CN110247374B - 变流器电路故障检测方法、可读存储介质及变流器 - Google Patents

变流器电路故障检测方法、可读存储介质及变流器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变流器电路故障检测方法、可读存储介质及变流器，方法包括步骤1、变流器控制器获取表征变流器输出点的电流方向变量A、表征变流器输出点的当前实际电压状态变量B和变流器开关器件的当前半导体开关指令C；步骤2、在电流方向变量A、电压状态变量B和开关指令C中选择一个作为待比较对象，通过其他两个预测所述待比较对象的预测值；3、变流器控制器对比所述待比较对象的预测值和实际值的异同判断变流器状态，不同时判定并输出变流器故障，相同时判定变流器正常。本发明只需要获取表征电流方向的变量和表征电压状态的变量，结合开关器件的开关状态进行故障判断，计算量少，误差小，判断迅速，简单方便。

Description

变流器电路故障检测方法、可读存储介质及变流器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种变流器电路故障检测方法、可读存储介质、以及变流器。
背景技术
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和IGCT(集成门极换相晶闸管)是交直交变流领域最常用的两种全控型器件，IGBT是一种电压控制型器件，通过在门极和发射极增加控制电压来控制器件的开通和关断，可关断短路电流，器件过载能力弱。IGCT是电流控制型器件，通过在门极注入电流来控制器件的导通和关断，其关断电流的能力有限，不可关断短路电流，器件过载能力强。
如图1所示是采用全控型器件构成的两电平变流器。图中，AT1、AT2、BT1、BT2、CT1、CT2、UT1、UT2、VT1、VT2、WT1、WT2为开关器件，AD1、AD2、BD1、BD2、CD1、CD2、UD1、UD2、VD1、VD2、WD1、WD2开关器件反并联二极管，CAP为直流储能电容。
如图2所示是采用全控型器件构成的三电平变流器。图中，AT1、AT2、AT3、AT4、BT1、BT2、BT3、BT4、CT1、CT2、CT3、CT4、UT1、UT2、UT3、UT4、VT1、VT2、VT3、VT4、WT1、WT2、WT3、WT4为开关器件，AD1、AD2、AD3、AD4、BD1、BD2、BD3、BD4、CD1、CD2、CD3、CD4、UD1、UD2、UD3、UD4、VD1、VD2、VD3、VD4、WD1、WD2、WD3、WD4为开关器件反并联二极管，CAP1为正母线直流储能电容，CAP2为负值母线直流储能电容。
交直交变流器在工作时不可避免地会发生直通故障。所谓直通故障，是指交直交变流器在异常工作情况下，变流器的开关器件不经过负载将直流储能电容的正负极直接连通的故障。由于开关器件的内阻非常小，在直通回路中，开关器件会流过非常大的电流，此时，如不及时采取有效措施，直通回路上的开关器件将会被损坏。
例如，在图1所示的两电平交直交变流器中，t1时刻A相的AT1处于开通状态，AT2处于关断状态；t2时刻发送AT1关断命令，器件AT1发生损坏，没有进行关断动作；t3时刻发送AT2开通命令，此时AT1和AT2处于导通状态，CAP电容的能量通过AT1和AT2构成母线直通回路，开关器件流过非常大的电流。如不及时采取有效措施，直通回路上的开关器件将会被损坏。
例如，在图2所示的三电平交直交变流器中，t1时刻A相AT1和AT2处于开通，AT3和AT4处于关断状态；t2时刻发送AT1关断命令，器件AT1发生损坏，没有进行关断动作；t3时刻发送AT3开通命令，此时AT1、AT2、AT3处于导通状态，CAP1电容的能量通过AT1、AT2、AT3和AD6构成半边母线直通回路，开关器件流过非常大的电流。如不及时采取有效措施，直通回路上的开关器件将会被损坏。
如图3所示是传统的开关器件构成的交直交变流器的直通保护逻辑。
IGBT器件过载能力弱，可关断电流能力强，为避免器件通过较长时间通过大电流损坏，由IGBT器件构成的交直交变流器通常直接发送控制电压来控制器件关断，从而防止故障扩大化。
IGCT器件过载能力强，可关断电流能力弱，通常采用将所有桥臂全打通的方式来进行故障电流分流，降低流过每个IGCT器件的电流，从而保护变流器，防止故障扩大化。
现有交直交变流器是通过电流大小来判断变流器是否发生异常。然而，由于该方法是基于桥臂已经发生了直通故障，而直通故障是需要器件故障后经过一段时间后故障扩大才导致的结果，因此，现有故障判断方法常常由于判断不及时且时间长(通常需要数十微秒)，导致在保护措施启动前，变流器开关器件可能已遭受损坏或潜在损伤，无法提供可靠的保护。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是，提供一种变流器电路故障检测方法，在直通故障发生前，在最短时间内判断变流器发生异常，以便快速有效地封锁变流器，避免变流器电路故障扩大为直通故障。
本发明要解决的技术问题之二是，提供一种可读存储介质，存储上述变流器电路故障检测方法，以便变流器安装实施该变流器电路故障检测方法，在直通故障发生前，在最短时间内判断变流器发生异常，以便快速有效地封锁变流器，避免变流器电路故障扩大为直通故障。
本发明要解决的技术问题之三是，提供一种变流器，存储上述变流器电路故障检测方法，以便变流器安装实施该变流器电路故障检测方法，在直通故障发生前，在最短时间内判断变流器发生异常，以便快速有效地封锁变流器，避免变流器电路故障扩大为直通故障。
本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是：提供一种变流器电路故障检测方法，其特征在于，包括：
Sp1、变流器控制器获取表征变流器输出点的电流方向变量A、表征变流器输出点的当前实际电压状态变量B和变流器开关器件的当前半导体开关控制指令C；
