“+”与直流母线的正端DC+连接、第一比较器P1的异向输入端“-”与直流母线的负端DC-连接，第一比较器P1的输出端用于输出上文中的第一差分电压Udc。
分压单元702包括依次相连的第一分压电阻R1、第二分压电阻R2和第三分压电阻R3，第一分压电阻R1与第一比较器P1的输出端连接，第三分压电阻R3的输出端接低压地。第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间的节点用于输出上文中的第一电压阈值，第二分压电阻R2和第三分压电阻R3之间的节点用于输出上文中的第二电压阈值。
比较单元703包括第三比较器P3和第四比较器P4，第三比较器P3的同向输入端“+”与第二比较器P2的输出端连接，第三比较器P3的异向输入端“-”与第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间的节点连接，第四比较器P4的同向输入端“+”与第二分压电阻R2和第三分压电阻R3之间的节点连接，第四比较器P4的异向输入端“-”与第二比较器P2的输出端连接，第三比较器P3的输出端和第四比较器P4的输出端均连接到处理器704。
图7中的检测电路在工作时，第一比较器P1差分采集DC+和DC-之间的差分电压Udc，第一比较器P1采集a点位置和DC-之间的差分电压U_u，然后比较器P3和比较器P4比较U_u和Udc的大小，以数字信号的形式输入CPU处理器704，处理器704用于根据第三比较器P3和第四比较器P4的输出信号，得到T1和T2的实际开关状态。其中，处理器704的具体实现形式为具有逻辑运算功能的独立器件CPU，也可以集成在变流器控制器中。
如上所述，本发明实施例中的检测电路能够基于数字量方式采集IGBT的实际开关状态，且仅涉及差分运放和比较两部分，具有结构简单的优点。
此外，本发明实施例中的检测电路针对第一电压阈值和第二电压阈值分别设置了第三比较器P3和第四比较器P4，保证了电路工作的稳定性。
图8为本发明另一实施例提供的用于检测变流器中IGBT开关状态的电路结构示意图。图8与图7的不同之处在于，图8中增设了多个高压分压电阻，用于防止直流母线的高压串扰到后面的低压检测电路，以提高开关检测结果的准确性。
如图8所示，第一比较器P1的同向输入端“+”、第一比较器P1的异向输入端“-”、第二比较器P2的同向输入端“+”均接高压地。
在一个可选实施例中，差分运放单元701还包括第四分压电阻R4、第五分压电阻R5和第六分压电阻R6；其中，第四分压电阻R4位于第一比较器P1的同向输入端“+”的接地线路上，第五分压电阻R5位于第一比较器P1的异向输入端“-”的接地线路上，第六分压电阻R6位于第二比较器P2的同向输入端“+”的接地线路上。
在一个可选实施例中，差分运放单元702还包第七分压电阻R7、第八分压电阻R8和第九分压电阻R9，其中，第七分压电阻R7位于第一比较器P1的同向输入端“+”与直流母线的正端DC+之间线路上，第八分压电阻R8位于第一比较器P1的异向输入端“-”与直流母线的负端DC-之间线路上，第九分压电阻R9位于第二比较器P2的同向输入端与T1和第T2之间的节点a之间线路上。
需要说明的是，上述分压电阻R4-R9阻值可以结合实际情况进行选取，且分压电阻R4-R9中的每一个可以是单个电阻，也可以是多个电阻的组合，多个电阻的组合形式包括：串联、并联或者串并联的结合，本领域技术人员可以根据实际需求进行设定，此处不进行限定。
下面对基于本申请的检测电路结构的IGBT实际开关状态的检测结果进行说明。参阅表5-表8，表5为与表1对应的检测结果；表6为与表2对应的检测结果；表7为与表3对应的检测结果；表8为与表4对应的检测结果，其中，1表示导通，0表示截止。
表5
表6
表7
表8
从表5可以看出，当电路为网侧逆变功率模块时，功率因数基本为正，电流方向为‘-’时刻，T2和D1为流过电流(参阅图4)。在T1offT2on(即T1截止T2导通)时，a点电压为2V，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3、P4分别为0，1；在T1offT2off且D1电流未完全建立之前，存在D1的正向恢复的暂态过程，恢复时间约为500ns，a点电压满足1300>a>1000，CPU采集的T1、T2的开关状态采集值分别为1、0；之后过渡到T1offT2off死区状态，D1处于续流稳态，a点电压为1002V，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3、P4分别为1、0；死区之后T1onT2off，D1处于续流稳态，a点电压为1002V，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3、P4分别为1，0。
