CN111864709B - 过载保护方法、控制方法、装置和风电变流器 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例公开了一种过载保护方法，包括：获取待测功率器件的电流有效值；根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量；基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流。本公开实施例进一步公开了一种过载保护能力强的控制方法、装置和风电变流器。本公开实施例中，可以准确获知当前过载时间周期内所述待测功率器件是否过载，根据过载情况，调整所述待测功率器件的给定电流，能够精准地对所述待测功率器件进行过载保护，从而有效提升了功率器件的过载保护能力。
Description
技术领域
本公开实施例涉及过载保护领域，尤其涉及过载保护方法及装置、功率器件的控制方法及装置、和风电变流器。
背景技术
功率电力电子器件有着可控性、大功率、高电压的特点，在工业和民用领域有广泛应用，如风力发电、太阳能发电、轧钢机、造纸机、提升机、变频空调、洗衣机等等。IGBT是功率电力电子器件的代表，单个IGBT的耐受电压可达到1000V以上、耐受电流可达到300A以上。功率电力电子器件工作在高电压和大电流的条件下，通过驱动电路来导通和关断，进行功率转换。功率器件在导通的过程中会产生导通损耗，在开关过程中会产生开关损耗，以额定1700V、300A、开关频率为3KHz的IGBT为例，单个IGBT的损耗通常达到约400W以上，并且随着通过电流的增加，损耗功率也在增加，导致IGBT的半导体结温上升，而由于IGBT的最高工作结温不能超过140度，因此，需要对IGBT进行冷却。冷却一般借助于空气冷却或者水冷冷却，而冷却介质的功率是受限的，一旦IGBT的电流超过额定电流运行，意味着过载运行，导致IGBT结温上升。因此，功率电力电子器件的过载能力是有限的，需要进行过载保护。但是，目前过载保护采用的方法因为过载保护对应的检测逻辑并不完善，不能很好地对功率电力电子器件进行过载保护。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本公开实施例提供一种过载保护方法、控制方法、装置和风电变流器，能够提升功率电子器件的过载保护能力。
为达到上述目的，本公开实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本公开实施例提供一种过载保护方法，所述方法包括：
获取待测功率器件的电流有效值；
根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量；
基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流。
其中，所述获取待测功率器件的电流有效值，包括：
按照设置频率获取待测功率器件在电流周期内的电流瞬时值；
根据所述电流瞬时值，获得所述待测功率器件的电流有效值。
其中，所述根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，包括：
确定当前时间点对应的电流有效值大于所述过载电流门限值时，确定所述电流有效值对应的时间点为过载点。
其中，所述属性参数包括所述属性参数包括所述过载点对应的电流有效值和对应的时间戳，所述根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量，包括：
启动计数器对当前过载时间周期内的所述过载点数量进行累计计数；
当所述过载点对应的属性参数表征所述过载点在所述当前过载时间周期内时，所述计数器增加设置值；当所述过载点对应的属性参数表征所述过载点在所述当前过载时间周期之外时，所述计数器减少设置值。
其中，所述根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点之后，还包括：
通过数组队列根据过载点对应的时间点依序存储所述过载点对应的属性参数；其中，所述属性参数包括所述过载点对应的电流有效值和对应的时间戳。
其中，所述通过数组队列根据过载点对应的时间点依序存储所述过载点对应的属性参数之后，还包括：
当所述过载点对应的属性参数表征所述过载点在所述当前过载时间周期之外时，将所述过载点对应的属性参数从所述数组队列中删除。
其中，所述数组队列包括队首指针和队尾指针，所述通过数组队列根据过载点对应的时间点依序存储所述过载点对应的属性参数，包括：
当有所述过载点对应的属性参数入数组队列时，所述队尾指针增加设置的步长值，所述队首指针不变；
当有所述过载点对应的属性参数出数组队列时，所述队首指针增加设置的步长值，所述队尾指针不变；
当所述队首指针或所述队尾指针大于设置指针值，所述队首指针和队尾指针恢复至指向初始位置。
其中，所述基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流，包括：
当所述过载时间周期内所述过载点数量大于设置阈值时，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于设置电流。
其中，所述过载周期包括至少一个过载时间段，每个所述过载时间段对应设置有设置阈值和设置电流，所述当所述过载时间周期内所述过载点数量大于设置阈值时，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于设置电流，包括：