Sp2、在电流方向变量A、电压状态变量B和当前半导体开关控制指令C中选择一个作为待比较对象，通过电流方向变量A、电压状态变量B和当前半导体开关控制指令C中其他两个预测所述待比较对象的预测值；
Sp3、变流器控制器对比所述待比较对象的预测值和实际值的异同判定变流器状态，不同时判定并输出变流器故障，相同时判定变流器正常并返回步骤Sp1。
在本发明的变流器电路故障检测方法中，所述步骤Sp2包括：在选择电压状态变量B作为待比较对象时，变流器控制器根据该当前半导体开关控制指令C和电流方向变量A预测变流器输出点的电压状态变量B’作为待比较对象的预测值；所述步骤Sp3中，变流器控制器对比所述待比较对象的预测值和实际值的异同是指对比预测的变流器输出点的电压状态变量B’与获取的实际电压状态变量B的异同。
在本发明的变流器电路故障检测方法中，所述步骤Sp2包括：在选择电流方向变量A作为待比较对象时，变流器控制器根据该当前半导体开关控制指令C和电压状态变量B预测变流器输出点的电流方向变量A’作为待比较对象的预测值；所述步骤Sp3中，变流器控制器对比所述待比较对象的预测值和实际值的异同是指对比预测的变流器输出点的电流方向变量A’与获取的实际电流方向A的异同。
在本发明的变流器电路故障检测方法中，所述步骤Sp2包括：在选择半导体开关控制指令C作为待比较对象时，变流器控制器根据该电流方向变量A和电压状态变量B预测当前半导体开关控制指令C’作为待比较对象的预测值；所述步骤Sp3中，变流器控制器对比所述待比较对象的预测值和实际值的异同是指对比预测的当前半导体开关控制指令C’与获取的当前半导体开关控制指令C的异同。
在本发明的变流器电路故障检测方法中，所述步骤Sp1中，变流器控制器获取表征变流器输出点的电流方向变量A是通过电流比较的方式实现，包括：
预设电流比较值Ia、Ib，且Ia为正值，Ib为负值，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I>Ia时，电流方向变量A值为1a；当Ia>I>Ib时，电流方向变量A值为0a；当Ib>I时，电流方向变量A值为-1a；当I＝Ia时，电流方向变量A为1a或0a，当I＝Ib时，电流方向变量为0a或-1a；其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器；
或，预设电流比较值Ia、Ib，且Ia为正值，Ib为负值，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I>Ia时，电流方向变量A值为1a；当Ia>I>Ib时，电流方向变量A值为0a；当Ib>I时，电流方向变量A值为-1a；当I＝Ia时，电流方向变量A为1a或0a，当I＝Ib时，电流方向变量为0a或-1a；其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器。
在本发明的变流器电路故障检测方法中，所述步骤Sp1中，变流器控制器获取表征变流器输出点的电流方向变量A是通过电流比较的方式实现，包括：
预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I均大于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于Ic和小于等于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于Ic时，电流方向变量A值为-1a；其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器；
或，预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I均大于等于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于等于Ic和小于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于等于Ic时，电流方向变量A值为-1a；其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器；
或，预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I均大于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于Ic和小于等于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于Ic时，电流方向变量A值为-1a；其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器；
或，预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I均大于等于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于等于Ic和小于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于等于Ic时，电流方向变量A值为-1a；其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器。
在本发明的变流器电路故障检测方法中，所述步骤Sp1中，变流器控制器获取表征变流器输出点的电流方向变量A是通过电流比较的方式实现，包括：
预设电流比较值Ia、Ia1、Ib、Ib1，Ia、Ia1为正值，Ib、Ib1为负值，且Ia>Ia1，Ib>Ib1，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I：
(1)由负向最大幅值向正向最大幅值变化且：Ib>I，电流方向变量A值为-1a；Ia>I>Ib，电流方向变量A值为0a；I>Ia时，电流方向变量A值为1a；I＝Ib时，电流方向变量A为-1a或0a；I＝Ia时，电流方向变量A为0a或1a；