因此，当电流由T2转移到D1的过程中，虽然经历了D1正向恢复、死区稳态这两个过程，但是电流切换过程中CPU在P3位置的采集值都是1，CUP在P4位置的采集值都是0，没有数字电平跳变的状态，因此，逆变器侧IGBT的开关状态可以采用数字量电路的方式采集。
从表6可以看出，电路为网侧逆变功率模块时，功率因数基本为正。当电流方向为‘+’时刻，T1和D2流过电流(参阅图5)。在T1onT2off(即T1导通T2截止)时，电流流过T1，a点电压为998V，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3、P4分别为1、0；在T1offT2off且D2电流未完全建立之前，存在D2的正向恢复的暂态过程，恢复时间约为500ns，a点电压满足0>a>-300，CPU采集T1、T2的开关状态值P3、P4分别为0、1；之后过渡到T1offT2off死区状态，D2处于续流稳态，a点电压为-2V，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3，P4分别为0、1；死区之后T1offT2on，D2处于续流稳态，a点电压为-2V，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3，P4分别为0、1。
因此，当电流由T1转移到D2的过程中，虽然经历了D2正向恢复、死区稳态这两个过程，但是电流切换过程中CPU在P3位置的采集值都是0，CPU在P4位置的采集值都是1，没有数字电平跳变的状态，因此，逆变器侧IGBT的开关状态可以采用数字量电路的方式采集。
从表7可以看出，为机侧整流功率模块时，变流器控制器工作在发电模式，功率因数为负，当电流输入为“-”时，T2和D1流过电流(参阅图4)。在T1onT2off(即T1导通T2截止)时，D1处于续流稳态，a点电压为1002V，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3、P4分别为1、0；之后过渡到T1offT2off死区状态，D1处于续流稳态，a点电压为1002V，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3、P4分别为1、0；在T1offT2off且D1电流未完全建立之前，存在D1的正向恢复的暂态过程，恢复时间约为500ns，a点电压满足1300>a>1000，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3、P4分别为1、0；之后过渡到T1offT2on，T2处于稳态电流阶段，a点电压为2V，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3、P4分别为0、1。
因此，当电流由T2转移到D1的过程中，虽然经历了D1死区稳态、正向恢复这两个过程，但是电流切换过程中CPU在P3位置的采集值都是0，CPU在P4位置的采集值都是1，没有数字电平跳变的状态，因此，整流器侧IGBT的开关状态也可以采用数字量电路的方式采集。
从表8可以看出，为机侧整流功率模块时，变流器控制器工作在发电模式，功率因数为负，当电流输入为“+”时，T1和D2流过电流(参阅5)。在T1offT2on(即T1导通T2截止)时，D2处于续流稳态，a点电压为-2V，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3、P4分别为0、1；在T1offT2off且D2电流未完全建立之前，存在D2的正向恢复的暂态过程，恢复时间约为500ns，a点电压满足0>a>-300，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3、P4分别为0、1；之后过渡到T1offT2off死区状态，D2处于续流稳态，a点电压为-2V，T1和T2的开关状态采集值分别为0与1；死区之后T1onT2off，电流流过T1，a点电压为998V，CPU采集的T1、T2的开关状态值P3、P4分别为1、0。