当所述过载时间周期内任一所述过载时间段内所述过载点数量大于所述过载时间段对应的设置阈值时，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于所述过载时间段对应的所述设置电流。
其中，所述根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点之前，还包括：
当所述电流有效值大于过载电流上限值，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于所述过载电流上限值。
第二方面，本公开实施例还提供一种过载保护装置，所述装置包括采集模块和处理模块，其中，
所述采集模块，用于获取待测功率器件的电流有效值；
所述处理模块，用于根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量；基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流。
第三方面，本公开实施例还提供一种风电变流器，所述风电变流器包括待测功率器件和本公开实施例所述的过载保护装置，所述待测功率器件与所述的过载保护装置电连接，所述给定电流用于控制所述待检测功率器件。
第四方面，本公开实施例还提供一种采用如本公开任一实施例所述过载保护方法实现的功率器件的控制方法，所述方法包括：
获取所述给定电流；
计算所述给定电流和当前所述电流有效值数值的差值；
将所述差值作为比例积分控制器的输入参数得到对应的输出参数，基于所述输出参数控制所述待测功率器件的工作。
其中，所述基于所述输出参数控制所述待测功率器件的工作，包括：
获取所述比例积分控制器输出的电压信号；
将所述电压信号转换为PWM调制信号；
通过所述PWM调制信号控制所述待测功率器件的工作。
第五方面，本公开实施例还提供一种功率器件的控制装置，所述控制装置包括限流调节器和与所述限流调节器电连接的执行器，其中，
所述限流调节器，用于获取如本公开任一实施例所述过载保护方法中的给定电流；计算所述给定电流和当前所述电流有效值数值的差值；将所述差值作为比例积分控制器的输入参数得到对应的输出参数，
所述执行器，用于基于所述输出参数控制所述待测功率器件的工作。
第六方面，本公开实施例还提供一种风电变流器，包括待测功率器件、本公开实施例所述的过载保护装置和本公开实施例所述的功率器件控制装置，所述功率控制装置分别与所述待测功率器件和所述过载保护装置电连接。
本公开实施例提供的过载保护方法及装置、功率器件的控制方法及装置和风电变流器，通过获取待测功率器件的电流有效值；根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，这里，根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定的过载点，可以获知所述待测功率器件在某一个时间点的过载情况；根据所述过载点对应的属性参数，确定当前过载时间周期内的过载点数量，通过当前过载时间周期内的过载点数量反映了所述待测功率器件在当前过载时间周期内的过载情况；基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流，这里，基于所述当前过载时间周期内所述过载数量与设置阈值的关系，可以准确获知当前过载时间周期内所述待测功率器件是否过载，根据过载情况，调整所述待测功率器件的给定电流，能够精准地对所述待测功率器件进行过载保护，从而有效提升了功率器件的过载保护能力。
附图说明
图1为本公开一实施例提供的一种过载保护方法的流程示意图；
图2为本申请一实施例提供的当前过载周期的示意图；
图2a为本公开一实施例提供的过载保护逻辑信号关系示意图；
图2b为本公开另一实施例提供的过载保护逻辑信号关系示意图；
图2c为本公开另一实施例提供的过载保护逻辑信号关系示意图；
图3为本公开另一实施例提供的一种过载保护方法的流程示意图；
图4为本公开另一实施例提供的一种过载保护方法的流程示意图；
图5为本公开一实施例提供的数组队列的结构示意图；
图6为本公开一实施例提供的一种过载保护装置的结构示意图；
图7为本公开一实施例提供的一种风电变流器的机构示意图；
图8为本公开一实施例提供的一种控制方法的流程示意图；
图9为本公开另一实施例提供的一种控制方法的流程示意图；
图10为本公开一实施例提供的一种功率器件的控制装置的结构示意图；
图11为本公开另一实施例提供的一种风电变流器的结构示意图；
图12为本公开一实施例提供的一种网侧模块的结构示意图；
图13为本公开另一实施例提供的一种过载保护装置的结构示意图；
图14为本公开另一实施例提供的一种过载保护方法的流程示意图；
图15为本公开另一实施例提供的一种过载保护方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
第一方面，本公开实施例提供一种过载保护方法，请参见图1，为本公开一实施例提供的一种过载保护方法的流程示意图，所述方法包括：
步骤11，获取待测功率器件的电流有效值；