(2)由正向最大幅值向负向最大幅值变化且：I>Ia1，电流方向变量A值为1a；Ia1>I>Ib1，电流方向变量A值为0a；当Ib1>I，电流方向变量A值为-1a；I＝Ia1时，电流方向变量A为0a或1a；I＝Ib1时，
电流方向变量A为-1a或0a；
其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器；
或，预设电流比较值Ia、Ia1、Ib、Ib1，Ia、Ia1为正值，Ib、Ib1为负值，且Ia>Ia1，Ib>Ib1，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I：
(1)由负向最大幅值向正向最大幅值变化且：Ib>I，电流方向变量A值为-1a；Ia>I>Ib，电流方向变量A值为0a；I>Ia时，电流方向变量A值为1a，I＝Ib时，电流方向变量A为-1a或0a，I＝Ia时，电流方向变量A为0a或1a；
(2)由正向最大幅值向负向最大幅值变化且：I>Ia1，电流方向变量A值为1a；Ia1>I>Ib1，电流方向变量A值为0a；当Ib1>I，电流方向变量A值为-1a，I＝Ia1时，电流方向变量A为0a或1a，I＝Ib1时，电流方向变量A为-1a或0a；
其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器。
在本发明的变流器电路故障检测方法中，所述步骤Sp1中，变流器控制器获取的电流方向变量A值为0a时，重复进行步骤Sp1，直至变流器控制器获取的电流方向变量A值为1a或-1a，进入步骤Sp2。
在本发明的变流器电路故障检测方法中，所述步骤Sp1中，表征变流器输出点的当前实际电压状态变量B是通过电压比较的方式获取，包括：
当变流器为两电平变流器时，预设电压比较值Ua，Ua大于负母线电压Un，小于正母线电压Up；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分某一点电压差U，将U与Ua进行比较；当U>Ua时，电压状态变量B值为1b；当Ua>U时，电压状态变量B值为-1b；当U＝Ua时，电压状态变量B值为1b或-1b；
当变流器为三电平变流器时，预设电压比较值Ub、Uc，Ub大于母线中点电压U0且小于正母线电压Up，Uc大于负母线电压Un且小于母线中点电压U0；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分U1某一点电压差U，将U与Ub、Uc进行比较；当U>Ub时，电压状态变量B值为1b；当Ub>U>Uc时，电压状态变量B值为0b；当Uc>U时，电压状态变量B值为-1b；当U＝Ub时，电压状态变量B为1b或0b，当U＝Uc时，电压状态变量B为0b或-1b；
其中，1b表示变流器输出正母线电平；0b表示变流器输出母线中点电平；-1b表示变流器输出负母线电平。
在本发明的变流器电路故障检测方法中，所述步骤Sp1中，表征变流器输出点的当前实际电压状态变量B是通过电压比较的方式获取，具体包括：
当变流器为两电平变流器时，预设电压比较值Ua、Ua1，Ua>Ua1，且Ua、Ua1小于正母线电压Up，Ua、Ua1大于负母线电压Un；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分某一点电压差U，将U与Ua、Ua1进行比较；当U由最小值向最大值变化且：Ua>U，电压状态变量B值为-1b，U>Ua时，电压状态变量B值为1b，当U＝Ua时，电压状态变量B值为1b或-1b；当U由最大值向最小值变化且：U>Ua1时，电压状态变量B值为1b，Ua1>U时电压状态变量B值为-1b，当U＝Ua1时，电压状态变量B值为1b或-1b；
当变流器为三电平变流器时，预设电压比较值Ub、Ub1、Uc、Uc1，Ub>Ub1，且Ub、Ub1大于母线中点电压U0，Ub、Ub1小于正母线电压Up，Uc>Uc1，且Uc、Uc1小于母线中点电压U0，Uc、Uc1大于负母线电压Un；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分某一点电压差U，将U与Ub、Ub1、Uc、Uc1进行比较；当电压差U：
(1)由母线中点电压U0向正母线电压Up变化且：Ub>U，电压状态变量B值为0b，U>Ub，电压状态变量B值为1b，U＝Ub，电压状态变量B值为0b或1b；
(2)由正母线电压Up向母线中点电压U0变化且：U>Ub1，电压状态变量B值为1b，Ub1>U，电压状态变量B值为0b，U＝Ub1，电压状态变量B值为0b或1b；
(3)由母线中点电压U0向负母线电压Un变化且：U>Uc1，电压状态变量B值为0b，Uc1>U，电压状态变量B值为-1b，U＝Uc1，电压状态变量B值为0b或-1b；
(4)由负母线电压Un向母线中点电压U0变化且：Uc>U，电压状态变量B值为-1b，U>Uc，电压状态变量B值为0b，U＝Uc，电压状态变量B值为0b或-1b；
其中，1b表示变流器输出正母线电平；0b表示变流器输出母线中点电平；-1b表示变流器输出负母线电平。
在本发明的变流器电路故障检测方法中，对所述变流器任意一相电路执行所述变流器电路故障检测方法。
本发明解决其技术问题之二所采用的技术方案是：提供一种可读存储介质，其特征在于，该存储介质上存储变流器电路故障检测程序，所述变流器电路故障检测程序被处理器执行时实现上述任一项所述的变流器电路故障检测方法的步骤。
本发明解决其技术问题之三所采用的技术方案是：提供该变流器存储变流器电路故障检测程序，所述变流器电路故障检测程序被变流器运行时实现上述任一项所述的变流器电路故障检测方法的步骤。
实施本发明的变流器电路故障检测方法、可读存储介质及变流器，与现有技术比较，其有益效果是：
1、通过检测电流方向和电压状态，结合开关器件的开关状态，可以快速判断变流器电路的开关器件是否发生故障，实验证明，该方法可以在几微秒时间内判断变流器电路的开关器件是否发生故障，降低了变流器因为开关器件故障处理不及时引起直通故障的概率；