因此，当电流由T1转移到D2的过程中，虽然经历了D2正向恢复、死区稳态这两个过程，但是电流切换过程中CPU在P3位置的采集值都是0，CPU在P4位置的采集值都是1，没有数字电平跳变的状态，因此，逆变器侧IGBT的开关状态也可以采用数字量电路的方式采集。
需要说明的是，本发明实施例中的第一比较器P1、第二比较器P2的具体实现形式可以为差分运放芯片。考虑到a点和DC-之间电压存在瞬时的负电压状态，该差分运放芯片需要为双极性电源供电。而第三比较器P3和第四比较器P4的具体实现方式可以为比较器芯片，该比较器芯片采用单电源供电即可。
此外，采用本发明实施例中的技术方案还可以根据第一IGBT或者第二IGBT的实际开关状态，判断与第一IGBT或者第二IGBT对应的栅极驱动电路的工作状态。
具体地，由于变流器的功率模块发生故障后，通常只是采集功率模块输出电流和直流母线电压，并不记录IGBT的实际开关状态，这样，在进行功率模块故障分析的时候，无法获知IGBT的实际工作状态，不能够确定IGBT是否执行了栅极的控制命令，尤其是IGBT发生炸裂的情况下。
而基于本申请的技术方案，可以调取故障发生时IGBT的实际开关状态，若第一IGBT或者第二IGBT在故障时刻的开关状态与对应的栅极驱动信号一致，则对应的栅极驱动电路正常；若第一IGBT或者第二IGBT在故障时刻的开关状态与对应的栅极驱动信号不一致，则对应的栅极驱动电路故障，从而可以更加准确判定故障的根源点。
在一示例中，若待测IGBT在故障时刻的实际开关状态为导通，对应的栅极驱动信号为高电平开通，则可以确定栅极驱动电路正常，需要从其他方面寻找故障发生原因；若待测IGBT在故障时刻的实际开关状态为导通，对应的栅极驱动信号为低电平关断，则可以确定栅极驱动电路正常，则可以确定栅极驱动电路故障。
另外，采用本发明实施例中的技术方案还可以根据第一IGBT或者第二IGBT的实际开关状态，准确预测变流器发电机侧的输出功率P：
P＝1.732×Uab×Ia×cosθ (1)
其中，Uab风力发电机的输出线电压，Ia为风力发电机的输出电流，cosθ为风力发电机的功率因素。
具体地，由于IGBT控制死区和最小开通脉冲宽度的限制，控制器输出的IGBT开关矢量和IGBT实际的开关状态不是完全一致，二者之间存在着延时和差异，导致最终计算的风力发电机的输出功率不准确，而基于本申请的技术方案，可以使用IGBT实际的开关状态和直流电压，计算实际的输出相电压，这样排除IGBT最小开通宽度和死区的影响，提高了输出线电压的计算精度，最终提高发电机机侧功率的计算精度。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。
Claims (7)
1.一种变流器中绝缘栅双极型晶体管IGBT开关状态的检测方法，其特征在于，包括：
获得变流器中直流母线的负端与预设节点之间的差分电压，其中，所述预设节点位于变流器中同相位的第一IGBT和第二IGBT之间；
将所述差分电压分别与预设的第一电压阈值和预设的第二电压阈值进行比较，得到比较结果；
根据所述比较结果，判断所述第一IGBT和所述第二IGBT的开关状态，在所述获得变流器中直流母线的负端与预设节点之间的差分电压之前，所述方法还包括：
在所述第一IGBT和所述第二IGBT之间设置所述预设节点；
当所述第一IGBT导通且所述第二IGBT截止时，检测所述预设节点的电压，并根据检测到的所述预设节点的电压确定所述第一电压阈值，所述第一电压阈值大于1/2×U1，且小于所述第一IGBT导通、所述第二IGBT截止且所述预设节点电流输出方向为正时的所述预设节点的电压，其中U1为所述直流母线的正端与负端之间的差分电压，在所述获得变流器中直流母线的负端与预设节点之间的差分电压之前，所述方法还包括：
在所述第一IGBT和所述第二IGBT之间设置所述预设节点；
当所述第二IGBT导通且所述第一IGBT截止时，检测所述预设节点的电压，并根据检测到的所述预设节点的电压确定所述第二电压阈值，所述第二电压阈值小于1/2×U1，且大于所述第一IGBT截止、所述第二IGBT导通且所述预设节点电流输出方向为负时的所述预设节点的电压，其中U1为所述直流母线的正端与负端之间的差分电压，所述根据所述比较结果判断所述第一IGBT和所述第二IGBT的开关状态，包括：
若所述比较结果为所述差分电压大于所述第一电压阈值，则所述第一IGBT的开关状态为导通，所述第二IGBT的开关状态为截止；
