CN112710901A - 直流母线电容检测电路及方法 - Google Patents

直流母线电容检测电路及方法 Download PDF

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文熙凯
周党生
曾建友
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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
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Abstract

本申请公开一种直流母线电容检测电路及方法，所述方法包括：控制软启电路导通，以使得电网通过所述软启电路对逆变器直流侧的直流母线电容进行充电；在所述直流母线电容的电压达到预设电压值时，控制所述软启电路断开并计算所述直流母线电容的容值；根据计算的所述直流母线电容的容值以及预设容值，判断所述直流母线电容是否存在故障。本申请在软启时计算直流母线电容的容值，并判断直流母线电容是否存在故障；不需要额外检测电路，不需要现场拆卸电容进行检测从而影响系统正常运行，检测过程简单且准确性高。

Description

直流母线电容检测电路及方法
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种直流母线电容检测电路及方法。
背景技术
并网发电设备的主要结构为逆变器，逆变器由直流母线电容、功率开关器件、连接电感和控制电路构成，通过控制功率开关器件的导通关断将直流电压逆变为与电网同频同相的交流电。
直流母线电容主要负责电网和逆变器之间的能量流动，使直流电压维持在给定值附近，直流电压的稳定关系到整个系统的控制性能。而设备在长期运行中，受直流电压波动和谐波电流影响，电容的使用寿命将会降低甚至损坏，进而导致直流电压纹波增大，系统稳定性降低，严重时将导致系统瘫痪。
因此，有必要对直流母线电容的状态进行检测，在直流母线电容的容值超出预设范围时及时更换。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种直流母线电容检测电路及方法，以解决电力发电设备中直流母线电容失效导致系统故障的问题。
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，提供的一种直流母线电容检测方法，所述方法包括：
控制软启电路导通，以使得电网通过所述软启电路对逆变器直流侧的直流母线电容进行充电；
在所述直流母线电容的电压达到预设电压值时，控制所述软启电路断开并计算所述直流母线电容的容值；
根据计算的所述直流母线电容的容值以及预设容值，判断所述直流母线电容是否存在故障。
根据本申请的一个方面，提供的一种直流母线电容检测电路，包括软启电路、直流母线电容以及逆变器；所述软启电路的一端与电网连接，另一端与所述直流母线电容连接；所述逆变器的直流侧与所述直流母线电容连接，交流侧与所述电网连接；
所述直流母线电容检测电路还包括控制器；
所述控制器，用于控制所述软启电路导通，以使得所述电网通过所述软启电路对所述直流母线电容进行充电；在所述直流母线电容的电压达到预设电压值时，控制所述软启电路断开并计算所述直流母线电容的容值；根据计算的所述直流母线电容的容值以及预设容值，判断所述直流母线电容是否存在故障。
本申请实施例提供的直流母线电容检测电路及方法，在软启时计算直流母线电容的容值，并判断直流母线电容是否存在故障；不需要额外检测电路，不需要现场拆卸电容进行检测从而影响系统正常运行，检测过程简单且准确性高。
附图说明
图1为本申请实施例提供的第一种软启电路示意图；
图2为本申请实施例提供的第二种软启电路示意图；
图3为本申请实施例提供的第三种软启电路示意图；
图4为本申请实施例提供的第四种软启电路示意图；
图5为本申请实施例提供的充电电路等效示意图；
图6为本申请实施例提供的直流母线电容检测过程示意图；
图7为本申请实施例提供的直流母线电容检测方法示意图。
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。
实施例1：
如图1所示，本申请第一实施例提供一种直流母线电容检测电路，包括软启电路、直流母线电容(附图未示出)以及逆变器；所述软启电路的一端与电网连接，另一端与所述直流母线电容连接；所述逆变器的直流侧与所述直流母线电容连接，交流侧与所述电网连接。具体地，所述软启电路包括软启开关11、软启电阻12以及整流桥13，软启开关11包括开关K1、K2，软启电阻12包括电阻R1、R2，整流桥13包括二极管D1、D2、D3、D4。软启开关11闭合之后，所述软启电路导通，三相电网依次通过软启开关11、软启电阻12以及整流桥13对直流母线电容进行充电。
在该示例中，所述直流母线电容检测电路还包括控制器(附图未示出)；
所述控制器，用于控制所述软启电路导通(即控制软启开关11闭合)，以使得所述电网通过所述软启电路对所述直流母线电容进行充电；在所述直流母线电容的电压达到预设电压值时，控制所述软启电路断开(即控制软启开关11断开)并计算所述直流母线电容的容值；根据计算的所述直流母线电容的容值以及预设容值，判断所述直流母线电容是否存在故障。
在该示例中，所述直流母线电容检测电路还包括用于检测所述直流母线电容电压的电压检测电路；
所述控制器，还用于在软启电路导通时，通过所述电压检测电路获取所述直流母线电容的充电初始电压值；在软启电路断开时，通过所述电压检测电路获取所述直流母线电容的充电终止电压值。
