CN110850195A - 一种链式svg功率模块的检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种链式SVG功率模块的检测方法及装置，属于电力电子技术领域。该方法包括：在基准数据采集模式下：选取SVG中的任一个功率模块作为基准功率模块，采集其数据作为基准数据；在检测模式下：采集SVG中基准功率模块之外的其他功率模块的数据作为待比对数据；若待比对数据与基准数据不一致的功率模块的个数小于设定值，则判断基准功率模块正常，并判断待比对数据与基准数据一致的功率模块正常，不一致的功率模块故障；否则，判断基准功率模块故障，并在基准数据采集模式下，重新选取SVG中的另一个功率模块作为基准功率模块，采集其数据作为基准数据，并重复比对过程。本发明能实现SVG中功率模块的现场快速检测。

Description

一种链式SVG功率模块的检测方法及装置
技术领域
本发明涉及一种链式SVG功率模块的检测方法及装置，属于电力电子技术领域。
背景技术
目前，链式静止无功发生器(简称链式SVG)在新能源发电及输配电系统中已得到广泛应用，因IGBT及电容耐压的问题，SVG设备中每相由多个功率模块级联组成，任何一个功率模块出现问题都会导致设备不能正常运行。为保证SVG设备的正常使用，在SVG设备现场投运前、发生故障时以及检修后均需要对其进行测试。目前，需要专业人员使用特定的检测仪器对SVG设备中的功率模块进行检测，检测工作相对复杂繁琐，且这些检测仪器不易携带，检测效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种链式SVG功率模块的检测方法及装置，用以解决目前链式SVG设备中的功率模块现场不能快速、便捷检测的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种链式SVG功率模块的检测方法，该方法包括如下步骤：
1)在基准数据采集模式下：选取SVG中的任一个功率模块作为基准功率模块，采集其数据作为基准数据；
2)在检测模式下：采集SVG中基准功率模块之外的其他功率模块的数据作为待比对数据；
若待比对数据与基准数据不一致的功率模块的个数小于设定值，则判断基准功率模块正常，并判断待比对数据与基准数据一致的功率模块正常，不一致的功率模块故障；
若待比对数据与基准数据不一致的功率模块的个数大于设定值，则判断基准功率模块故障，并在基准数据采集模式下，重新选取SVG中的另一个功率模块作为基准功率模块，采集其数据作为基准数据，并重复步骤2)。
本发明还提供了一种链式SVG功率模块的检测装置，该装置包括控制器和数据采集电路，所述控制器控制连接所述数据采集电路，并用于实现以上链式SVG功率模块的检测方法。
本发明的有益效果是：本发明通过从SVG中任选一个功率模块作为基准功率模块，将基准功率模块的数据作为基准数据，并通过将其他功率模块的数据与基准数据进行比对，来实现对SVG中功率模块是否故障的快速诊断；这种检测方法无需知道功率模块内部的具体参数(如直流支撑电容容值、均压电阻阻值等)，只需通过判断与基准数据不一致的功率模块的个数，即可实现对所选取的基准功率模块是否正常的判断，在所选取的基准功率模块正常的情况下，只需通过判断待比对数据与基准数据是否一致，即可实现对其他功率模块是否正常的判断，检测过程简单、便于在现场实施，能够实现SVG中功率模块的现场快速检测。
为了实现对功率模块中直流支撑电容及IGBT是否正常的判断，进一步地，在上述方法和装置中，所述数据为功率模块中直流支撑电容的充放电数据及斩波输出波形数据。
进一步地，在上述方法和装置中，所述设定值等于n/3，n为SVG中功率模块的总个数。
