CN112271700A - 母线电容的硬件保护装置、保护方法和一种用电电路 - Google Patents

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盛明强
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Abstract

本发明涉及一种母线电容的硬件保护装置、保护方法和一种用电电路，所述母线电容的硬件保护装置，包括：采样模块，用于分别采集上母线电容和下母线电容的电压；计算模块，用于计算上母线电容和下母线电容的电压差值；第一判断模块，用于判断所述电压差值是否在预设范围内，以得到第一判断结果；控制模块，用于根据所述第一判断结果控制直流接触器的工作状态。本发明所述母线电容的硬件保护装置通过在原有变流器的母线电容上使用运放搭建母线电容分压不均衡和母线电容过压的硬件保护电路，解决了以往软件保护不及时、软件计算错误等问题，能够实现当母线电容电压异常情况下快速断开直流接触器，从而保护设备及负载，提高设备的用电可靠性。

Description

母线电容的硬件保护装置、保护方法和一种用电电路
技术领域
本发明涉及电路保护技术领域，具体涉及一种母线电容的硬件保护装置、保护方法和一种用电电路。
背景技术
目前，光伏空调中三相变流器的主拓扑采用的是T型三电平。如图1所示，在三电平变流器中，光伏接入以后通过直流母线引出P、M、N三个点。其中P、N分别为光伏的正负极，M为光伏的中点电位，即UPM＝UMN。假设光伏输入的直流电压为Udc，那么理论上P、M点的电压UPM＝Udc/2，N、M点的电压UMN＝Udc/2。然而实际并非如此，由于两个母线电容的选择不可能完全相同、整流电路对母线电容充放电、一相端点接到了直流母线电容中点等原因，一旦流过两电容的电流不对称，那么M点的电位容易发生漂移，很难稳定在中点电位。
母线电压是否均衡影响着逆变器的输出，使加在负载上的电压产生偏移，形成不对称的三相电流。反过来，三相电流的不对称又会进一步造成母线电压的波动，使得变流器输出更受影响。当出现加减载等动态工况时，三相电流幅值和频率将会实时变化，使流经两个电容的电流不对称，从而拉大两电容电压均值之差。同时若光伏输出电压异常时易导致母线电容电压过压。因此容易导致电容爆炸、负载损坏、影响电网质量等问题。
现有技术是通过采集P、M和M、N两处的电压，将其传到DSP进行分析处理，然后仅通过DSP控制直流接触器通断，如图2所示。但由于采样电路输出的采样信号需要经过DSP芯片计算、处理才能控制直流接触器关断。因此其处理时间较长，响应速度较慢。同时由于极性电容所承受的电压波动范围很小，因此软件难以及时对电路或负载等进行有效的保护。此外，光伏无法并入时难以确定直流接触器是否闭合。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种母线电容的硬件保护装置、保护方法和一种用电电路。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种母线电容的硬件保护装置，包括：
采样模块，用于分别采集上母线电容和下母线电容的电压；
计算模块，用于计算上母线电容和下母线电容的电压差值；
第一判断模块，用于判断所述电压差值是否在预设范围内，以得到第一判断结果；
控制模块，用于根据所述第一判断结果控制直流接触器的工作状态。
可选的，所述采样模块包括：差分采样电路；
所述差分采样电路的输入端分别与上母线电容的两端和下母线电容的两端相连接；所述差分采样电路的两个输出端输出：上母线电容电压值和下母线电容电压值分别按相同采样比例缩小后的电压值。
可选的，所述计算模块包括：减法器；所述减法器用于对所述差分采样电路输出的电压进行硬件处理。
可选的，所述第一判断模块包括：双限比较器；
所述双限比较器的输入端与所述减法器的输出端相连接；所述预设范围是根据所述双限比较器的门限电压确定的。
可选的，所述硬件保护装置还包括：