2、采用滞环比较策略对检测电流、检测电压进行比较，可有效降低电流检测值、电压检测值的跳转；
3、计算量少，节省控制器资源；
4、该检测方法不需要获得电流和电压的准确值，只需要获取表征电流方向的变量和表征电压状态的变量，误差小，判断准确。
附图说明
图1是全控型器件构成的两电平变流器。
图2是全控型器件构成的三电平变流器。
图3是传统的全控型器件交直交变流器直通故障保护策略示意图。
图4是实现本发明变流器电路故障检测方法的变流器系统示意图。
图5是本发明变流器电路故障检测方法的一种流程图。
图6是本发明变流器电路故障检测方法中滞环比较示意图。
图7是两电平变流器实现本发明变流器电路故障检测方法的系统示意图。
图8是I型三电平变流器实现本发明变流器电路故障检测方法的系统示意图。
图9是本发明变流器电路故障检测方法中电流检测单元的输出结果示意图。
图10是本发明变流器电路故障检测方法中两电平电压检测单元的输出结果示意图。
图11是本发明变流器电路故障检测方法中三电平电压检测单元的输出结果示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本发明变流器电路故障检测方法基于如下变流器的系统实现，如图4所示，该变流器包括直流滤波部分U1、变流桥部分U2、电流检测单元U3、电压检测单元U4和变流器控制单元U5。其中：
直流滤波部分U1与变流桥部分U2并联连接并为变流桥部分U2提供稳定直流电能，变流桥部分U2将直流电能变换为交流电能。
电流检测单元U3检测变流器输出电流。
电压检测单元U4检测变流器输出点与直流滤波部分U1某一点(例如，直流母线的正极、负极、三电平的母线中点等)的电压差，将该电压差用于后续故障判断。
变频器控制单元U5发送半导体开关控制指令控制变流桥部分U2的开关器件动作并记录所述半导体开关器件的当前控制指令。变频器控制单元U5记录发送给变流桥部分U2开关器件的当前控制命令，是指：U5发出变流器半导体开关器件控制指令并记录该控制指令，以便控制单元U5识别当前变流桥部分U2半导体开关器件的开关状态。
本发明变流器电路故障检测方法包括如下步骤：
第一步，电流检测单元U3检测变流器输出电流，将该输出电流与预设电流比较值进行比较，输出表征电流方向的变量A。变量A的值包括1a、0a、-1a，其中，0a表示不判断电流方向。当电流检测单元U3输出变量A为0a时，重新开始第一步；当电流检测单元U3输出变量A为1a或-1a时，进入第二步。
电压检测单元U4检测变流器输出点与直流滤波部分U1某一点(如直流母线正极、负极、三电平的母线中点等)电压差，将检测结果与预设比较值进行比较，输出表征电压状态的变量B。
变频器控制单元U5向变流桥部分U2的半导体开关器件发送控制指令控制其动作，并记录变流桥部分U2的当前半导体开关控制指令C。
第二步，变频器控制单元U5接收电流检测单元U3和电压检测单元U4的输出结果，在电流方向变量A、电压状态变量B和当前半导体开关控制指令C中选择一个作为待比较对象，通过其他两个变量预测所述待比较对象的预测值。
如根据电流检测单元U3输出表征电流方向的变量A和记录的变流桥部分U2的当前半导体开关控制指令C，计算电压检测单元U4的输出预测值，即，预测变流器输出点的电压状态变量B’。
第三步，变流器控制器对比所述待比较对象的预测值和实际值的异同判定变流器状态，不同时判定并输出变流器故障，相同时判定变流器正常，返回第一步。
如变流器控制器对比预测的变流器输出点的电压状态变量B’与电压检测单元U4输出的电压状态变量B的异同，当该预测值与电压检测单元U4输出的电压状态变量B相同时，判断变流器运行正常，转至步骤一；当该预测值与电压检测单元U4的输出变量B不同时，判断变流器发生故障。
如图5所示为本发明的一种实施例，该实施例使用电压状态变量B为待比较对象，使用电流方向变量A和当前半导体开关控制指令C预测电压状态变量的预测值B’，再比较电压状态变量的预测值和实际值的异同。
在其他实施例中，可以选择电流方向变量A作为待比较对象，使用当前半导体开关控制指令C和电压状态变量B预测变流器输出点的电流方向变量预测值A’，再比较电流方向变量的预测值和实际值的异同。
在其他实施例中，还可以选择当前半导体开关控制指令C作为待比较对象，使用电流方向变量A和电压状态变量B预测变流器控制单元U5向变流桥部分U2的半导体开关器件发送的当前控制指令预测值C’，再比较当前半导体开关控制指令的预测值和实际值的异同。
在第一步中，“电流检测单元U3检测变流器输出电流，将该输出电流与预设电流比较值进行比较，输出表征电流方向的变量A”的实现方式包括但不限于：
方式一：如图9所示，预设电流比较值Ia、Ib，且Ia为正值，Ib为负值，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I>Ia时，电流方向变量A值为1a；当Ia>I>Ib时，电流方向变量A值为0a；当Ib>I时，电流方向变量A值为-1a；当I＝Ia时，电流方向变量A为1a或0a，当I＝Ib时，电流方向变量为0a或-1a；其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器。
方式二：预设电流比较值Ia、Ib，且Ia为正值，Ib为负值，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I>Ia时，电流方向变量A值为1a；当Ia>I>Ib时，电流方向变量A值为0a；当Ib>I时，电流方向变量A值为-1a；当I＝Ia时，电流方向变量A为1a或0a，当I＝Ib时，电流方向变量为0a或-1a；其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器。
