CN109546649A - 一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法 - Google Patents

一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法，通过控制器检测功率单元直流母线电压、功率单元储能电池组端电压、电能质量治理装置输出电流以及功率单元控制器故障标志位信息，判别多态电能质量治理装置是否发生故障；再根据不同类型的故障状态进行分层分级处理，从而实现电能质量综合治理装置的稳定可靠运行。

Description

一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法
技术领域
本发明属于电力电子控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法。
背景技术
基于H桥功率单元级联技术的电能质量综合治理装置，治理电压等级越高其功率单元的个数越多，在装置实际运行过程中可能会出现系统或某几个功率单元发生故障的情况。目前，国内外对于功率单元故障的处理主要采用同级旁路技术、中性点漂移技术等，这些只是用于对故障功率单元硬件方面的处理，而在相应的系统控制策略及其具体控制方法上并没有进行优化改善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法，能够针对不同类型的故障状态进行分层分级处理，从而实现多态电能质量治理装置的稳定可靠运行。
为实现上述发明目的，本发明一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、设定故障次数变量Timeflag，初值为Timeflag＝0；通过功率单元控制器获取功率单元的标志位信息，包括功率单元过热标志位为Tempflagki、功率单元IGBT驱动标志位为Driveflagki、功率单元生命信号标志位为Lifeflagki、功率单元电源信号标志位为Powerflagki，其中，k＝a、b、c，表示多态电能质量治理装置的三相，i＝1,2,…,n，表示功率单元的级数；功率单元的标志位信息的取值均为“0”和“1”，分别代表正常和故障；
(2)、通过电压传感器采样功率单元的直流母线电压；
其中，uadi、ubdi、ucdi分别表示多态电能质量治理装置的a、b、c三相中第i个功率单元的直流母线电压；
再利用滤波单元滤除直流母线电压中的纹波，得到滤波后的直流母线电压，记为Ukdi；
(3)、通过电压传感器采样功率单元内储能电池组的端电压；
其中，uai、ubi、uci分别表示多态电能质量治理装置的a、b、c三相中第i个功率单元内储能电池组的端电压；
再利用滤波单元滤除储能电池组端电压中的纹波，得到滤波后储能电池组的端电压，记为Uki；
(4)、通过电流传感器采样多态电能质量治理装置的a、b、c三相输出电流，记为ia、ib、ic，再计算出三相输出电流的有效值，得到Ik；
(5)、根据上述步骤(1)-(4)采样得到的参数，对多态电能质量治理装置的故障进行综合控制；
(5.1)、如果Ik≥αIr，则开启定时器T1计时，并在定时器T1的计时范围0～t1内计算出多态电能质量治理装置每相的发热量Qk，其中，α为多态电能质量治理装置的过载系数，Ir为多态电能质量治理装置的输出电流额定值；
计算热量Qr，其中，t为积分时间变量，λ为常数；
比较多态电能质量治理装置每相的发热量Qk与Qr的大小，如果某一相的Qk≥Qr，则多态电能质量治理装置输出过载故障，同时控制装置整机旁通运行；否则视为正常运行；
如果某一相的输出电流的有效值Ik＞βIr，β为多态电能质量治理装置的过流系数，则开启定时器T2计时，当定时器T2的计数值大于预设时间值时，控制多态电能质量治理装置整机旁通运行并报过流故障；否则视为正常运行；
(5.2)、如果某一相滤波后的储能电池组端电压Uki＜Ukmin，Ukmin为功率单元内储能电池组的端电压最低值，若该功率单元内储能电池组投入运行，则多态电能质量治理装置输出欠压故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；若该功率单元内储能电池组未投入运行，则多态电能质量治理装置输出欠压故障，功率单元及整机正常运行，并上报检修该功率单元内的储能电池组；否则视为正常运行；
如果某一相滤波后的储能电池组端电压Uki≥Ukmax，Ukmax为功率单元内储能电池组的端电压最大值，若该功率单元内储能电池组投入运行，则多态电能质量治理装置输出过压故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；若该功率单元内储能电池组未投入运行，则多态电能质量治理装置输出过压故障，功率单元及整机正常运行，并上报检修该功率单元内的储能电池组；否则视为正常运行；