第二判断模块，用于判断所述上母线电容电压和所述下母线电容电压是否发生过压，以得到第二判断结果；
所述控制模块还用于根据所述第一判断结果和所述第二判断结果，控制直流接触器的工作状态。
本发明还提供了一种母线电容的保护方法，包括：
分别采集上母线电容和下母线电容的电压；
计算上母线电容和下母线电容的电压差值；
判断所述电压差值是否在预设范围内，以得到第一判断结果；
根据所述第一判断结果控制直流接触器的工作状态。
可选的，所述保护方法还包括：
判断所述上母线电容电压和所述下母线电容电压是否发生过压，以得到第二判断结果；并根据所述第一判断结果和所述第二判断结果，控制直流接触器的工作状态。
可选的，所述保护方法还包括：
获取DSP控制信号；
根据所述DSP控制信号和所述第一判断结果，或者根据所述DSP控制信号、所述第一判断结果和所述第二判断结果，控制直流接触器的工作状态。
本发明还提供了一种用电电路，包括：
如前面任一项所述的硬件保护装置；以及，
直流接触器、母线电容、逆变电路和DSP控制板；
其中，所述直流接触器设置在所述母线电容与电源输入端之间，所述直流接触器还与所述硬件保护装置的输出端相连接，所述逆变电路的输入端与直流母线引出的三个点相连；所述硬件保护装置用于对所述母线电容的电压进行采集，并将采集到的电压进行硬件处理，然后结合所述DSP控制板的输出信号对所述直流接触器的工作状态进行控制。
可选的，所述将采集到的电压进行硬件处理，然后结合所述DSP控制板的输出信号对所述直流接触器的工作状态进行控制，包括：
根据前面所述的保护方法确定出第一判断结果和第二判断结果；
将所述第一判断结果、所述第二判断结果和所述DSP控制板的输出信号做逻辑运算，根据逻辑运算结果控制所述直流接触器的工作状态。
可选的，所述用电电路还包括：发光二极管；
所述发光二极管设置在所述硬件保护装置与所述直流接触器之间，用于显示所述直流接触器的工作状态。
本发明采用以上技术方案，所述母线电容的硬件保护装置，包括：采样模块，用于分别采集上母线电容和下母线电容的电压；计算模块，用于计算上母线电容和下母线电容的电压差值；第一判断模块，用于判断所述电压差值是否在预设范围内，以得到第一判断结果；控制模块，用于根据所述第一判断结果控制直流接触器的工作状态。本发明所述母线电容的硬件保护装置通过在原有变流器的母线电容上使用运放搭建母线电容分压不均衡和母线电容过压的硬件保护电路，解决了以往软件保护不及时、软件计算错误等问题，能够实现当母线电容电压异常情况下快速断开直流接触器，从而保护设备及负载，提高设备的用电可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是三相变流器的主拓扑结构图；
图2是变流器现有软件保护结构示意图；
图3是本发明一种母线电容的硬件保护装置实施例一提供的结构示意图；
图4是本发明一种母线电容的硬件保护装置实施例二提供的结构示意图；
图5是本发明一种母线电容的保护方法实施例一提供的流程示意图；
图6是本发明一种母线电容的保护方法实施例二提供的流程示意图；
图7是本发明一种用电电路一个实施例提供的结构示意图。
图中：1、硬件保护装置；11、采样模块；12、计算模块；13、第一判断模块；14、控制模块；15、第二判断模块；2、直流接触器；3、母线电容；4、逆变电路；5、DSP控制板；6、发光二极管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
图3是本发明一种母线电容的硬件保护装置实施例一提供的结构示意图。
如图3所示，本实施例所述的一种母线电容的硬件保护装置，包括：
采样模块11，用于分别采集上母线电容和下母线电容的电压；
计算模块12，用于计算上母线电容和下母线电容的电压差值；
第一判断模块13，用于判断所述电压差值是否在预设范围内，以得到第一判断结果；
控制模块14，用于根据所述第一判断结果控制直流接触器2的工作状态。
进一步的，所述采样模块11包括：差分采样电路；