方式三：预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，当变流器控制器在预设检测时间内(预设检测时间根据需要设定)检测变流器输出电流I均大于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于Ic和小于等于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于Ic时，电流方向变量A值为-1a。其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器。
方式四：预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I均大于等于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于等于Ic和小于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于等于Ic时，电流方向变量A值为-1a；其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器。
方式五：预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I均大于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于Ic和小于等于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于Ic时，电流方向变量A值为-1a；其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器。
方式六：预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I均大于等于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于等于Ic和小于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于等于Ic时，电流方向变量A值为-1a；其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器。
在实际检测中，由于电路的波动性，会出现输出表征电流方向的变量A值在1a、0a之间或0a、-1a之间跳转，此时可采用如下滞环处理降低跳转的频率(图6示出了电流在正半周的滞环判断情况)：
方式七，预设电流比较值Ia、Ia1、Ib、Ib1，Ia、Ia1为正值，Ib、Ib1为负值，且Ia>Ia1，Ib>Ib1，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I：
(1)由负向最大幅值向正向最大幅值变化且：Ib>I，电流方向变量A值为-1a；Ia>I>Ib，电流方向变量A值为0a；I>Ia时，电流方向变量A值为1a，I＝Ib时，电流方向变量A为-1a或0a，I＝Ia时，电流方向变量A为0a或1a。
(2)由正向最大幅值向负向最大幅值变化且：I>Ia1，电流方向变量A值为1a；Ia1>I>Ib1，电流方向变量A值为0a；当Ib1>I，电流方向变量A值为-1a，I＝Ia1时，电流方向变量A为0a或1a，I＝Ib1时，电流方向变量A为-1a或0a。
其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器。
方式八，预设电流比较值Ia、Ia1、Ib、Ib1，Ia、Ia1为正值，Ib、Ib1为负值，且Ia>Ia1，Ib>Ib1，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I：
(1)由负向最大幅值向正向最大幅值变化且：Ib>I，电流方向变量A值为-1a；Ia>I>Ib，电流方向变量A值为0a；I>Ia时，电流方向变量A值为1a，I＝Ib时，电流方向变量A为-1a或0a，I＝Ia时，电流方向变量A为0a或1a。
(2)由正向最大幅值向负向最大幅值变化且：I>Ia1，电流方向变量A值为1a；Ia1>I>Ib1，电流方向变量A值为0a；当Ib1>I，电流方向变量A值为-1a，I＝Ia1时，电流方向变量A为0a或1a，I＝Ib1时，电流方向变量A为-1a或0a。
其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器。
第一步中，“电压检测单元U4检测变流器输出点与直流滤波部分U1某一点电压差，将检测结果与预设比较值进行比较，输出表征电压状态的变量B”的实现方式如下：
如图7、图10所示，当变流器为两电平变流器时，预设电压比较值Ua，Ua大于负母线电压Un，小于正母线电压Up；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分某一点(如直流母线正极、负极)电压差U，将U与Ua进行比较；当U>Ua时，电压状态变量B值为1b；当Ua>U时，电压状态变量B值为-1b；当U＝Ua时，电压状态变量B值为1b或-1b。
如图8、图11所示，当变流器为三电平变流器时，当变流器为三电平变流器时，预设电压比较值Ub、Uc，Ub大于母线中点电压U0且小于正母线电压Up，Uc大于负母线电压Un且小于母线中点电压U0；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分U1某一点(如直流母线正极、负极、母线中点)电压差U，将U与Ub、Uc进行比较；当U>Ub时，电压状态变量B值为1b；当Ub>U>Uc时，电压状态变量B值为0b；当Uc>U时，电压状态变量B值为-1b；当U＝Ub时，电压状态变量B为1b或0b，当U＝Uc时，电压状态变量B为0b或-1b；
其中，1b表示变流器输出正母线电平；0b表示变流器输出母线中点电平；-1b表示变流器输出负母线电平。
在实际检测中，由于电路的波动性，会出现输出表征电压状态的变量B值在1b、0b之间或0b、-1b之间跳转，此时可采用如下滞环处理降低跳转的频率：