这里，可以首先通过采集器按照设置频率采集所述待测功率器件的电流瞬时值，如果待测功率器件所连接的系统是三相的，则检测三相电流瞬时值，如果系统是单相的，则检测单相电流瞬时值。这里，所述采集器可以包括电流互感器，也可以是霍尔传感器。这里，所述采集器的量程应该大于过载电流上限所对应的瞬时值。这里，所述采集器可以不必单独配置，可以共用整个功率系统的采集器。这里，在获取瞬时值后，通过有效值计算器根据电流的频率和瞬时值采集时的所述设置频率来计算出每个电流周期的采样点数，然后根据有效值的定义，即电流周期内所有电流的平方和的平方根来算出有效值。例如，电流频率为50Hz，电流瞬时值的设置采样频率为3000Hz，则每个电流周期内采集60个点，计算这60个点的平方和的平方根，得到所述待测功率器件的电流有效值。这里，由于所述电流有效值是根据所述待测功率器件的电流瞬时值计算得到的，因此能够准确反映所述待测功率器件的过载情况。
步骤12，根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量；
这里，所述根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，可以是所述电流有效值与所述过载门限值作差，当差值为正时，所述电流有效值对应的时间点为过载点。例如，所述电流有效值为360A，而所述过载门限值为350A，则差值为正，所述360A对应的时间点为过载点。由于所述过载点都对应有属性参数，例如，过载点对应的时间点，因此，能够非常方便地确定当前过载时间周期内的过载点数量。这里，请参见图2，为本申请一实施例提供的当前过载周期的示意图，所述当前过载时间周期可以是时间轴上23以当前时间点22为起点之前的历史时间段21；也可以是以设置时间点为起点之前的历史时间段。请参见图2a，为本公开一实施例提供的过载保护逻辑信号关系示意图，示出的E、F点分别对应E、F时间点对应的两个当前过载时间周期。这里，所述根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量，这里的属性参数可以是与时间相关的参数，如过载点产生的具体时间，还可以是按照当前过载时间周期循环计时的时间戳。属性参数是为了确定所述属性参数对应的过载点是否在所述当前过载时间周期内，在确定过载点在所述当前过载时间周期内之后，就能够知道在当前过载时间周期内的过载点的数量。这里，通过确定过载点，确定当前过载时间周期内的过载点数量能够对所述待测功率器件的过载情况进行精准量化，方便进行定量分析和控制。
步骤13，基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流。
这里，所述设置阈值可以是与所述限流有效值的采样频率及额定过载时间对应的一个数值，例如，所述待测功率器件在过载周期600秒内的额定过载时间为60秒，如果电流有效值的采样频率为1次/秒，则所述设置阈值可以为60；这里，所述设置阈值也可以根据用户的需求设置，可根据控制精度需要，及存储空间大小来设置。如需更高的精度，可以设置为2次/秒或者更高。这里，所述调整所述待测功率器件的给定电流可以是将所述给定电流转换为所述待测功率器件的调制信号。这里，基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流，能够实现所述待测功率器件的实时准确控制。
请再次参见图2a，调整所述待测功率器件的给定电流，可以如B点，将B点对应的所述待测功率器件的给定电流调整至设置电流以下，这里设置电流可以设置为额定电流。
本公开上述实施例中，通过获取待测功率器件的电流有效值；根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，这里，根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定的过载点可以获知所述待测功率器件在某一个时间点的过载情况；根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量，通过当前过载时间周期内的过载点数量反映了所述待测功率器件在当前过载时间周期内的过载情况；基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流，这里，基于所述当前过载时间周期内所述过载数量与设置阈值的关系，可以准确获知当前过载时间周期内所述待测功率器件是否过载，根据过载情况，调整所述待测功率器件的给定电流能够精准地对所述待测功率器件进行过载保护，从而有效提升了功率器件的过载保护能力。
请参见图3，在一些实施例中，所述步骤11，获取待测功率器件的电流有效值，包括：
步骤31，按照设置频率获取待测功率器件在电流周期内的电流瞬时值；
这里，可以是通过采集器按照设置频率采集所述待测功率器件的电流瞬时值，例如电流周期为20ms，所述设置频率为3000Hz。这里，按照设置频率获取所述待测功率器件在电流周期内的电流瞬时值使得电流有效值能够更加准确地反映出所述待测功率器件在某一时间段内的电流情况。
步骤32，根据所述电流瞬时值，获得所述待测功率器件的电流有效值。
这里，可以是通过有效值计算器根据电流的频率和瞬时值采集时的所述设置频率来计算出每个电流周期的采样点数，然后根据有效值的定义，即电流周期内所有电流瞬时值的平方和的平方根来算出电流有效值。例如，电流周期内10个电流值均为10A，则电流有效值为30A。
其中，所述根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，包括：确定当前时间点对应的电流有效值大于所述过载电流门限值时，确定所述电流有效值对应的时间点为过载点。这里，每个过载点都对应有时间点，方便确定所述过载点是否属于当前过载时间周期内。
请参见图4，在一些实施例中，所述根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量，包括：