在该示例中，所述直流母线电容检测电路还包括计时器；
所述控制器，还用于在软启电路导通时，控制所述计时器开始计时；在软启电路断开时，控制所述计时器停止计时并确定所述直流母线电容的充电时间。
所述计时器集成在所述控制器中或者独立于所述控制器。
所述控制器根据所述充电初始电压值、所述充电终止电压值以及所述充电时间，计算所述直流母线电容的容值。若计算的所述直流母线电容的容值与预设容值的差值在预设范围之内，则所述直流母线电容不存在故障；否则所述直流母线电容存在故障。若所述直流母线电容存在故障，则生成直流母线电容故障信号；若所述直流母线电容不存在故障，则控制所述逆变器启动。即逆变器将直流电压逆变为与电网同频同相的交流电。进一步地，逆变器与电网之间可连接有电感。
进一步地，所述直流母线电容检测电路还包括报警模块；
所述控制器，还用于若所述直流母线电容存在故障，则生成直流母线电容故障信号；所述直流母线电容故障信号用于控制所述报警模块发出报警信号。
请结合图5进行理解，在软启开关11闭合之后，所述软启电路导通，三相电网依次通过软启开关11、软启电阻12以及整流桥13对直流母线电容进行充电。图5为充电电路等效示意图，根据该示意图，可得到以下式子：
Figure BDA0002860237660000041
Figure BDA0002860237660000042
其中，E为充电电压，R为充电回路总电阻，C为直流母线电容容值，t为充电时间，Uo是直流母线电容电压。
由式(2)可得直流母线电容两端电压：
Figure BDA0002860237660000043
记充电初始电压值为Uo1，充电终止电压值为Uo2，由式(3)可得：
Uo1＝E+K 式(4)
Figure BDA0002860237660000044
由式(4)可得：
K＝(Uo1-E) 式(6)
结合上述式子，直流母线电容容值C为：
Figure BDA0002860237660000045
从式(7)可以看出，由充电电阻、充电时间、充电初始电压和充电终止电压就可以求出直流母线电容容值。
需要说明的是，上述方法并不限于图1中的软启电路。
如图2所示，软启电路包括软启开关21、软启电阻22以及整流桥23，软启开关21包括开关K1、K2，软启电阻22包括电阻R1、R2，整流桥23包括二极管D1、D2、D3、D4。软启开关21闭合之后，所述软启电路导通，三相电网依次通过软启开关21、整流桥23以及软启电阻22对直流母线电容进行充电。
如图3所示，软启电路包括软启开关31、软启电阻32以及整流桥33，软启开关31包括开关K1、K2、K3，软启电阻32包括电阻R1、R2、R3，整流桥33包括二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6。软启开关31闭合之后，所述软启电路导通，三相电网依次通过软启开关31、软启电阻32以及整流桥33对直流母线电容进行充电。
如图4所示，软启电路包括软启开关41、软启电阻42以及整流桥，软启开关41包括开关K1、K2、K3，软启电阻42包括电阻R1、R2、R3，整流桥、直流母线电容以及逆变器构成变流器。软启开关41闭合之后，所述软启电路导通，三相电网依次通过软启开关41、软启电阻42以及整流桥对直流母线电容进行充电。当软启结束时，可通过旁路开关K11、K12、K13对软启电路进行旁路。
以下结合图1、图6，对直流母线电容检测过程进行说明：
如图6所示，控制器初始化之后，采样电压电流信号以确定是否下发软启指令，若下发软启指令，则控制软启开关11闭合；否则继续采样电压电流信号。
在软启开关11闭合之后，所述软启电路导通，三相电网依次通过软启开关11、软启电阻12以及整流桥13对直流母线电容进行充电。此时，控制器通过电压检测电路获取所述直流母线电容的充电初始电压值，并对直流母线电容的充电时间开始计时。
在直流母线电容的电压充到给定值时，控制软启开关11断开(或者旁路)。此时，控制器可根据充电初始电压值、充电终止电压值以及充电时间，计算直流母线电容的容值。
若计算的所述直流母线电容的容值与预设容值的差值在预设范围之内，则所述直流母线电容不存在故障，并控制所述逆变器启动工作。否则所述直流母线电容存在故障，此时反馈直流母线电容故障信号，用于控制报警模块发出报警信号，提醒专业人员进行检修。
实施例2：
如图7所示，本申请第二实施例提供一种直流母线电容检测方法，所述方法包括步骤：
S11、控制软启电路导通，以使得电网通过所述软启电路对逆变器直流侧的直流母线电容进行充电；
S12、在所述直流母线电容的电压达到预设电压值时，控制所述软启电路断开并计算所述直流母线电容的容值；
S13、根据计算的所述直流母线电容的容值以及预设容值，判断所述直流母线电容是否存在故障。
进一步地，所述方法还包括：
在软启电路导通时，获取所述直流母线电容的充电初始电压值；
在软启电路断开时，获取所述直流母线电容的充电终止电压值并确定所述直流母线电容的充电时间。
进一步地，根据所述充电初始电压值、所述充电终止电压值以及所述充电时间，计算所述直流母线电容的容值。
进一步地，若计算的所述直流母线电容的容值与预设容值的差值在预设范围之内，则所述直流母线电容不存在故障；否则所述直流母线电容存在故障。
进一步地，若所述直流母线电容存在故障，则生成直流母线电容故障信号；若所述直流母线电容不存在故障，则控制所述逆变器启动。
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 (10)