当变流器为两电平变流器时，预设电压比较值Ua、Ua1，Ua>Ua1，且Ua、Ua1小于正母线电压Up，Ua、Ua1大于负母线电压Un；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分某一点电压差U，将U与Ua、Ua1进行比较；当U由最小值向最大值变化且：Ua>U，电压状态变量B值为-1b，U>Ua时，电压状态变量B值为1b，当U＝Ua时，电压状态变量B值为1b或-1b；当U由最大值向最小值变化且：U>Ua1时，电压状态变量B值为1b，Ua1>U时电压状态变量B值为-1b，当U＝Ua1时，电压状态变量B值为1b或-1b。
当变流器为三电平变流器时，预设电压比较值Ub、Ub1、Uc、Uc1，Ub>Ub1，且Ub、Ub1大于母线中点电压U0，Ub、Ub1小于正母线电压Up，Uc>Uc1，且Uc、Uc1小于母线中点电压U0，Uc、Uc1大于负母线电压Un；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分某一点电压差U，将U与Ub、Ub1、Uc、Uc1进行比较；当电压差U：
(1)由母线中点电压U0向正母线电压Up变化且：Ub>U，电压状态变量B值为0b，U>Ub，电压状态变量B值为1b，U＝Ub，电压状态变量B值为0b或1b。
(2)由正母线电压Up向母线中点电压U0变化且：U>Ub1，电压状态变量B值为1b，Ub1>U，电压状态变量B值为0b，U＝Ub1，电压状态变量B值为0b或1b。
(3)由母线中点电压U0向负母线电压Un变化且：U>Uc1，电压状态变量B值为0b，Uc1>U，电压状态变量B值为-1b，U＝Uc1，电压状态变量B值为0b或-1b。
(4)由负母线电压Un向母线中点电压U0变化且：Uc>U，电压状态变量B值为-1b，U>Uc，电压状态变量B值为0b，U＝Uc，电压状态变量B值为0b或-1b。
其中，1b表示变流器输出正母线电平；0b表示变流器输出母线中点电平；-1b表示变流器输出负母线电平。
在上述步骤第二步，“在电流方向变量A、电压状态变量B和当前半导体开关控制指令C中选择一个作为待比较对象，通过其他两个变量预测所述待比较对象的预测值”的实际值和预测值应满足：
当变流器为两电平变流器，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，第二步的输出结果和预测值应满足下表规则：
Figure BDA0001592793770000161
当变流器为两电平变流器，输出电流I<0表示电流流出变流器，I>0表示电流流入变流器，第二步的输出结果和预测值应满足下表规则：
Figure BDA0001592793770000162
两电平规则表中，控制命令：
10表示向AT1发送开通命令，AT2发送关断命令。
00表示向AT1发送关断命令，AT2发送关断命令。
01表示向AT1发送关断命令，AT2发送开通命令。
“/”表示不进行故障判断，返回第一步。
变流器为三电平变流器，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，第二步的输出结果和预测值应满足下表规则：
Figure BDA0001592793770000163
Figure BDA0001592793770000171
当变流器为三电平变流器，输出电流I<0表示电流流出变流器，I>0表示电流流入变流器，第二步的输出结果和预测值应满足下表规则：
Figure BDA0001592793770000172
三电平规则表中，控制命令：
1100表示AT1开通命令，AT2开通命令，AT3关断命令，AT4关断命令。
0100表示AT1关断命令，AT2开通命令，AT3关断命令，AT4关断命令。
0110表示AT1关断命令，AT2开通命令，AT3开通命令，AT4关断命令。
0010表示AT1关断命令，AT2关断命令，AT3开通命令，AT4关断命令。
0011表示AT1关断命令，AT2关断命令，AT3开通命令，AT4开通命令。
0000表示AT1关断命令，AT2关断命令，AT3关断命令，AT4关断命令。
表中，“/”表示不计算电压检测单元U4的预期结果。
上述的本发明的变流器电路故障检测方法对变流器的各相电路实施检测。变流器可以是两相变流器、三相变流器或多相变流器。变流器控制器对比预测的变流器每相输出点的电压状态变量与获取的变流器每相实际电压状态变量的异同，变流器的任意一相的预测值与实际值不同则判定变流器存在故障，变流器的所有相的预测值与实际值相同时则判定变流器正常。
在其他实施例中，在上述检测电流、电压并与预设值比较的方式获得表征变流器输出点的电流方向变量A和表征变流器输出点的当前实际电压状态变量B之外，本发明的变流器电路故障检测方法可以通过其他方式获得表征变流器输出点的电流方向变量A和表征变流器输出点的当前实际电压状态变量B，例如，可以通过直接检测变流器输出端的一个元件的电流方向和电压状态来获得该电流方向变量A和电压状态变量B。
本发明的可读存储介质存储变流器电路故障检测程序，该变流器电路故障检测程序被处理器执行时，实现上述本发明变流器电路故障检测方法的各步骤，实现对变流器变流桥部分U2的开关器件的故障检测。
本发明的变流器存储上述变流器电路故障检测程序，该变流器电路故障检测程序被变流器运行时，实现上述本发明变流器电路故障检测方法的各步骤，实现对变流器变流桥部分U2的开关器件的故障检测。

Claims (13)

1.一种变流器电路故障检测方法，其特征在于，包括：
步骤Sp1、变流器控制器获取表征变流器输出点的电流方向变量A、表征变流器输出点的当前实际电压状态变量B和变流器开关器件的当前半导体开关控制指令C；
步骤Sp2、在电流方向变量A、电压状态变量B和当前半导体开关控制指令C中选择一个作为待比较对象，通过电流方向变量A、电压状态变量B和当前半导体开关控制指令C中其他两个预测所述待比较对象的预测值；