(5.3)、如果某一相滤波后的直流母线电压Ukdi＞Ukdmax，Ukdmax为功率单元的直流母线电压最大值，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现过压故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；否则视为正常运行；
(5.4)、检测功率单元的标志位信息
(5.4.1)、检测功率单元过热标志位Tempflagki，如果Tempflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现过热故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
(5.4.2)、检测功率单元IGBT驱动标志位为Driveflagki，如果Driveflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现驱动故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
(5.4.3)、检测功率单元生命信号标志位为Lifeflagki，如果Lifeflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现通信故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
(5.4.4)、检测功率单元电源信号标志位为Powerflagki，如果Powerflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现电源故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
(5.5)、检测功率单元的故障次数变量Timeflag，如果Timeflag＞2，则控制装置整机旁通运行并报警。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法，通过控制器检测功率单元直流母线电压、功率单元储能电池组端电压、电能质量治理装置输出电流以及功率单元控制器故障标志位信息，判别多态电能质量治理装置是否发生故障；再根据不同类型的故障状态进行分层分级处理，从而实现电能质量综合治理装置的稳定可靠运行。
同时，本发明一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法还具有以下有益效果：
(1)、本发明能有效处理多态电能质量治理装置输出过载、过流等故障，防止装置过载、过流，从而更好地保护设备安全。
(2)、本发明能够在多态电能质量治理装置整机不停机的情况下，通过闭合旁路开关有效处理功率单元直流母线过压、储能电池组端电压过压与欠压、IGBT驱动、功率单元过热、功率单元控制电源失效及功率单元通信异常等故障，从而更好地保护多态电能质量治理装置的安全。
附图说明
图1是本发明一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法流程图；
图2是一种多态电能质量治理装置的主回路电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
在本实施例中，如图2所示，一种多态电能质量治理装置主要包括：过电压保护装置、输入开关柜、10kV/380V降压变压器、软充电装置、移相变压器、3*n个功率单元模块、接地电阻、旁通开关柜、输出开关柜组成。
其中，过电压保护装置输出端分别与输入开关柜、10kV/380V降压变压器、旁通开关柜连接；输入开关柜与移相变压器10kV绕组连接；10kV/380V降压变压器与软充电装置连接；软充电装置与移相变压器三次绕组连接；旁通开关柜与输出开关柜连接；移相变压器3*n组690V副边绕组与3*n个功率单元模块三相输入侧连接(n为多态电能质量治理装置的功率单元模块级联级数，3为a、b、c三相相数)；输出开关柜另一端与用户负载连。
在本实施例中，假设多态电能质量治理装置输出电流额定值Ir＝57.7A，电能质量治理装置系统发热量额定值电能质量治理装置功率单元储能电池组端电压最低值Ukbmin＝630V，电能质量治理装置功率单元直流母线电压最大值Udcmax＝1250V，系统过载系数α＝1.3，系统过流系数β＝1.5，
下面结合图2，本发明一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法进行详细说明，如图1所示，具体包括以下步骤：
S1、设定故障次数变量Timeflag，初值为Timeflag＝0；通过功率单元控制器获取功率单元的标志位信息，包括功率单元过热标志位为Tempflagki、功率单元IGBT驱动标志位为Driveflagki、功率单元生命信号标志位为Lifeflagki、功率单元电源信号标志位为Powerflagki，其中，k＝a、b、c，表示多态电能质量治理装置的三相，i＝1,2,…,n，表示功率单元的级数；功率单元的标志位信息的取值均为“0”和“1”，分别代表正常和故障；
S2、通过电压传感器采样功率单元的直流母线电压；