所述差分采样电路的输入端分别与上母线电容的两端和下母线电容的两端相连接，即所述差分采样电路的输入端分别连接至P、M、N三个点；所述差分采样电路的两个输出端输出：上母线电容电压值和下母线电容电压值分别按相同采样比例缩小后的电压值。
进一步的，所述计算模块12包括：减法器；所述减法器用于对所述差分采样电路输出的电压进行硬件处理。
进一步的，所述第一判断模块13包括：双限比较器；
所述双限比较器的输入端与所述减法器的输出端相连接；所述预设范围是根据所述双限比较器的门限电压确定的。
图3中U1、U2为差分采样电路；U5为减法器；U6、U7为双限比较器。由于逆变电路4中有一相端点接至直流母线电容3的中点，势必会导致上下两母线电容持续充放电，存在直流母线电容3分压不均衡的风险。本实施例中假设上下母线电容3电压相差U2’以内则为电压分布均衡。其中R2＝R3，R5＝R6，其工作过程为差分采样电路通过差分放大器采集到P、M(UPM)点和N、M(UMN)点电压后，通过减法器求出UPM和UMN的差值，再通过一个双限比较器确定该差值是否在±V2(预设范围)之间，若在±V2之间则运放U6和U7输出高电平，否则输出低电平，其中，门限电压V2＝U2’*R2/R1。
运放U1、U2输出的值分别为VO1＝UPM*R2/R1和VO2＝UNM*R2/R1，经过减法器后的差值为VO12＝(UPM-UNM)*R2/R1，再与±V2进行比较，得到第一判断结果，即输出一个高或低电平信号。通过输出的这个高或低电平信号可以控制直流接触器2的工作状态。比如，当VO12在±V2之间时，第一判断结果为高电平信号，将输出的高电平信号与DSP控制信号进行逻辑与运算，再通过逻辑运算结果来控制直流接触器2的工作状态，当运算结果为1时，控制直流接触器2闭合或保持闭合状态，当运算结果为0时，控制直流接触器2断开或保持断开状态。
本实施例所述母线电容3的硬件保护装置通过在原有变流器的母线电容3上使用运放搭建母线电容3分压不均衡的硬件保护电路，解决了以往软件保护不及时、软件计算错误等问题，能够实现当母线电容3分压不均衡时快速断开直流接触器2，从而保护设备及负载。
图4是本发明一种母线电容的硬件保护装置实施例二提供的结构示意图。
如图4所示，本实施例所述的一种母线电容的硬件保护装置在实施例一的基础上，还包括：
第二判断模块15，用于判断所述上母线电容电压和所述下母线电容电压是否发生过压，以得到第二判断结果；
所述控制模块14还用于根据所述第一判断结果和所述第二判断结果，控制直流接触器2的工作状态。
进一步的，所述第二判断模块15包括：两个比较器。
进一步的，所述控制模块14为一个与逻辑门电路。
图4中，U1、U2、U5、U6和U7的工作原理与图3所示的实施例工作原理相同，在此不再赘述。
图4中，U3、U4为两个比较器，其目的是为了判断所述上母线电容电压和所述下母线电容电压是否发生过压，即判断上母线电容电压和下母线电容电压是否大于电容的耐压值。可通过如下方式实现：将差分采样电路的两个输出端分别与比较器U3、U4的一个输入端连接，其中U1的输出端连接U3的负向输入端，U2的输出端连接U4的正向输入端，U3的正向输入端和U4的负向输入端均连接基准电压V1，V1＝U1’*R2/R1，其中U1’为电容耐压值，将U1’按照采样比例缩小后得到V1。本实施例通过判断差分采样电路的输出值与V1的大小关系，就实现了判断UPM和UNM与电容耐压值U1’的大小关系。如果差分采样电路的输出值均小于V1，则输出两个高电平，第二判断结果为高电平信号；如果有某一个输出值大于V1，则对应的运放输出低电平，第二判断结果为低电平信号。将第一判断结果、第二判断结果与DSP控制信号进行逻辑与运算，再通过逻辑运算结果来控制直流接触器2的工作状态，当运算结果为1时，控制直流接触器2闭合或保持闭合状态，当运算结果为0时，控制直流接触器2断开或保持断开状态。