步骤Sp3、变流器控制器对比所述待比较对象的预测值和实际值的异同判定变流器状态，不同时判定并输出变流器故障，相同时判定变流器正常并返回步骤Sp1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sp2包括：
在选择电压状态变量B作为待比较对象时，变流器控制器根据该当前半导体开关控制指令C和电流方向变量A预测变流器输出点的电压状态变量B’作为待比较对象的预测值；
所述步骤Sp3中，变流器控制器对比所述待比较对象的预测值和实际值的异同是指对比预测的变流器输出点的电压状态变量B’与获取的实际电压状态变量B的异同。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sp2包括：
在选择电流方向变量A作为待比较对象时，变流器控制器根据该当前半导体开关控制指令C和电压状态变量B预测变流器输出点的电流方向变量A’作为待比较对象的预测值；
所述步骤Sp3中，变流器控制器对比所述待比较对象的预测值和实际值的异同是指对比预测的变流器输出点的电流方向变量A’与获取的实际电流方向A的异同。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sp2包括：
在选择半导体开关控制指令C作为待比较对象时，变流器控制器根据该电流方向变量A和电压状态变量B预测当前半导体开关控制指令C’作为待比较对象的预测值；
所述步骤Sp3中，变流器控制器对比所述待比较对象的预测值和实际值的异同是指对比预测的当前半导体开关控制指令C’与获取的当前半导体开关控制指令C的异同。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sp1中，变流器控制器获取表征变流器输出点的电流方向变量A是通过电流比较的方式实现，包括：
预设电流比较值Ia、Ib，且Ia为正值，Ib为负值，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<O表示电流流入变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I>Ia时，电流方向变量A值为1a；当Ia>I>Ib时，电流方向变量A值为0a；当Ib>I时，电流方向变量A值为-1a；当I＝Ia时，电流方向变量A为1a或0a，当I＝Ib时，电流方向变量为0a或-1a；其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器；
或，预设电流比较值Ia、Ib，且Ia为正值，Ib为负值，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I>Ia时，电流方向变量A值为1a；当Ia>I>Ib时，电流方向变量A值为0a；当Ib>I时，电流方向变量A值为-1a；当I＝Ia时，电流方向变量A为1a或0a，当I＝Ib时，电流方向变量为0a或-1a；其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sp1中，变流器控制器获取表征变流器输出点的电流方向变量A是通过电流比较的方式实现，包括：
预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I均大于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于Ic和小于等于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于Ic时，电流方向变量A值为-1a；其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器；
或，预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I均大于等于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于等于Ic和小于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于等于Ic时，电流方向变量A值为-1a；其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器；
或，预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I均大于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于Ic和小于等于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于Ic时，电流方向变量A值为-1a；其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器；
或，预设电流比较值为Ic，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I均大于等于Ic时，电流方向变量A值为1a；当变流器控制器在预设检测时间内检测变流器输出电流I存在大于等于Ic和小于Ic时，电流方向变量A值为0a；当电流检测单元U3在预设检测时间内检测变流器输出电流I均小于等于Ic时，电流方向变量A值为-1a；其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sp1中，变流器控制器获取表征变流器输出点的电流方向变量A是通过电流比较的方式实现，包括：
预设电流比较值Ia、Ia1、Ib、Ib1，Ia、Ia1为正值，Ib、Ib1为负值，且Ia>Ia1，Ib>Ib1，输出电流I>0表示电流流出变流器，I<0表示电流流入变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I：