其中，uadi、ubdi、ucdi分别表示多态电能质量治理装置的a、b、c三相中第i个功率单元的直流母线电压；
再利用滤波单元滤除直流母线电压中100Hz的纹波，得到滤波后的直流母线电压，记为Ukdi；
S3、通过电压传感器采样功率单元内储能电池组的端电压；
其中，uai、ubi、uci分别表示多态电能质量治理装置的a、b、c三相中第i个功率单元内储能电池组的端电压；
再利用滤波单元滤除储能电池组端电压中的纹波，得到滤波后储能电池组的端电压，记为Uki；
S4、通过电流传感器采样多态电能质量治理装置的a、b、c三相输出电流，记为ia、ib、ic，再计算出三相输出电流的有效值，得到Ik；
S5、根据上述步骤S1-S4采样得到的参数，对多态电能质量治理装置的故障进行综合控制；
S5.1、如果Ik≥αIr，则开启定时器T1计时，并在定时器T1的计时范围0～t1内计算出多态电能质量治理装置每相的发热量Qk，其中，α为多态电能质量治理装置的过载系数，一般取值1≤α≤2，Ir为多态电能质量治理装置的输出电流额定值；
计算热量Qr，其中，t为积分时间变量，取值为60，λ为常数，取值为1.3；
比较多态电能质量治理装置每相的发热量Qk与Qr的大小，如果某一相的Qk≥Qr，则多态电能质量治理装置输出过载故障，同时控制装置整机旁通运行；否则视为正常运行；
如果某一相的输出电流的有效值Ik＞βIr，β为多态电能质量治理装置的过流系数，一般的β≥α，则开启定时器T2计时，当定时器T2的计数值大于预设时间值20ms时，控制多态电能质量治理装置整机旁通运行并报过流故障；否则视为正常运行；
S5.2、如果某一相滤波后的储能电池组端电压Uki＜Ukmin，Ukmin为功率单元内储能电池组的端电压最低值，若该功率单元内储能电池组投入运行，则多态电能质量治理装置输出欠压故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；若该功率单元内储能电池组未投入运行，则多态电能质量治理装置输出欠压故障，功率单元及整机正常运行，并上报检修该功率单元内的储能电池组；否则视为正常运行；
如果某一相滤波后的储能电池组端电压Uki≥Ukmax，Ukmax为功率单元内储能电池组的端电压最大值，若该功率单元内储能电池组投入运行，则多态电能质量治理装置输出过压故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；若该功率单元内储能电池组未投入运行，则多态电能质量治理装置输出过压故障，功率单元及整机正常运行，并上报检修该功率单元内的储能电池组；否则视为正常运行；
S5.3、如果某一相滤波后的直流母线电压Ukdi＞Ukdmax，Ukdmax为功率单元的直流母线电压最大值，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现过压故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；否则视为正常运行；
S5.4、检测功率单元的标志位信息
S5.4.1、检测功率单元过热标志位Tempflagki，如果Tempflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现过热故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
S5.4.2、检测功率单元IGBT驱动标志位为Driveflagki，如果Driveflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现驱动故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
S5.4.3、检测功率单元生命信号标志位为Lifeflagki，如果Lifeflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现通信故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
S5.4.4、检测功率单元电源信号标志位为Powerflagki，如果Powerflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现电源故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
S5.5、检测功率单元的故障次数变量Timeflag，如果Timeflag＞2，则控制装置整机旁通运行并报警。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、设定故障次数变量Timeflag，初值为Timeflag＝0；通过功率单元控制器获取功率单元的标志位信息，包括功率单元过热标志位为Tempflagki、功率单元IGBT驱动标志位为Driveflagki、功率单元生命信号标志位为Lifeflagki、功率单元电源信号标志位为Powerflagki，其中，k＝a、b、c，表示多态电能质量治理装置的三相，i＝1,2,…,n，表示功率单元的级数；功率单元的标志位信息的取值均为“0”和“1”，分别代表正常和故障故障；