步骤41，启动计数器对当前过载时间周期内的所述过载点数量进行累计计数；
这里，可以是所述待测功率器件一旦工作，所述启动计数器就开始进行累计计数。
步骤42，当所述过载点对应的属性参数表征所述过载点在所述当前过载时间周期内，所述计数器增加设置值；当所述过载点对应的属性参数表征所述过载点在所述当前过载时间周期之外，所述计算器减少设置值，其中，所述属性参数包括所述属性参数包括所述过载点对应的电流有效值和对应的时间戳。
这里，所述时间戳可以是过载点对应的计时器计时的数值。这里，当前时间点在所述当前过载时间周期之内；这里，可以是在当前时间点的电流有效值超过过载电流门限时，确定为过载点，所述计数器数值加一；当当前时间点的电流未超过过载电流门限时，所述计数器数值不变；当任一所述过载点对应的时间点不在所述当前过载时间周期后，所述计数器数值减一。这里，可以通过所述过载点对应的属性参数实时更新所述计数器的数值，实现实时控制。所述计数器的计数时间间隔根据精度需要而定，可以是一秒进行一次计数，就可满足基本的精度。请再次参见图2a，在C时间段，累计的过载点数量递增；在D段，累计的过载点数量下降。
这里，所述当前过载时间周期可以跟所述待测功率器件的额定过载时间周期一致。所述当前过载时间周期可以是单独的计时计数器，所述计时计数器的时间间隔可以为程序的执行周期。所述计时计数器的从0开始计时，直到计数到与过载时间周期一致的数值即记满，然后再清零重新计时。所述计时计数器的数值可以是用来标记一个新的过载点对应的时间点或时刻，可以记为时间戳。所述计时计数器循环一个周期后，再次计时到这个时间戳时，说明一个过载时间周期已经完成。
在一些实施例中，所述步骤12，根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点之后，还包括：
通过数组队列根据过载点对应的时间点依序存储所述过载点对应的属性参数；其中，所述属性参数包括所述过载点对应的电流有效值和对应的时间戳。或者所述属性参数包括过载点所对应的电流的过载等级，和对应的时间戳。
这里，通过数组队列对所述过载点的电流有效值和对应的时间戳进行存储，能够方便后续的统计分析。
其中，所述通过数组队列根据过载点对应的时间点依序存储所述过载点对应的属性参数之后，还包括：
当所述过载点对应的属性参数表征所述过载点在所述当前过载时间周期之外，将所述过载点对应的属性参数从所述数组队列中删除。请再次参见图2a，所述确定所述过载点是否在所述当前过载时间周期之外，可以是所述过载点对应的时间戳与当前时间戳相同，确定所述过载点在所述当前过载周期之外，例如，时间戳1与时间戳1′相同，时间戳2与时间戳2′相同，时间戳1对应的时间戳1′对应的过载点在所述当前过载周期之外，时间戳2对应的时间戳2′对应的过载点在当前过载周期之外。
当所述过载点对应的属性参数表征所述过载点在所述当前过载时间周期之外，为节省内存空间，将所述过载点对应的属性参数从所述数组队列中删除。
请参见图5，所述数组队列包括队首指针Front和队尾指针Rear，所述通过数组队列根据过载点对应的时间点依序存储所述过载点对应的属性参数，包括：
当有所述过载点对应的属性参数入数组队列时，所述队尾指针Rear增加设置的步长值，所述队首指针Front不变；
当有所述过载点对应的属性参数出数组队列时，所述队首指针Front增加设置的步长值，所述队尾指针Rear不变；
当所述队首指针Front或所述队尾指针Rear大于设置指针值，所述队首指针Front和队尾Rear指针恢复至指向初始位置，所述初始位置对应图中的“0”位置。
这里，当前过载周期中过载点的产生顺序与存入数组队列的顺序一致，采用数组队列先进先出的存储方式进行存储，利用数组队列依序存储过载点信息，处理效率会更高。
其中，所述步骤13，所述基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流，包括：
当所述过载时间周期内所述过载点数量大于设置阈值时，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于设置电流。
这里，这里所述设置电流可以为额定电流，当所述过载时间周期内所述过再点数量大于设置阈值时，表明所述待测功率器件处于非正常过载状态，所述待测功率器件需要进行过载保护，这时调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于额定电流能够使得所述待测功率器件对应的电流减小，使得所述待测功率器件恢复到正常工作状态。这里，通过所述过载保护能够避免所述待测功率器件由于长时间的过载被损坏。
在一些实施例中，可以通过限流调节器实现，在所述限流调节器使能后，可以是所述限流调节器根据当前电流和给定电流的差异，通过反馈控制，将电流限制在适当的电流以下；当过载计数器超过阈值后，将电流限制在额定电流以下；当时间累加，当前过载周期内的过载点计数又小于阈值后，解除限流，允许运行在过载电流上限以下。这里，及时解除限流能够使得所述待测功率器件及时回到正常工作状态，避免影响所在系统的功能。所述限流调节器的输出可以是电压信号。
这里，所述过载周期可以包括至少一个过载时间段，每个所述过载时间段对应设置有设置阈值和设置电流，所述当所述过载时间周期内所述过载点数量大于设置阈值时，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于设置电流，包括：
当所述过载时间周期内任一所述过载时间段内所述过载点数量大于所述过载时间段对应的设置阈值时，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于所述过载时间段对应的所述设置电流。