(1)由负向最大幅值向正向最大幅值变化且：Ib>I，电流方向变量A值为-1a；Ia>I>Ib，电流方向变量A值为0a；I>Ia时，电流方向变量A值为1a；I＝Ib时，电流方向变量A为-1a或0a；I＝Ia时，电流方向变量A为0a或1a；
(2)由正向最大幅值向负向最大幅值变化且：I>Ia1，电流方向变量A值为1a；Ia1>I>Ib1，电流方向变量A值为0a；当Ib1>I，电流方向变量A值为-1a；I＝Ia1时，电流方向变量A为0a或1a；I＝Ib1时，电流方向变量A为-1a或0a；
其中，1a表示电流流出变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流入变流器；
或，预设电流比较值Ia、Ia1、Ib、Ib1，Ia、Ia1为正值，Ib、Ib1为负值，且Ia>Ia1，Ib>Ib1，输出电流I>0表示电流流入变流器，I<0表示电流流出变流器，当变流器控制器检测变流器输出电流I：
(1)由负向最大幅值向正向最大幅值变化且：Ib>I，电流方向变量A值为-1a；Ia>I>Ib，电流方向变量A值为0a；I>Ia时，电流方向变量A值为1a，I＝Ib时，电流方向变量A为-1a或0a，I＝Ia时，电流方向变量A为0a或1a；
(2)由正向最大幅值向负向最大幅值变化且：I>Ia1，电流方向变量A值为1a；Ia1>I>Ib1，电流方向变量A值为0a；当Ib1>I，电流方向变量A值为-1a，I＝Ia1时，电流方向变量A为0a或1a，I＝Ib1时，电流方向变量A为-1a或0a；
其中，1a表示电流流入变流器，0a表示不判断电流方向，-1a表示电流流出变流器。
8.如权利要求5、6、7之一所述的方法，其特征在于，所述步骤Sp1中，变流器控制器获取的电流方向变量A值为0a时，重复进行步骤Sp1，直至变流器控制器获取的电流方向变量A值为1a或-1a，进入步骤Sp2。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sp1中，表征变流器输出点的当前实际电压状态变量B是通过电压比较的方式获取，包括：
当变流器为两电平变流器时，预设电压比较值Ua，Ua大于负母线电压Un，小于正母线电压Up；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分某一点电压差U，将U与Ua进行比较；
当U>Ua时，电压状态变量B值为1b；当Ua>U时，电压状态变量B值为-1b；当U＝Ua时，电压状态变量B值为1b或-1b；
当变流器为三电平变流器时，预设电压比较值Ub、Uc，Ub大于母线中点电压U0且小于正母线电压Up，Uc大于负母线电压Un且小于母线中点电压U0；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分U1某一点电压差U，将U与Ub、Uc进行比较；当U>Ub时，电压状态变量B值为1b；当Ub>U>Uc时，电压状态变量B值为0b；当Uc>U时，电压状态变量B值为-1b；当U＝Ub时，电压状态变量B为1b或0b，当U＝Uc时，电压状态变量B为0b或-1b；
其中，1b表示变流器输出正母线电平；0b表示变流器输出母线中点电平；-1b表示变流器输出负母线电平。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sp1中，表征变流器输出点的当前实际电压状态变量B是通过电压比较的方式获取，具体包括：
当变流器为两电平变流器时，预设电压比较值Ua、Ua1，Ua>Ua1，且Ua、Ua1小于正母线电压Up，Ua、Ua1大于负母线电压Un；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分某一点电压差U，将U与Ua、Ua1进行比较；当U由最小值向最大值变化且：Ua>U，电压状态变量B值为-1b，U>Ua时，电压状态变量B值为1b，当U＝Ua时，电压状态变量B值为1b或-1b；当U由最大值向最小值变化且：U>Ua1时，电压状态变量B值为1b，Ua1>U时电压状态变量B值为-1b，当U＝Ua1时，电压状态变量B值为1b或-1b；
当变流器为三电平变流器时，预设电压比较值Ub、Ub1、Uc、Uc1，Ub>Ub1，且Ub、Ub1大于母线中点电压U0，Ub、Ub1小于正母线电压Up，Uc>Uc1，且Uc、Uc1小于母线中点电压U0，Uc、Uc1大于负母线电压Un；变流器控制器获取变流器输出点与直流滤波部分某一点电压差U，将U与Ub、Ub1、Uc、Uc1进行比较；当电压差U：
(1)由母线中点电压U0向正母线电压Up变化且：Ub>U，电压状态变量B值为0b，U>Ub，电压状态变量B值为1b，U＝Ub，电压状态变量B值为0b或1b；
(2)由正母线电压Up向母线中点电压U0变化且：U>Ub1，电压状态变量B值为1b，Ub1>U，电压状态变量B值为0b，U＝Ub1，电压状态变量B值为0b或1b；
(3)由母线中点电压U0向负母线电压Un变化且：U>Uc1，电压状态变量B值为0b，Uc1>U，电压状态变量B值为-1b，U＝Uc1，电压状态变量B值为0b或-1b；
(4)由负母线电压Un向母线中点电压U0变化且：Uc>U，电压状态变量B值为-1b，U>Uc，电压状态变量B值为0b，U＝Uc，电压状态变量B值为0b或-1b；
其中，1b表示变流器输出正母线电平；0b表示变流器输出母线中点电平；-1b表示变流器输出负母线电平。
11.如权利要求1至7之一或权利要求9或权利要求10所述的方法，其特征在于，对所述变流器任意一相电路执行所述变流器电路故障检测方法。
12.一种可读存储介质，其特征在于，该存储介质上存储变流器电路故障检测程序，所述变流器电路故障检测程序被处理器执行时实现如权利要求1至11中任一项所述的变流器电路故障检测方法的步骤。
13.一种变流器，其特征在于，该变流器存储变流器电路故障检测程序，所述变流器电路故障检测程序被变流器运行时实现如权利要求1至11中任一项所述的变流器电路故障检测方法的步骤。
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