CN110471004B - 变流器及其运行监控方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种变流器及其运行监控方法，所述变流器运行监控方法包括：在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压；根据获取到的交流侧电压和直流母线电容电压，确定所述直流母线电容的实际容值；在所述直流母线电容的实际容值小于所述直流母线电容的额定容值的预设比例的情况下，发出告警信息。本申请通过在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压，计算出直流母线电容的实际容值，进而在直流母线电容的实际容值小于直流母线电容的额定容值的预设比例的情况下发出告警信息，以便用户对直流母线电容及时进行维护，排除直流母线电容导致的风电系统中的安全隐患。

Description

变流器及其运行监控方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种变流器及其运行监控方法。

背景技术

在变流器的直流环节中，需要使用大量的直流母线电容用作储能元件并稳定直流母线电压，直流母线电容作为变流器中的能量缓存环节，对变流器的控制性能、安全运行至关重要。

由于直流母线存在寄生电感，其与直流母线电之间容易形成高阶振荡回路，使得直流母线电容纹波电流被放大，导致直流母线电容发热量上升，减少了直流母线电容使用寿命，同时直流母线电容的容值也会随着直流母线电容的使用寿命减少而降低。

当直流母线电容到达使用寿命时，需要及时地对直流母线电容进行维护，否则会引发变流器安全运行的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种变流器及其运行监控方法，以解决由于直流母线电容没有及时进行维护，引发的变流器安全运行的问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供的一种变流器运行监控方法，所述变流器运行监控方法包括：

在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压；

根据获取到的交流侧电压和直流母线电容电压，确定所述直流母线电容的实际容值；

在所述直流母线电容的实际容值小于所述直流母线电容的额定容值的预设比例的情况下，发出告警信息。

在一种实施方式中，通过以下公式计算所述直流母线电容的实际容值：

其中，C_cal为所述直流母线电容的实际容值，U_s为所述交流侧电压，u_dc为所述直流母线电容电压，t₀、t_n为所述直流母线电容的预充电过程中的两个时刻，R为预充电电阻，k为修正系数。

在一种实施方式中，通过预设的仿真模型进行仿真得到所述修正系数k。

在一种实施方式中，t_n＝t₀+nT，其中T为交流电压周期。

在一种实施方式中，所述在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压，之前还包括：

在所述变流器处于停机或者待机、且所述直流母线电容电压低于预设值的情况下，启动所述直流母线电容的预充电。

根据本申请的另一个方面，提供的一种变流器，所述变流器包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的变流器运行监控程序，所述变流器运行监控程序被所述处理器执行时用于实现所述的变流器运行监控方法的步骤。

本申请实施例的变流器及其运行监控方法，通过在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压，计算出直流母线电容的实际容值，进而在直流母线电容的实际容值小于直流母线电容的额定容值的预设比例的情况下发出告警信息；解决了由于直流母线电容没有及时进行维护，引发的变流器安全运行的问题；以便用户对直流母线电容及时进行维护，排除直流母线电容导致的风电系统中的安全隐患。

附图说明

图1为本申请第一实施例的变流器运行监控方法流程示意图；

图2为本申请实施例的变流器的软启动回路结构示意图；

图3为本申请实施例的变流器软启过程的电压波形结构示意图；

图4为本申请实施例的变流器软启过程直流母线的电压波形结构示意图；

图5为本申请实施例的变流器的预警界面示意图；

图6为本申请第二实施例的变流器结构示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

第一实施例

如图1所示，本申请第一实施例提供一种变流器运行监控方法，所述变流器运行监控方法包括：

步骤S11、在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压；

步骤S12、根据获取到的交流侧电压和直流母线电容电压，确定所述直流母线电容的实际容值；

步骤S13、在所述直流母线电容的实际容值小于所述直流母线电容的额定容值的预设比例的情况下，发出告警信息。

在一种实施方式中，所述在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压，之前还包括：

在所述变流器处于停机或者待机、且所述直流母线电容电压低于预设值的情况下，启动所述直流母线电容的预充电。

在该实施方式中，预设值可以为接近于0的数值。

以下结合图2-图3对所述直流母线电容的实际容值的计算过程进行说明：

如图2所示，图2为变流器的软启动回路结构示意图。其中U_g表示交流侧线电压，U_RC表示三相不控整流桥的直流侧电压，i_dc表示流向直流母线电容的电流，U_dc表示直流母线电容电压，R表示预充电电阻。初始时，软启接触器KM1初始处于断开状态。预充电过程如下所示：