进一步地，在上述装置中，所述数据采集电路包括：第一开关、第二开关、放电开关、第一电阻、第二电阻和放电电阻；直流电源与所述第一开关、第一电阻串联后接地；所述第二开关的一端连接第一开关与第一电阻的串联点，另一端与第二电阻、放电开关、放电电阻串联后接地；所述放电开关与放电电阻串联后，用于与功率模块的交流侧并联；所述控制器控制连接所述第一开关、第二开关、放电开关和功率模块中的IGBT，所述控制器检测第一开关的电源侧电压、第一电阻的电压及用于检测功率模块的交流侧电压。
数据采集电路的结构简单，使得链式SVG功率模块的检测装置的结构简单，其与功率模块之间的接线也十分简单，通过控制器对第一开关、第二开关和放电开关的闭合、断开进行控制及向IGBT发送控制命令，采集相应的数据进行判断，就能完成对功率模块的检测，操作简单，耗时极短，提高了现场功率模块检测效率，节省了设备检修时间。另外，通过检测第一电阻的电压能够准确判断功率模块是否与直流电源安全断开，而且，第一电阻的设置能避免在第一开关和第二开关断开后因测量点悬空导致的测量电压浮动。
为了实现控制器控制连接功率模块的IGBT，进一步地，在上述装置中，所述控制器通过光电转换电路和光纤连接功率模块的IGBT控制板。
进一步地，在上述装置中，所述第一开关、第二开关和放电开关为继电器，所述控制器驱动控制连接继电器的线圈。
进一步地，在上述装置中，该装置还包括开入电路，所述开入电路包括按钮开关和旋码开关，所述按钮开关和旋码开关连接所述控制器。
为了实现检测结果的直观显示，进一步地，在上述装置中，该装置还包括状态显示电路，所述状态显示电路连接所述控制器。
为了将外部交流电源转换成装置内部需要的不同电压等级的直流电源，进一步地，在上述装置中，所述直流电源包括AC/DC转换电路，所述AC/DC转换电路的输入端用于连接交流电源。
附图说明
图1是本发明方法实施例中链式SVG功率模块的检测方法流程图；
图2是本发明方法实施例中链式SVG功率模块的检测装置的电路连接图；
图中，100是链式SVG功率模块的检测装置，101是AC/DC转换电路，102是温度传感器，103是开入电路，104是控制器，105是状态显示电路，106是数据采集电路，107是光电转换电路，200是功率模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
方法实施例：
本实施例提供了一种链式SVG功率模块的检测方法，能够实现链式SVG设备中功率模块的现场快速、便捷检测，如图1所示，该检测方法包括以下步骤：
1)在基准数据采集模式下：选取SVG中的任一个功率模块作为基准功率模块，采集其数据作为基准数据；
2)在检测模式下：采集SVG中基准功率模块之外的其他功率模块的数据作为待比对数据；
若待比对数据与基准数据不一致的功率模块的个数小于设定值，则判断基准功率模块正常，并判断待比对数据与基准数据一致的功率模块正常，不一致的功率模块故障；
若待比对数据与基准数据不一致的功率模块的个数大于设定值，则判断基准功率模块故障，并在基准数据采集模式下，重新选取SVG中的另一个功率模块作为基准功率模块，采集其数据作为基准数据，并重复步骤2)。
本实施例中，设定值等于n/3，n为SVG中功率模块的总个数；作为其他实施方式，设定值也可以根据实际需要设置。另外，本实施例中，待比对数据与基准数据不一致是指两者之间的误差超过设定误差范围，设定误差范围可根据实际采集的数据类型和SVG设备的要求进行设置。
本实施例中的检测方法对SVG中所有的功率模块均进行检测，作为其他实施方式，也可以仅对SVG中显示状态正常的功率模块进行检测，这样可以进一步节省检测时间，这里显示状态正常是指SVG中从外部看不出故障的功率模块。
当该检测方法采集不同的数据时，能够实现对功率模块中不同元器件是否正常的判断，例如，当采集的数据为功率模块中直流支撑电容的充放电数据时，能够实现对功率模块中直流支撑电容及均压电阻是否正常的判断；当采集的数据为斩波输出波形数据(即IGBT工作时功率模块的端口电压)时，能够实现对功率模块中IGBT是否正常的判断。