本实施例所述母线电容3的硬件保护装置通过在原有变流器的母线电容3上使用运放搭建母线电容3分压不均衡和母线电容3过压的硬件保护电路，解决了以往软件保护不及时、软件计算错误等问题，能够实现当母线电容3分压不均衡或当母线电容3过压时快速断开直流接触器2，从而快速保护设备及负载，提高设备的用电可靠性；此外，该硬件保护装置采用运放和逻辑电路搭建保护电路，成本低廉，来源广泛。
图5是本发明一种母线电容的保护方法实施例一提供的流程示意图。
如图5所示，本实施例所述的一种母线电容的保护方法，包括：
S51：分别采集上母线电容和下母线电容的电压；
S52：计算上母线电容和下母线电容的电压差值；
S53：判断所述电压差值是否在预设范围内，以得到第一判断结果；
S54：获取DSP控制信号；
S55：根据所述DSP控制信号和所述第一判断结果，控制直流接触器的工作状态。
本实施例所述一种母线电容的保护方法的工作原理与图3所述的一种母线电容的硬件保护装置的工作原理相同，在此不再赘述。
图6是本发明一种母线电容的保护方法实施例二提供的流程示意图。
如图6所示，本实施例所述的一种母线电容的保护方法，包括：
S61：分别采集上母线电容和下母线电容的电压；
S62：计算上母线电容和下母线电容的电压差值；
S63：判断所述电压差值是否在预设范围内，以得到第一判断结果；
S64：判断所述上母线电容电压和所述下母线电容电压是否发生过压，以得到第二判断结果；
S65：获取DSP控制信号；
S66：根据所述DSP控制信号、所述第一判断结果和所述第二判断结果，控制直流接触器的工作状态。
本实施例所述一种母线电容的保护方法的工作原理与图4所述的一种母线电容的硬件保护装置的工作原理相同，在此不再赘述。
图7是本发明一种用电电路一个实施例提供的结构示意图。
如图7所示，本实施例所述的一种用电电路，包括：
如前面所述的硬件保护装置1；以及，
直流接触器2、母线电容3、逆变电路4和DSP控制板5；
其中，所述直流接触器2设置在所述母线电容3与电源输入端之间，所述直流接触器2还与所述硬件保护装置1的输出端相连接，所述逆变电路4的输入端与直流母线引出的三个点相连；所述硬件保护装置1用于对所述母线电容3的电压进行采集，并将采集到的电压进行硬件处理，然后结合所述DSP控制板5的输出信号对所述直流接触器2的工作状态进行控制。
进一步的，所述将采集到的电压进行硬件处理，然后结合所述DSP控制板5的输出信号对所述直流接触器2的工作状态进行控制，包括：
根据前文所述的保护方法确定出第一判断结果和第二判断结果；
将所述第一判断结果、所述第二判断结果和所述DSP控制板5的输出信号做逻辑运算，根据逻辑运算结果控制所述直流接触器2的工作状态。
进一步的，所述用电电路还包括：发光二极管6；
所述发光二极管6设置在所述硬件保护装置1与所述直流接触器2之间，用于显示所述直流接触器2的工作状态。
本实施例所述的用电电路进行母线电容分压不均衡保护的工作原理请参见上文图3的相关说明，所述的用电电路进行母线电容过压保护的工作原理请参见上文图4的相关说明。
所述硬件保护装置1通过对各个部分输出的电平信号进行与运算，主要包括一个母线电容分压不均衡保护电路输出的电平信号，两个母线电容过压保护电路输出的电平信号以及一个DSP控制信号。此处若4个信号均为高电平，即母线电容3分压均匀且均无过压时，逻辑与运算输出高电平，直流接触器2闭合或保持闭合；反之，若有任何一个信号为低电平，则直流接触器2断开或不闭合。
本实施例所述的用电电路在所述硬件保护装置1与所述直流接触器2之间上增加了一个发光二极管6，若满足直流接触器2闭合条件时，发光二极管6会点亮，此时可以通过二极管是否发光来判断直流接触器2是否在工作；在发生其他故障导致电路异常等，可通过二极管是否发光来判断直流接触器2是否异常。