首先闭合软启接触器KM1，交流侧电压通过三相不控整流桥、软启电阻R对直流母线电容C进行充电。当直流母线电容C两端的电压差达到设定门限值时，软启接触器KM1断开，软启动过程完成。当对直流母线电容C进行充电时，可得以下的公式1：U_RC＝2R*i_dc+U_dc。

假设交流侧线电压U_g为三相对称正弦波电压，有效值为U_s，周期为T。若三相不控整流桥换相是在瞬间完成的，则在直流母线电压小于

时，U_RC为交流线电压绝对值中最大的一个，如图3所示。图中线电压频率为50Hz，线电压有效值为690V，U_ab、U_bc、U_ca为三相线电压，包络线为由三相线电压的绝对值围成的六脉波包络线。则当母线电压小于包络线的最低点时，U_RC波形即为包络线。

在t₀到t_n＝t₀+nT时间里对公式1进行积分可得到公式2：

则在预充电阶段取t₀到t_n＝t₀+nT时间段的数据，且要满足t_n时直流母线电压小于

由公式2可得到直流母线电容容值(公式3)：

实际上，在三相不控整流桥换相期间会存在三个二极管同时导通的情况，等效于预充电电阻阻值的降低，所以需要对公式3乘以修正系数k以对直流母线电容容值进行修正(公式4)：

需要说明的是，可通过预设的仿真模型进行仿真得到所述修正系数k。公式4中积分项可按照梯形近似法求得，也可按照矩形近似法近似。梯形近似法或矩形近似法都属于数字信号处理技术中的常见手段，这里不再赘述。

当计算出的直流母线电容实际容值C_cal小于直流母线电容额定容值C_N的A％以下时，即C_N＜C_cal·A％，发出告警信息，以提示用户需要对直流母线电容进行维护。

作为示例地，对于薄膜电容来说，当其容值小于额定值的90％时，可认为薄膜电容失效，电容寿命耗尽。考虑到检测误差，可适当对A进行微调，避免误诊断。

需要说明的是，交流侧电压可能会有畸变的情况，考虑到预充过程较短，一般在秒级，可以在交流侧电压畸变率较低时实施本方法，以提高电容容值计算的准确度。交流侧线电压的有效值可以用软启期间检测到的三相线电压有效值的平均值代替，电压有效值的计算方法这里不再赘述。对直流母线电容的实际容值的测试可以定期进行，也可以不定时进行。

以下结合图2、图4-图5对变流器运行监控过程进行说明：

图2为变流器的软启动回路结构示意图，直流母线电容的额定值为14400uF，交流侧电压有效值为690V，频率为50Hz，预充电电阻R的阻值为22Ω，电容失效门限A％设为80％，修正系数k根据仿真结果可采用1.0792。

开启变流器，变流器首先进行软启，以检测到软启接触器KM1闭合为时间t₀点，令t₀＝30ms，t_n＝930ms。软启阶段直流母线电容电压波形如图4所示，根据上述方法计算得到直流母线电容容值C_cal为9588uF，低于电容失效门限容值14400×0.8＝11520uF，应该发出告警信息，以提示用户需要对直流母线电容进行维护，告警界面如图5所示。

本申请实施例的变流器运行监控方法，通过在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压，计算出直流母线电容的实际容值，进而在直流母线电容的实际容值小于直流母线电容的额定容值的预设比例的情况下发出告警信息；解决了由于直流母线电容没有及时进行维护，引发的变流器安全运行的问题；以便用户对直流母线电容及时进行维护，排除直流母线电容导致的风电系统中的安全隐患。

第二实施例

如图6所示，本申请第二实施例提供一种变流器，所述变流器包括存储器21、处理器22以及存储在所述存储器21上并可在所述处理器22上运行的变流器运行监控程序，所述变流器运行监控程序被所述处理器22执行时，用于实现以下所述的变流器运行监控方法的步骤：