该检测方法通过从SVG中任选一个功率模块作为基准功率模块，将基准功率模块的数据作为基准数据，并通过将其他功率模块的数据与基准数据进行比对(即通过基准数据比较的方式)来实现对SVG中功率模块是否故障的快速诊断；这种检测方法无需知道功率模块内部的具体参数(如直流支撑电容容值、均压电阻阻值等)，只需通过判断与基准数据不一致的功率模块的个数，即可实现对所选取的基准功率模块是否正常的判断，在所选取的基准功率模块正常的情况下，只需通过判断待比对数据与基准数据是否一致，即可实现对其他功率模块是否正常的判断，检测过程简单快捷、便于在现场实施，能够实现SVG中功率模块的现场快速检测。
装置实施例：
本实施例提供了一种链式SVG功率模块的检测装置，能够实现方法实施例中的链式SVG功率模块的检测方法，利用该检测装置能够提高SVG中功率模块的现场检测效率，节省设备检修时间。其中，链式SVG中的功率模块如图2所示：功率模块200包括并联的H桥模块、电容支路和电阻支路，H桥模块具有并联的第一桥臂和第二桥臂，每个桥臂由两个IGBT同向串联构成。
如图2所示，本实施例的链式SVG功率模块的检测装置100包括AC/DC转换电路101、温度传感器102、开入电路103、控制器104、状态显示电路105、数据采集电路106和光电转换电路107。
本实施例中，AC/DC转换电路101用于将外部交流电源(例如220V交流电源)转换成装置内部需要的不同电压等级的直流电源，分别给控制器104和数据采集电路106供电；其中，AC/DC转换电路101采用隔离变压器将220V交流电源转换成装置内部需要的直流电源，并通过在隔离变压器次级设置抽头的方式来提供不同电压等级的直流电源，不仅取电方便，还能实现外部电源和内部电源的隔离，保证人身安全；作为其他实施方式，AC/DC转换电路101还可以采用现有技术中的其他方式实现，只要其能将外部交流电源转换成装置内部需要的不同电压等级的直流电源即可。
数据采集电路106包括第一开关KA1、第二开关KA2、放电开关KA3、第一电阻R1、第二电阻R2和放电电阻R3；第一开关KA1、第一电阻R1串联后接地，第二开关KA2的一端连接第一开关KA1与第一电阻R1的串联点，另一端与第二电阻R2、放电开关KA3、放电电阻R3串联后接地；放电开关KA3与放电电阻R3串联后，用于与功率模块200的交流侧并联；其中，第一电阻R1的设置能避免在第一开关KA1和第二开关KA2断开后因测量点悬空导致的测量电压浮动，第二电阻R2起限流作用。本实施例中，放电开关KA3与放电电阻R3串联后，与功率模块200的交流侧并联，其具体实现方式为：第二电阻R2与放电开关KA3的串联点连接功率模块200的第一桥臂中两个IGBT的串联点，功率模块200的第二桥臂中两个IGBT的串联点接地；作为其他实施方式，当数据采集电路106中各开关、电阻的连接顺序发生变化时，放电开关KA3与放电电阻R3串联后，与功率模块200的交流侧并联的具体实现方式也应相应变化。
本实施例中，第一开关KA1、第二开关KA2和放电开关KA3为继电器。作为其他实施方式，第一开关KA1、第二开关KA2和放电开关KA3还可以选用现有技术中除继电器之外的其他类型的可控开关。
控制器104内部集成有电源接口、CPU、I/O接口及A/D采样接口，控制器104通过I/O接口驱动控制连接第一开关KA1、第二开关KA2和放电开关KA3的继电器线圈，进而控制连接第一开关KA1、第二开关KA2和放电开关KA3；控制器104通过A/D采样接口采样连接温度传感器102用于采集环境温度；控制器104通过A/D采样接口检测第一开关KA1的电源侧电压用于判断数据采集电路106是否有电源输入，还检测第一电阻R1的电压(即中间状态采样电压)用于判断第一开关KA1和第二开关KA2是否可靠断开(即判断功率模块200是否与直流电源安全断开)，还检测功率模块200的交流侧电压(即功率模块200的端口电压)用于对功率模块200的端口电压进行监测；其中，当中间状态采样电压为0时，表明第一开关KA1和第二开关KA2可靠断开。