这里，所述设置电流及所述过载时间段可以根据所述待测功率器件的工作能力设定，例如，过载时间段设置为一段，或者可以设置为多段。当设置为一段过载时间段时，一般地，将对应的设置电流设置为额定电流。当设置为两段过载时间段时，将第一段过载时间段对应的所述设置电流设置为额定电流，第二段过载时间段对应的所述设置电流设置为高于第一段过载时间段对应的设置电流。这里，无论是一段过载时间段还是多段过载时间段，过载电流上限只有一个门限。例如，所述待测功率器件的额定电流为350A，所述待测功率器件的过载能力为一个所述过载时间周期10min内超过350A过载1min；一个所述过载时间周期10min内超过400A过载10秒钟；最大过载电流为450A。从而，将第一段设置电流设定为350A；将第二段设置电流设定为400A；将过载电流上限设定为450A；将过载时间周期设定为10min。这里，采用设置多段设置电流的方式能够分段进行保护，使得过载保护更加灵活，过载控制更加精准，使得所述待测功率器件所在系统工作在最佳状态。
请参见图2b，所述设置电流可以设置为所述过载电流门限。请参见图2c，所述过载电流门限可以包括第一过载电流门限和第二过载电流门限，所述第一过载电流门限和所述第二过载电流门限分别对应有第一计数器和第二计数器，所述第一计数器和第二计数器的工作方式与图2a中计数器工作方式一致。本实施例中，设置多个过载电流门限能更精细地对功率器件进行过载保护。
这里，执行器可以是过载保护的执行部件。所述执行器接收控制器的输出即所述电压信号，计算调制波，对功率器件进行调制，以使功率器件的实际电流按照控制器的要求。调制方法可以选择空间矢量调制(SVPWM)，或者是其他调制方法，如不连续调制(DPWM)。执行器需要快速地执行，以便能够调节电流，因此执行器的周期是非常短，通常选择执行器周期和电流瞬时值采集频率一致。
其中，所述步骤12，所述根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点之前，还包括：
当所述电流有效值大于过载电流上限值，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于所述过载电流上限值。
这里，当所述电流有效值大于过载电流上限值，表明所述待测功率器件已经处于严重的非正常工作状态，需要立即减小给定电流以使所述待测功率器件恢复到正常工作状态，对所述待测功率器件进行过载保护。请再次参见图2a，可以是将所述给定电流调整至所述过载电流上限值以下。
第二方面，本公开实施例还提供一种过载保护装置，请参见图6，为本公开一实施例提供的一种过载保护装置的结构示意图，包括采集模块61和处理模块62，其中，
所述采集模块61，用于获取待测功率器件的电流有效值；
这里，所述采集模块可以包括采集器和有效值计算器，可以首先通过所述采集器按照设置频率采集所述待测功率器件的电流瞬时值，如果系统是三相的，则检测三相电流瞬时值，如果系统是单相的，则检测单相电流瞬时值。这里，所述采集器的部件可以是电流互感器，也可以是霍尔传感器。这里，所述采集器的量程应该大于过载电流上限所对应的瞬时值。这里，所述采集器可以不必单独配置，可以共用整个功率系统的采集器。接下来通过所述有效值计算器根据电流的频率和瞬时值采集时的所述设置频率来计算出每个电流周期的采样点数，然后根据有效值的定义，即电流周期内所有电流的平方和的平方根来算出有效值。例如，电流频率为50Hz，电流瞬时值的设置采样频率为3000Hz，则每个电流周期内采集60个点，计算这60个点的平方和的平方根，得到所述待测功率器件的电流有效值。
所述处理模块62，用于根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量；基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流。
这里，所述根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，可以是所述电流有效值与所述过载门限值作差，当差值为正时，所述电流有效值对应的时间点为过载点。例如，所述电流有效值为360A，而所述过载门限值为350A，则差值为正，所述360A对应的时间点为过载点。这里，请再次参见图2，所述当前过载时间周期可以是时间轴上23以当前时间点22为起点之前的历史时间段21；也可以是以设置时间点为起点之前的历史时间段。这里，所述根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量，这里的属性参数可以是与时间相关的参数，如过载点产生的具体时间，属性参数是为了确定所述属性参数对应的过载点是否在所述当前过载时间周期内，在确定过载点在所述当前过载时间周期内之后，就能够知道在当前过载时间周期内的过载点的数量。
这里，所述设置阈值可以是与所述限流有效值的采样频率及额定过载时间对应的一个数值，例如，所述待测功率器件在过载周期600秒内的额定过载时间为60秒，如果电流有效值的采样频率为1次/秒，则所述设置阈值可以为60；这里，所述设置阈值也可以根据用户的需求设置。这里，所述调整所述待测功率器件的给定电流可以是将所述给定电流转换为所述待测功率器件的调制信号。
第三方面，本公开实施例还提供一种风电变流器，请参见图7，为本公开一实施例提供的一种风电变流器的机构示意图，所述风电变流器包括待测功率器件72和本公开实施例所述的过载保护装置71，所述待测功率器件72与所述的过载保护装置71电连接，所述给定电流用于控制所述待检测功率器件72。