若所述比较结果为所述差分电压小于所述第二电压阈值，则所述第一IGBT的开关状态为截止，所述第二IGBT的开关状态为导通。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述第一IGBT或者所述第二IGBT的开关状态，判断与所述第一IGBT或者所述第二IGBT对应的栅极驱动电路的工作状态，其中，
若所述第一IGBT或者所述第二IGBT在故障时刻的开关状态与对应的栅极驱动信号一致，则对应的栅极驱动电路正常；
若所述第一IGBT或者所述第二IGBT在故障时刻的开关状态与对应的栅极驱动信号不一致，则对应的栅极驱动电路故障。
3.一种变流器中IGBT开关状态的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：
差分电压处理模块，用于获得变流器中直流母线的负端与预设节点之间的差分电压，其中所述预设节点位于变流器中同相位的第一IGBT和第二IGBT之间；
比较处理模块，用于将所述差分电压分别与预设的第一电压阈值和预设的第二电压阈值进行比较，得到比较结果；所述第一电压阈值大于1/2×U1，且小于所述第一IGBT导通、所述第二IGBT截止且所述预设节点电流输出方向为正时的所述预设节点的电压，其中U1为所述直流母线的正端与负端之间的差分电压；所述第二电压阈值小于1/2×U1，且大于所述第一IGBT截止、所述第二IGBT导通且所述预设节点电流输出方向为负时的所述预设节点的电压，其中U1为所述直流母线的正端与负端之间的差分电压；
判断处理模块，用于若所述比较结果为所述差分电压大于所述第一电压阈值，则所述第一IGBT的开关状态为导通，所述第二IGBT的开关状态为截止；若所述比较结果为所述差分电压小于所述第二电压阈值，则所述第一IGBT的开关状态为截止，所述第二IGBT的开关状态为导通。
4.一种用于检测变流器中IGBT开关状态的电路结构，其特征在于，所述电路结构包括：差分运放单元、分压单元、比较单元和处理器；其中，
所述差分运放单元包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器的同向输入端与直流母线的正端连接、所述第一比较器的异向输入端与所述直流母线的负端连接；所述第二比较器的同向输入端与第一待测IGBT和第二待测IGBT之间的节点连接，所述第二比较器的异向输入端与所述第一比较器的异向输入端连接；
所述分压单元包括依次相连的第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻，所述第一分压电阻与所述第一比较器的输出端连接，所述第三分压电阻的输出端接低压地；
所述比较单元包括第三比较器和第四比较器，所述第三比较器的同向输入端与所述第二比较器的输出端连接，所述第三比较器的异向输入端与所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间的节点连接，所述第四比较器的同向输入端与所述第二分压电阻和所述第三分压电阻之间的节点连接，所述第四比较器的异向输入端与所述第二比较器的输出端连接，所述第三比较器的输出端和所述第四比较器的输出端均连接到所述处理器。
5.根据权利要求4所述的电路结构，其特征在于，所述第一比较器的同向输入端、所述第一比较器的异向输入端、所述第二比较器的同向输入端均接高压地；
所述差分运放单元还包括第四分压电阻、第五分压电阻和第六分压电阻；其中，所述第四分压电阻位于所述第一比较器的同向输入端的接地线路上，所述第五分压电阻位于所述第一比较器的异向输入端的接地线路上，所述第六分压电阻位于所述第二比较器的同向输入端的接地线路上。
6.根据权利要求4所述的电路结构，其特征在于，所述差分运放单元还包第七分压电阻、第八分压电阻和第九分压电阻，其中，所述第七分压电阻位于所述第一比较器的同向输入端与所述直流母线的正端之间线路上，所述第八分压电阻位于所述第一比较器的异向输入端与所述直流母线的负端之间线路上，所述第九分压电阻位于所述第二比较器的同向输入端与所述第一待测IGBT和第二待测IGBT之间的节点之间线路上。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的电路结构，其特征在于，所述第一比较器和所述第二比较器采用双极性电源供电。
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