1.一种直流母线电容检测方法，其特征在于，所述方法包括：
控制软启电路导通，以使得电网通过所述软启电路对逆变器直流侧的直流母线电容进行充电；
在所述直流母线电容的电压达到预设电压值时，控制所述软启电路断开并计算所述直流母线电容的容值；
根据计算的所述直流母线电容的容值以及预设容值，判断所述直流母线电容是否存在故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在软启电路导通时，获取所述直流母线电容的充电初始电压值；
在软启电路断开时，获取所述直流母线电容的充电终止电压值并确定所述直流母线电容的充电时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述充电初始电压值、所述充电终止电压值以及所述充电时间，计算所述直流母线电容的容值。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，若计算的所述直流母线电容的容值与预设容值的差值在预设范围之内，则所述直流母线电容不存在故障；否则所述直流母线电容存在故障。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，若所述直流母线电容存在故障，则生成直流母线电容故障信号；若所述直流母线电容不存在故障，则控制所述逆变器启动。
6.一种直流母线电容检测电路，包括软启电路、直流母线电容以及逆变器；所述软启电路的一端与电网连接，另一端与所述直流母线电容连接；所述逆变器的直流侧与所述直流母线电容连接，交流侧与所述电网连接；
其特征在于，所述直流母线电容检测电路还包括控制器；
所述控制器，用于控制所述软启电路导通，以使得所述电网通过所述软启电路对所述直流母线电容进行充电；在所述直流母线电容的电压达到预设电压值时，控制所述软启电路断开并计算所述直流母线电容的容值；根据计算的所述直流母线电容的容值以及预设容值，判断所述直流母线电容是否存在故障。
7.根据权利要求1所述的直流母线电容检测电路，其特征在于，所述直流母线电容检测电路还包括用于检测所述直流母线电容电压的电压检测电路；
所述控制器，还用于在软启电路导通时，通过所述电压检测电路获取所述直流母线电容的充电初始电压值；在软启电路断开时，通过所述电压检测电路获取所述直流母线电容的充电终止电压值。
8.根据权利要求7所述的直流母线电容检测电路，其特征在于，所述直流母线电容检测电路还包括计时器；
所述控制器，还用于在软启电路导通时，控制所述计时器开始计时；在软启电路断开时，控制所述计时器停止计时并确定所述直流母线电容的充电时间。
9.根据权利要求8所述的直流母线电容检测电路，其特征在于，所述计时器集成在所述控制器中或者独立于所述控制器。
10.根据权利要求7所述的直流母线电容检测电路，其特征在于，所述直流母线电容检测电路还包括报警模块；
所述控制器，还用于若所述直流母线电容存在故障，则生成直流母线电容故障信号；所述直流母线电容故障信号用于控制所述报警模块发出报警信号。
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