本实施例通过所述硬件保护装置1从硬件方面设计解决了母线电容分压不均衡和母线电容过压的问题，解决了以往软件保护不及时、软件计算错误等问题，能够实现当母线电容分压不均衡或当母线电容过压时快速断开直流接触器，从而快速保护设备及负载，提高设备的用电可靠性；该硬件保护装置1采用运放和逻辑电路搭建保护电路，成本低廉，来源广泛；此外，通过增设发光二极管6，来判断直流接触器2的工作状态，解决了变流器出现其他故障时，无法确定直流接触器2是否闭合的问题，既方便排除故障也降低了安全隐患。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种母线电容的硬件保护装置，其特征在于，包括：
采样模块，用于分别采集上母线电容和下母线电容的电压；
计算模块，用于计算上母线电容和下母线电容的电压差值；
第一判断模块，用于判断所述电压差值是否在预设范围内，以得到第一判断结果；
控制模块，用于根据所述第一判断结果控制直流接触器的工作状态。
2.根据权利要求1所述的硬件保护装置，其特征在于，所述采样模块包括：差分采样电路；
所述差分采样电路的输入端分别与上母线电容的两端和下母线电容的两端相连接；所述差分采样电路的两个输出端输出：上母线电容电压值和下母线电容电压值分别按相同采样比例缩小后的电压值。
3.根据权利要求2所述的硬件保护装置，其特征在于，所述计算模块包括：减法器；所述减法器用于对所述差分采样电路输出的电压进行硬件处理。
4.根据权利要求3所述的硬件保护装置，其特征在于，所述第一判断模块包括：双限比较器；
所述双限比较器的输入端与所述减法器的输出端相连接；所述预设范围是根据所述双限比较器的门限电压确定的。
5.根据权利要求1至4任一项所述的硬件保护装置，其特征在于，还包括：
第二判断模块，用于判断所述上母线电容电压和所述下母线电容电压是否发生过压，以得到第二判断结果；
所述控制模块还用于根据所述第一判断结果和所述第二判断结果，控制直流接触器的工作状态。
6.一种母线电容的保护方法，其特征在于，包括：
分别采集上母线电容和下母线电容的电压；
计算上母线电容和下母线电容的电压差值；
判断所述电压差值是否在预设范围内，以得到第一判断结果；
根据所述第一判断结果控制直流接触器的工作状态。
7.根据权利要求6所述的保护方法，其特征在于，还包括：
判断所述上母线电容电压和所述下母线电容电压是否发生过压，以得到第二判断结果；并根据所述第一判断结果和所述第二判断结果，控制直流接触器的工作状态。
8.根据权利要求6或7所述的保护方法，其特征在于，还包括：
获取DSP控制信号；
根据所述DSP控制信号和所述第一判断结果，或者根据所述DSP控制信号、所述第一判断结果和所述第二判断结果，控制直流接触器的工作状态。
9.一种用电电路，其特征在于，包括：
如权利要求1至5任一项所述的硬件保护装置；以及，
直流接触器、母线电容、逆变电路和DSP控制板；
其中，所述直流接触器设置在所述母线电容与电源输入端之间，所述直流接触器还与所述硬件保护装置的输出端相连接，所述逆变电路的输入端与直流母线引出的三个点相连；所述硬件保护装置用于对所述母线电容的电压进行采集，并将采集到的电压进行硬件处理，然后结合所述DSP控制板的输出信号对所述直流接触器的工作状态进行控制。
10.根据权利要求9所述的用电电路，其特征在于，所述将采集到的电压进行硬件处理，然后结合所述DSP控制板的输出信号对所述直流接触器的工作状态进行控制，包括：
根据权利要求7所述的保护方法确定出第一判断结果和第二判断结果；
将所述第一判断结果、所述第二判断结果和所述DSP控制板的输出信号做逻辑运算，根据逻辑运算结果控制所述直流接触器的工作状态。
11.根据权利要求9或10所述的用电电路，其特征在于，还包括：发光二极管；
所述发光二极管设置在所述硬件保护装置与所述直流接触器之间，用于显示所述直流接触器的工作状态。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022237674A1 (zh) * 2021-05-12 2022-11-17 佛山市顺德区美的电子科技有限公司 一种控制方法、设备、系统及存储介质

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