这里，所述处理模块可以包括限流调节器和执行器，在所述限流调节器使能后，可以是所述限流调节器根据当前电流和给定电流的差异，通过反馈控制，将电流限制在适当的电流以下；当过载计数器超过阈值后，将电流限制在设置电流以下，例如，将电流限制在额定电流以下；当时间累加，当前过载周期内的过载点计数又小于阈值后，解除限流，允许运行在过载电流上限以下。所述限流调节器的输出可以是电压信号。过载电流门限和额定电流非常接近，但为了避免逻辑上的混乱，应将过载电流门限设置地略高于额定电流，中间留有一定余量。一般地，将过载电流门限设置为额定电流的1.1倍。执行器接收限流调节器的输出即所述电压信号，计算调制波，对功率器件进行调制，以使功率器件的实际电流按照控制器的要求。调制方法可以选择空间矢量调制(SVPWM)，或者是其他调制方法，如不连续调制(DPWM)。执行器需要快速地执行，以便能够调节电流，因此，将执行器的周期设置尽量短，本公开实施例中，将执行器周期和电流瞬时值采集频率设为一致。
第四方面，本公开实施例还提供一种如本公开任一实施例所述过载保护方法实现的功率器件的控制方法，请参见图8，为本公开一实施例提供的一种控制方法的流程示意图，所述方法包括：
步骤81，获取所述给定电流；这里，所述给定电流为调整后的给定电流，如采用本公开任一实施例所提供的过载保护方法得到的给定电流。
步骤82，计算所述给定电流和当前所述电流有效值数值的差值；
这里，可以是将功率环控制器的输出，即给定电流和当前电流有效值数值做差。
步骤83，将所述差值作为比例积分控制器的输入参数得到对应的输出参数，基于所述输出参数控制所述待测功率器件的工作。
将所述差值作为比例积分控制器的输入，比例积分控制器的输可以是dq坐标系下的电压信号，所述基于所述输出参数控制所述待测功率器件的工作，以IGBT为例，这里，可以是dq坐标系下的电压信号经过反Park变换，变换为2相静止坐标系下的电压信号。选择空间矢量调制算法，转换为三相6个IGBT桥臂的PWM调制信号，来控制IGBT的开通和关断。
在一些实施例中，请参见图9，所述基于所述输出参数控制所述待测功率器件的工作，包括：
步骤91，获取所述比例积分控制器输出的电压信号；
步骤92，将所述电压信号转换为PWM调制信号；
这里，可以是将dq坐标系下的电压信号经过反Park变换，变换为2相静止坐标系下的电压信号。
步骤93，通过所述PWM调制信号控制所述待测功率器件的工作。
这里，可以是选择空间矢量调制算法，转换为三相6个IGBT桥臂的PWM调制信号，来控制IGBT的开通和关断。
第五方面，本公开实施例还提供一种功率器件的控制装置，请参见图10，为本公开一实施例提供的一种功率器件的控制装置的结构示意图，所述控制装置包括限流调节器101和与所述限流调节器电连接的执行器102，其中，
所述限流调节器101，用于获取如本公开任一实施例所述过载保护方法中的给定电流；计算所述给定电流和当前所述电流有效值数值的差值；将所述差值作为比例积分控制器的输入参数得到对应的输出参数，
所述执行器102，用于基于所述输出参数控制所述待测功率器件的工作。
第六方面，本公开实施例还提供一种风电变流器，请参见图11，为本公开一实施例提供的一种风电变流器的结构示意图，所述风电变流器包括待测功率器件73、本公开实施例提供的所述过载保护装置71和本公开实施例提供的所述功率器件控制装置111，所述功率控制装置111分别与所述待测功率器件73和所述过载保护装置71电连接。
为了方便对本公开实施例的理解，本公开通过如下实施例进行示例性说明：
实施例1：
请参见图12，为本公开一实施例提供的一种网侧模块的结构示意图，以2.1MW双馈风电变流器网侧功率模块为例，所述网侧功率模块包括三绕组变压器121、主开关122、主接触器123、发电机124、LCL滤波器125、网侧待测功率器件126、转子侧待测功率器件127和控制装置128，所述主开关122和主接触器123串联后连接所述三绕组变压器121和所述发电机124；所述LCL滤波器125、网侧待测功率器件126和转子侧待测功率器件127串联后连接所述三绕组变压器121和所述发电机124；所述控制装置128与所述网侧待测功率器件126和转子侧待测功率器件127连接。所述风电变流器包括FUJI生产的IGBT，所述IGBT对应的单相额定电流为350A，过载电流门限是350A，过载电流上限是450A，允许每600s内过载60s。所述控制装置128包括过载保护装置和功率器件控制装置，所述过载保护装置包括采集模块和处理模块，请参见图13，所述采集模块包括采集器131和有效值计算器132，所述处理模块可以包括缓冲区135、滑窗区137、计数器136和处理器133，所述功率器件控制装置包括限流调节器和执行器134，这里，所述限流调节器共享所述处理器133；所述执行器134的硬件部分由IGBT驱动电路组成；所述采集模块包括800A的霍尔传感器。所述处理器使用TI公司生产的TMS320F28335型数字处理器(DSP)芯片，通过编写代码实现控制。请结合参见图14，所述控制过程包括如下步骤：
步骤a1：网侧模块通过采集器按照设置频率采集所述待测功率器件的电流瞬时值。电流频率为50Hz，所述设置频率为3000Hz。
步骤a2：有效值计算器根据电流的频率和瞬时值采集时的所述设置频率来计算出每个电流周期的采样点数，并计算出电流有效值。这里，每个电流周期内采集60个点，计算这60个点的平方和的平方根，得到网侧模块电流有效值。