在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压；

根据获取到的交流侧电压和直流母线电容电压，确定所述直流母线电容的实际容值；

在所述直流母线电容的实际容值小于所述直流母线电容的额定容值的预设比例的情况下，发出告警信息。

所述变流器运行监控程序被所述处理器22执行时，还用于实现以下所述的变流器运行监控方法的步骤：

通过以下公式计算所述直流母线电容的实际容值：

其中，C_cal为所述直流母线电容的实际容值，U_s为所述交流侧电压，u_dc为所述直流母线电容电压，t₀、t_n为所述直流母线电容的预充电过程中的两个时刻，R为预充电电阻，k为修正系数。

所述变流器运行监控程序被所述处理器22执行时，还用于实现以下所述的变流器运行监控方法的步骤：

通过预设的仿真模型进行仿真得到所述修正系数k。

所述变流器运行监控程序被所述处理器22执行时，还用于实现以下所述的变流器运行监控方法的步骤：

t_n＝t₀+nT，其中T为交流电压周期。

所述变流器运行监控程序被所述处理器22执行时，还用于实现以下所述的变流器运行监控方法的步骤：

在所述变流器处于停机或者待机、且所述直流母线电容电压低于预设值的情况下，启动所述直流母线电容的预充电。

本申请实施例的变流器，通过在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压，计算出直流母线电容的实际容值，进而在直流母线电容的实际容值小于直流母线电容的额定容值的预设比例的情况下发出告警信息；解决了由于直流母线电容没有及时进行维护，引发的变流器安全运行的问题；以便用户对直流母线电容及时进行维护，排除直流母线电容导致的风电系统中的安全隐患。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种变流器运行监控方法，其特征在于，所述变流器运行监控方法包括：

启动直流母线电容的预充电；

在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压；

根据获取到的交流侧电压和直流母线电容电压，确定所述直流母线电容的实际容值；

在所述直流母线电容的实际容值小于所述直流母线电容的额定容值的预设比例的情况下，发出告警信息；

通过以下公式计算所述直流母线电容的实际容值：

其中，C_cal为所述直流母线电容的实际容值，s为所述交流侧电压，u_dc为所述直流母线电容电压，t₀、t_n为所述直流母线电容的预充电过程中的两个时刻，R为预充电电阻，k为修正系数。

2.根据权利要求1所述的变流器运行监控方法，其特征在于，通过预设的仿真模型进行仿真得到所述修正系数k。

3.根据权利要求1所述的变流器运行监控方法，其特征在于，t_n＝t₀+nT，其中T为交流电压周期。

4.根据权利要求1所述的变流器运行监控方法，其特征在于，所述在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压，之前还包括：

在所述变流器处于停机或者待机、且所述直流母线电容电压低于预设值的情况下，启动所述直流母线电容的预充电。

5.一种变流器，其特征在于，所述变流器包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的变流器运行监控程序，所述变流器运行监控程序被所述处理器执行时，用于实现以下所述的变流器运行监控方法的步骤：

启动直流母线电容的预充电；

在变流器的直流母线电容的预充电过程中，获取变流器的交流侧电压和直流母线电容电压；

根据获取到的交流侧电压和直流母线电容电压，确定所述直流母线电容的实际容值；

在所述直流母线电容的实际容值小于所述直流母线电容的额定容值的预设比例的情况下，发出告警信息；

所述变流器运行监控程序被所述处理器执行时，还用于实现以下所述的变流器运行监控方法的步骤：

通过以下公式计算所述直流母线电容的实际容值：

其中，C_cal为所述直流母线电容的实际容值，U_s为所述交流侧电压，u_dc为所述直流母线电容电压，t₀、t_n为所述直流母线电容的预充电过程中的两个时刻，R为预充电电阻，k为修正系数。

6.根据权利要求5所述的变流器，其特征在于，所述变流器运行监控程序被所述处理器执行时，还用于实现以下所述的变流器运行监控方法的步骤：

通过预设的仿真模型进行仿真得到所述修正系数k。

7.根据权利要求5所述的变流器，其特征在于，所述变流器运行监控程序被所述处理器执行时，还用于实现以下所述的变流器运行监控方法的步骤：

t_n＝t₀+nT，其中T为交流电压周期。

8.根据权利要求5所述的变流器，其特征在于，所述变流器运行监控程序被所述处理器执行时，还用于实现以下所述的变流器运行监控方法的步骤：

在所述变流器处于停机或者待机、且所述直流母线电容电压低于预设值的情况下，启动所述直流母线电容的预充电。

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