温度传感器102采用热敏电阻的方式实现，用于采集环境温度，并将采集到的环境温度发送给控制器104。
开入电路103采用按钮开关和旋码开关组合的方式实现，按钮开关和旋码开关的一端接地，另一端连接控制器104的I/O接口。用户通过旋码开关设定链式SVG功率模块的检测装置100的模式，包括检测模式、基准数据采集模式和判断误差设定模式，通过按钮开关控制链式SVG功率模块的检测装置100进入或退出相应模式。作为其他实施方式，只要能实现链式SVG功率模块的检测装置100的模式选择功能和模式进入或退出功能，开入电路103还可以采用现有技术中的其他实现方式。
其中，链式SVG功率模块的检测装置100进入基准数据采集模式，能够实现基准功率模块的选取，以及基准数据的采集，采集到的基准数据用于作为后续正常检测的基准；链式SVG功率模块的检测装置100进入检测模式，能够实现SVG中基准功率模块之外的其他功率模块的数据采集，以及功率模块是否正常的判断；链式SVG功率模块的检测装置100进入判断误差设定模式，能够实现设定误差范围的设置。
状态显示电路105采用LED指示灯的方式实现，指示灯的一端接地，另一端连接控制器104的I/O接口。本实施例中，用绿色指示灯亮表示检测结果正常，红色指示灯亮表示检测结果异常，简单直观；另外，还可在相应指示灯位置添加文字性辅助，以使用户更加直观地获知检测结果。作为其他实施方式，状态显示电路105还可以采用显示屏的方式实现。
光电转换电路107由光纤收发器组成，控制器104通过光电转换电路107的光纤收发器和光纤连接功率模块200的IGBT控制板中的光纤收发器，以对功率模块200的IGBT进行控制。
本实施例中，通过利用链式SVG功率模块的检测装置100采集如下数据：功率模块200中直流支撑电容C的充放电数据(包括充电时间、放电时间、充放电时功率模块200的端口电压)和IGBT工作时功率模块200的端口电压，结合链式SVG功率模块的检测方法，通过基准数据比较的方式实现对功率模块200中直流支撑电容C的容值是否正常、IGBT是否正常、均压电阻R的阻值是否正常的检测。
其中，基准数据采集模式和检测模式下的数据采集过程相同，下面对数据的采集过程进行详细介绍：
控制器104通过光电转换电路107发送控制指令给功率模块200，使其打开内部相应IGBT，并控制数据采集电路106中的放电开关KA3闭合对直流支撑电容C进行放电，放电过程中监测功率模块200的端口电压，在直流支撑电容C存储的能量放完后，控制器104控制放电开关KA3断开，并发送控制指令使功率模块200关闭相应IGBT，然后控制数据采集电路106中的第一开关KA1和第二开关KA2闭合对直流支撑电容C进行充电(可根据不同电路形式采用恒流充、恒压限流充等多种充电方式)，充电过程中采集功率模块200的端口电压并记录充电时间，利用功率模块200的端口电压及充电时间，可以计算得到直流支撑电容C的容值，通过基准数据比较的方式能够判断容值是否在正常范围内；控制器104控制数据采集电路106中的第一开关KA1和第二开关KA2断开，采集中间状态采样电压，通过判断中间状态采样电压是否为0来判断第一开关KA1和第二开关KA2是否正常断开，正常断开后，控制器104发送控制指令使功率模块200中的IGBT按照设定方案进行动作，同时采集功率模块200的端口电压，根据端口电压的波形、幅值等情况，通过基准数据比较的方式能够判断功率模块200中的IGBT是否正常工作(作为其他实施方式，还可以直接根据功率模块200的端口电压的频率及脉冲情况，判断功率模块200中的IGBT是否正常工作)；再次对直流支撑电容C进行充电到一定电压值后，断开充电开关(即第一开关KA1和第二开关KA2)，直流支撑电容C通过功率模块200的均压电阻R进行放电，放电过程中采集功率模块200的端口电压并记录放电时间，利用功率模块200的端口电压及放电时间，可以计算得到均压电阻R的阻值，通过基准数据比较的方式能够判断阻值是否在正常范围内。