步骤a3：判断电流有效值是否大于过载电流上限450A，若是，执行步骤a4；若否，执行a5。
步骤a4：限流调节器调节电流给定为过载电流门限值350A。
步骤a5：判断电流有效值是否大于过载电流门限值350A，当是时，执行a6；当否时，执行a9。
步骤a6：处理器确定过载点，将所述过载点对应的电流值、时间戳存入队列。
步骤a7：每确定一个过载点，队列尾指针加一，存储过载点信息，所述过载点信息包括对应的时间戳。
步骤a8：计数器加一。
步骤a9：判断计数器是否超过设置阈值；当是时，执行a10；当否时，执行a11。这里计数器统计的值为当前过载周期内的过载点的数量，所述当前过载周期为600s，计数周期为2ms，当前过载周期对应的计时计数器的从0开始计时，直到计数到与所述当前过载周期一致的数值300000即记满，然后再清零重新计时。
步骤a10：将给定电流调整为额定电流350A。
步骤a11：判断队列头过载点对应的时间戳是否等于当前时间戳，是时执行步骤a12，否时执行步骤a15。
步骤a12：将队首对应的过载点信息数据出列。
步骤a13：将队首指针加一。
步骤a14：计数器减一。
步骤a15：调整时间戳。
步骤a16：限流调节器调整给定电流输出；当过载计数器超过阈值60后，限流调节器将电流给定限制在额定电流350A；当计数器数值小于阈值60后，解除电流给定限制，允许运行在过载电流上限450A以下。限流调节器将功率环控制器的输出即电流给定和当前电流有效值数值做差，作为PI(比例积分)控制器的输入，PI控制器的输出是dq坐标系下的电压信号。
步骤a17：坐标变换；执行器每333微秒执行一次，将dq坐标系下的电压信号经过反Park变换，变换为2相静止坐标系下的电压信号
步骤a18：输出调制信号；选择空间矢量调制算法，转换为三相6个IGBT桥臂的PWM调制信号，来控制IGBT的开通和关断。
本公开实施例中，基于所述当前过载时间周期内所述过载数量与设置阈值的关系可以准确获知当前过载时间周期内所述待测功率器件是否过载，根据过载情况，调整所述待测功率器件的给定电流能够精准地对所述待测功率器件进行过载保护，对所述待测功率器件的过载保护及时、准确，具有很强的过载保护能力；过载点的相关数据会进行保存，方便统计分析。
实施例2：
步骤a1：网侧模块通过采集器按照设置频率采集所述待测功率器件的电流瞬时值。电流频率为50Hz，所述设置频率为3000Hz。
步骤a2：有效值计算器根据电流的频率和瞬时值采集时的所述设置频率来计算出每个电流周期的采样点数，并计算出电流有效值。这里，每个电流周期内采集60个点，计算这60个点的平方和的平方根，得到网侧模块电流有效值。
步骤a3：判断电流有效值是否大于过载电流上限450A，若是，执行步骤a4；若否，执行a5。
步骤a4：限流调节器调节电流给定为过载电流门限值450A。
步骤a5：判断电流有效值是否大于第一过载电流门限值350A。当是时执行a6；当否时执行a11。
步骤a6：处理器确定过载点，将所述过载点对应的电流值、时间戳存入队列。
步骤a7：每确定一个过载点，队列尾指针加一，存储过载点信息，所述过载点信息包括对应的时间戳。
步骤a8：第一计数器加一。
步骤a9：判断电流有效值是否超过第二过载电流门限值400A；当是时，执行a10；当否时，执行a11。
步骤a10：第二计数器加一。
步骤a11：判断第二计数器是否超过设置阈值D，当是时，执行a12；当否时，执行a13。
步骤a12：将给定电流调整为第二过载电流门限400A。
步骤a13：判断第一计数器是否超过设置阈值C，当是时，执行a14；当否时，执行a15。
步骤a14：将给定电流调整为额定电流350A。
步骤a15：判断队列头过载点对应的时间戳是否等于当前时间戳，是时执行步骤a16，否时执行步骤a21。
步骤a16：将队首对应的过载点信息数据出列。
步骤a17：将队首指针加一。
步骤a18：第一计数器减一。
步骤a19：判断电流有效值是否大于第二过载电流门限400A，是时执行步骤a20，否时执行步骤a21。
步骤a20：第二计数器减一。
步骤a21：调整时间戳。
步骤a22：限流调节器调整给定电流输出。
步骤a23：坐标变换；执行器每333微秒执行一次，将dq坐标系下的电压信号经过反Park变换，变换为2相静止坐标系下的电压信号。
步骤a24：输出调制信号；选择空间矢量调制算法，转换为三相6个IGBT桥臂的PWM调制信号，来控制IGBT的开通和关断。
本公开实施例中，分段进行过载保护，更精细地利用待测功率器件的过载能力，并检测和保护功率器件。上述实施例中，可以不设置缓存区，以节省空间。
以上所述，仅为本公开的较佳实施例而已，并非用于限定本公开的保护范围。凡在本公开的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本公开的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种过载保护方法，其特征在于，包括：
获取待测功率器件的电流有效值；
根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量，其中，所述属性参数包括：所述过载点对应的电流有效值和对应的时间戳；
基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流。
2.根据权利要求1所述的过载保护方法，其特征在于，所述获取待测功率器件的电流有效值，包括：
按照设置频率获取待测功率器件在电流周期内的电流瞬时值；
根据所述电流瞬时值，获得所述待测功率器件的电流有效值。