(2)、通过电压传感器采样功率单元的直流母线电压；
其中，uadi、ubdi、ucdi分别表示多态电能质量治理装置的a、b、c三相中第i个功率单元的直流母线电压；
再利用滤波单元滤除直流母线电压中的纹波，得到滤波后的直流母线电压，记为Ukdi；
(3)、通过电压传感器采样功率单元内储能电池组的端电压；
其中，uai、ubi、uci分别表示多态电能质量治理装置的a、b、c三相中第i个功率单元内储能电池组的端电压；
再利用滤波单元滤除储能电池组端电压中的纹波，得到滤波后储能电池组的端电压，记为Uki；
(4)、通过电流传感器采样多态电能质量治理装置的a、b、c三相输出电流，记为ia、ib、ic，再计算出三相输出电流的有效值，得到Ik；
(5)、根据上述步骤(1)-(4)采样得到的参数，对多态电能质量治理装置的故障进行综合控制；
(5.1)、如果Ik≥αIr，则开启定时器T1计时，并在定时器T1的计时范围0～t1内计算出多态电能质量治理装置每相的发热量Qk，其中，α为多态电能质量治理装置的过载系数，Ir为多态电能质量治理装置的输出电流额定值；
计算热量Qr，其中，t为积分时间变量，λ为常数；
比较多态电能质量治理装置每相的发热量Qk与Qr的大小，如果某一相的Qk≥Qr，则多态电能质量治理装置输出过载故障，同时控制装置整机旁通运行；否则视为正常运行；
如果某一相的输出电流的有效值Ik＞βIr，β为多态电能质量治理装置的过流系数，则开启定时器T2计时，当定时器T2的计数值大于预设时间值时，控制多态电能质量治理装置整机旁通运行并报过流故障；否则视为正常运行；
(5.2)、如果某一相滤波后的储能电池组端电压Uki＜Ukmin，为功率单元内储能电池组的端电压最低值，若该功率单元内储能电池组投入运行，则多态电能质量治理装置输出欠压故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；若该功率单元内储能电池组未投入运行，则多态电能质量治理装置输出欠压故障，功率单元及整机正常运行，并上报检修该功率单元内的储能电池组；否则视为正常运行；
如果某一相滤波后的储能电池组端电压Uki≥Ukmax，Ukmax为功率单元内储能电池组的端电压最大值，若该功率单元内储能电池组投入运行，则多态电能质量治理装置输出过压故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；若该功率单元内储能电池组未投入运行，则多态电能质量治理装置输出过压故障，功率单元及整机正常运行，并上报检修该功率单元内的储能电池组；否则视为正常运行；
(5.3)、如果某一相滤波后的直流母线电压Ukdi＞Ukdmax，Ukdmax为功率单元的直流母线电压最大值，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现过压故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；否则视为正常运行；
(5.4)、检测功率单元的标志位信息
(5.4.1)、检测功率单元过热标志位Tempflagki，如果Tempflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现过热故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
(5.4.2)、检测功率单元IGBT驱动标志位为Driveflagki，如果Driveflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现驱动故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
(5.4.3)、检测功率单元生命信号标志位为Lifeflagki，如果Lifeflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现通信故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
(5.4.4)、检测功率单元电源信号标志位为Powerflagki，如果Powerflagki＝1，则多态电能质量治理装置输出该功率单元出现电源故障，同时控制同一层级的三相功率单元旁通运行，使整机正常运行，此时，故障次数变量Timeflag＝Timeflag+1；
(5.5)、检测功率单元的故障次数变量Timeflag，如果Timeflag＞2，则控制装置整机旁通运行并报警。
2.根据权利要求1所述的一种多态电能质量治理装置的故障综合控制方法，其特征在于，所述的过载系数α与过流系数β满足关系式为：β≥α。
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