本实施例中，通过温度传感器102采集环境温度，将采集到的环境温度与功率模块200上传的IGBT温度数据进行对比，判断功率模块200内部NTC采样(即功率模块内部NTC热敏电阻的温度采样)是否正常。当然，作为其他实施方式，链式SVG功率模块的检测装置100可以省略温度传感器102，直接采集功率模块的IGBT温度数据通过基准数据比较的方式实现功率模块内部NTC采样是否正常的判断。
所有检测完成后，控制器104将检测结果输出至状态显示电路105，状态显示电路105通过不同颜色的LED指示灯直观便捷的将检测结果呈现给用户。

Claims (10)

1.一种链式SVG功率模块的检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)在基准数据采集模式下：选取SVG中的任一个功率模块作为基准功率模块，采集其数据作为基准数据；
2)在检测模式下：采集SVG中基准功率模块之外的其他功率模块的数据作为待比对数据；
若待比对数据与基准数据不一致的功率模块的个数小于设定值，则判断基准功率模块正常，并判断待比对数据与基准数据一致的功率模块正常，不一致的功率模块故障；
若待比对数据与基准数据不一致的功率模块的个数大于设定值，则判断基准功率模块故障，并在基准数据采集模式下，重新选取SVG中的另一个功率模块作为基准功率模块，采集其数据作为基准数据，并重复步骤2)。
2.根据权利要求1所述的链式SVG功率模块的检测方法，其特征在于，所述数据为功率模块中直流支撑电容的充放电数据及斩波输出波形数据。
3.根据权利要求1所述的链式SVG功率模块的检测方法，其特征在于，所述设定值等于n/3，n为SVG中功率模块的总个数。
4.一种链式SVG功率模块的检测装置，其特征在于，该装置包括控制器和数据采集电路，所述控制器控制连接所述数据采集电路，并用于实现权利要求1-3任一项所述的链式SVG功率模块的检测方法。
5.根据权利要求4所述的链式SVG功率模块的检测装置，其特征在于，所述数据采集电路包括：第一开关、第二开关、放电开关、第一电阻、第二电阻和放电电阻；直流电源与所述第一开关、第一电阻串联后接地；所述第二开关的一端连接第一开关与第一电阻的串联点，另一端与第二电阻、放电开关、放电电阻串联后接地；所述放电开关与放电电阻串联后，用于与功率模块的交流侧并联；所述控制器控制连接所述第一开关、第二开关、放电开关和功率模块中的IGBT，所述控制器检测第一开关的电源侧电压、第一电阻的电压及用于检测功率模块的交流侧电压。
6.根据权利要求4所述的链式SVG功率模块的检测装置，其特征在于，所述控制器通过光电转换电路和光纤连接功率模块的IGBT控制板。
7.根据权利要求4所述的链式SVG功率模块的检测装置，其特征在于，所述第一开关、第二开关和放电开关为继电器，所述控制器驱动控制连接继电器的线圈。
8.根据权利要求4所述的链式SVG功率模块的检测装置，其特征在于，该装置还包括开入电路，所述开入电路包括按钮开关和旋码开关，所述按钮开关和旋码开关连接所述控制器。
9.根据权利要求4所述的链式SVG功率模块的检测装置，其特征在于，该装置还包括状态显示电路，所述状态显示电路连接所述控制器。
10.根据权利要求4所述的链式SVG功率模块的检测装置，其特征在于，所述直流电源包括AC/DC转换电路，所述AC/DC转换电路的输入端用于连接交流电源。
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