3.根据权利要求1所述的过载保护方法，其特征在于，所述根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，包括：
确定当前时间点对应的电流有效值大于所述过载电流门限值时，确定所述电流有效值对应的时间点为过载点。
4.根据权利要求1所述的过载保护方法，其特征在于，所述属性参数包括所述过载点对应的电流有效值和对应的时间戳，
所述根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量，包括：
启动计数器对当前过载时间周期内的所述过载点数量进行累计计数；
当所述过载点对应的属性参数表征所述过载点在所述当前过载时间周期内时，所述计数器增加设置值；
当所述过载点对应的属性参数表征所述过载点在所述当前过载时间周期之外时，所述计数器减少设置值。
5.根据权利要求1所述的过载保护方法，其特征在于，所述根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点之后，还包括：
通过数组队列根据过载点对应的时间点依序存储所述过载点对应的属性参数；其中，
所述属性参数包括所述过载点对应的电流有效值和对应的时间戳。
6.根据权利要求5所述的过载保护方法，其特征在于，所述通过数组队列根据过载点对应的时间点依序存储所述过载点对应的属性参数之后，还包括：
当所述过载点对应的属性参数表征所述过载点在所述当前过载时间周期之外时，将所述过载点对应的属性参数从所述数组队列中删除。
7.根据权利要求5所述的过载保护方法，其特征在于，所述数组队列包括队首指针和队尾指针，所述通过数组队列根据过载点对应的时间点依序存储所述过载点对应的属性参数，包括：
当有所述过载点对应的属性参数入数组队列时，所述队尾指针增加设置的步长值，所述队首指针不变；
当有所述过载点对应的属性参数出数组队列时，所述队首指针增加设置的步长值，所述队尾指针不变；
当所述队首指针或所述队尾指针大于设置指针值，所述队首指针和队尾指针恢复至指向初始位置。
8.根据权利要求1所述的过载保护方法，其特征在于，所述基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流，包括：
当所述过载时间周期内所述过载点数量大于设置阈值时，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于设置电流。
9.根据权利要求8所述的过载保护方法，其特征在于，所述过载时间周期包括至少一个过载时间段，每个所述过载时间段对应设置有设置阈值和设置电流，所述当所述过载时间周期内所述过载点数量大于设置阈值时，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于设置电流，包括：
当所述过载时间周期内任一所述过载时间段内所述过载点数量大于所述过载时间段对应的设置阈值时，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于所述过载时间段对应的所述设置电流。
10.根据权利要求1所述的过载保护方法，其特征在于，所述根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点之前，还包括：
当所述电流有效值大于过载电流上限值，调整所述待测功率器件当前的给定电流，使得所述给定电流不大于所述过载电流上限值。
11.一种过载保护装置，其特征在于，包括采集模块和处理模块，其中，
所述采集模块，用于获取待测功率器件的电流有效值；
所述处理模块，用于根据所述电流有效值与过载电流门限值的关系确定过载点，根据所述过载点对应的属性参数确定当前过载时间周期内的过载点数量，其中，所述属性参数包括：所述过载点对应的电流有效值和对应的时间戳；基于所述当前过载时间周期内所述过载点数量与设置阈值的关系，调整所述待测功率器件的给定电流。
12.一种风电变流器，其特征在于，所述风电变流器包括待测功率器件和权利要求11所述的过载保护装置，所述待测功率器件与所述的过载保护装置电连接，所述给定电流用于控制所述待测功率器件。
13.一种采用如权利要求1至10任一所述过载保护方法实现的功率器件的控制方法，其特征在于，包括：
获取所述给定电流；
计算所述给定电流和当前所述电流有效值数值的差值；
将所述差值作为比例积分控制器的输入参数得到对应的输出参数，基于所述输出参数控制所述待测功率器件的工作。
14.根据权利要求13所述的功率器件的控制方法，其特征在于，所述基于所述输出参数控制所述待测功率器件的工作，包括：
获取所述比例积分控制器输出的电压信号；
将所述电压信号转换为PWM调制信号；
通过所述PWM调制信号控制所述待测功率器件的工作。
15.一种功率器件的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括限流调节器和与所述限流调节器电连接的执行器，其中，
所述限流调节器，用于获取如权利要求1至10任一所述过载保护方法中的给定电流；计算所述给定电流和当前所述电流有效值数值的差值；将所述差值作为比例积分控制器的输入参数得到对应的输出参数，所述执行器，用于基于所述输出参数控制所述待测功率器件的工作。
16.一种风电变流器，其特征在于，包括待测功率器件、权利要求11所述的过载保护装置和如权利要求15所述功率器件的控制装置，所述功率器件的控制装置分别与所述待测功率器件和所述过载保护装置电连接。
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