CN112798869A - 一种单元串联型变流器的电容检测方法及系统 - Google Patents

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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
    • G01R27/2605—Measuring capacitance

Abstract

本发明公开了一种单元串联型变流器的电容检测方法及系统，该方法包括：获取功率单元的直流母线电压；在所述功率单元放电过程中，计算功率单元的直流母线电容放电时间；根据所述功率单元的直流母线电容的放电时间和所述功率单元的直流母线电压，获取所述功率单元的电容估算容量；所述功率单元的电容估算容量若小于所述功率单元的最小电容容量设定值，则输出报警信号；所述功率单元的电容估算容量若大于或等于所述功率单元的最小电容容量设定值，则不输出报警信号；本发明无需增加额外电容容量检测电路和传感器检测电路，能够实时检测功率单元电容是否失效，并能提供相应的报警信息，便于检修维护。

Description

一种单元串联型变流器的电容检测方法及系统
技术领域
本发明涉及变流器电容检测技术领域，具体涉及一种单元串联型变流器的电容检测方法及系统。
背景技术
随着电力电子设备的广泛应用，器件的可靠性对于设备的稳定运行具有很大的影响。电容作为电力电子设备中的关键器件，实时的实效检测对于设备的可靠运行和维护有着重要的意义，工业现场运维对单元串联型变流器的稳定性有一定的要求。当电容老化出现失效时，高压变频器的稳定运行将受到一定影响。实时监测并提供维护建议，对于变频器维护和检修都具有非常大的帮助。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单元串联型变流器的电容检测方法及系统，以解决现有技术中不能在线监测电容失效的问题。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供了一种单元串联型变流器的电容检测方法，包括如下步骤：
获取功率单元的直流母线电压；
在所述功率单元放电过程中，计算功率单元的直流母线电容放电时间；
根据所述功率单元的直流母线电容的放电时间和所述功率单元的直流母线电压，获取所述功率单元的电容估算容量；
所述功率单元的电容估算容量若小于所述功率单元的最小电容容量设定值，则输出报警信号；所述功率单元的电容估算容量若大于或等于所述功率单元的最小电容容量设定值，则不输出报警信号。
进一步地，所述获取所述功率单元的电容估算容量具体包括如下步骤：
当高压下电时，检测所述功率单元直流电压变化，当所述直流母线电压降低到放电完成阈值Udown时，获取所述功率单元直流母线电容的放电时间；
根据所述功率单元直流母线电压、放电电阻和电容等效内阻计算所述功率单元的直流母线电容的放电电流；
根据所述功率单元的直流母线电容的放电时间和放电电流获取所述功率单元的直流母线电容的估算容量。
进一步地，所述直流母线电容的估算容量Cmnx的计算公式为：
Cmnx＝Tmndrop×Uwork/(Rdrop+Rmnc)
其中，所述Tmndrop为功率单元直流母线电容的放电时间；Uwork为功率单元直流母线电压；Rdrop为功率单元直流母线放电电阻，Rmnc为功率单元电容等效内阻。
进一步地，所述直流母线电容的估算容量Cmnx的计算公式可等效为：Cmnx＝Tmndrop×Uwork/Rdrop。
本发明还提供了一种单元串联型变流器的电容检测系统，包括主控系统以及和所述主控系统通信连接的多个功率单元，
所述功率单元用于获取功率单元的直流母线电压；所述主控系统：
用于检测所述功率单元放电过程，计算每个功率单元的直流母线电容放电时间；
用于根据所述功率单元的直流母线电容的放电时间和所述功率单元的直流母线电压，获取所述功率单元的电容估算容量；
用于所述功率单元的电容估算容量若小于所述功率单元的最小电容容量设定值，则输出报警信号；所述功率单元的电容估算容量若大于或等于所述功率单元的最小电容容量设定值，则不输出报警信号。
进一步地，多个所述功率单元的输入端均和变压器的副边绕组相连接，多个所述功率单元的输出端串联后和负载相连。
进一步地，所述功率单元包括主回路以及和所述主回路相连的功率单元控制系统。
根据上述技术方案，本发明的实施例至少具有以下效果：通过检测方法获取功率单元中电容是否失效，无需增加额外电容容量检测电路和传感器检测电路，能够实时检测功率单元电容是否失效，并能提供相应的报警信息，便于检修维护。
附图说明
图1为本发明具体实施方式电容检测方法的流程图；
图2为本发明具体实施方式串联型变流器的功率单元拓扑图；
图3为本发明具体实施方式串联型变流器无功补偿的功率单元拓扑图；
图4为本发明具体实施方式串联型变流器拓扑图；
图5为本发明具体实施方式串联型变流器无功补偿拓扑图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
本发明公开了一种单元串联型变流器的电容检测系统，该系统包括多级功率单元以及和多级功率单元通信连接的主控系统。如图4和图5所示，该系统还包括变压器和负载，多级功率单元的输入部分连接至移相变压器的副边绕组，输出端串联在一起后，输出至电机或其它负载。
功率单元的拓扑图如图2和图3所示，功率单元包括主回路和功率单元控制系统，功率单元控制系统具有数据采集、脉冲管理、保护逻辑、通讯管理等功能，用于获取功率单元直流母线电压。主回路包括逆变电路和整流电路以及连接在整流电路和逆变电路之间的直流电容和放电电阻。
功率单元具备母线电压检测功能和温度检测功能，并能够将功率单元的故障上报。主控系统具备实时检测功率单元电压、温度等信息的能力。功率单元用于直流母线电压并将获取的直流母线电压传递至主控系统，主控系统用于检测所述功率单元放电过程，计算每个功率单元的直流母线电容放电时间；用于根据所述功率单元的直流母线电容的放电时间和所述功率单元的直流母线电压，获取所述功率单元的电容估算容量；用于所述功率单元的电容估算容量若小于所述功率单元的最小电容容量设定值，则输出报警信号；所述功率单元的电容估算容量若大于或等于所述功率单元的最小电容容量设定值，则不输出报警信号。
本发明还公开了一种单元串联型变流器的电容检测方法，方法流程图如图1所示，功率单元的功率拓扑图如2-3所示。该方法无需增加额外电容容量检测电路和传感器检测电路，能够实时检测功率单元电容是否失效，提供相应的报警信息，便于检修维护。
该方法的具体步骤如下：当高压下电，单元串联型高压变流器处于放电过程中，主控系统监控功率单元直流母线电压变化，当直流电容母线电压降低到放电完成阀值Udown时，分别记录每个功率单元对应的放电时间Tmndrop。考虑到功率单元电源供电影响，取值时放电完成阀值Udown高于10％。可以用式(1)计算第m相第n级直流侧电容的容量。
Cmnx＝Tmndrop×Imndrop (1)
Cmnx：第m相第n级直流母线电容的估算容量；
Tmndrop：第m相第n级直流母线电容的放电时间；
Imndrop：第m相第n级直流母线电容的放电电流。
放电电流对于第m相第n级功率单元可以用式(2)计算。
Imndrop＝Uwork/(Rdrop+Rmnc) (2)
Uwork：功率单元直流母线工作电压；
Rdrop：功率单元直流母线放电电阻；
Rmnc：第m相第n级功率单元电容等效内阻；
将式(2)带入式(1)，得到式(3)。从而估算出电容容量。
Cmnx＝Tmndrop×Uwork/(Rdrop+Rmnc) (3)
根据系统参数功率单元直流母线工作电压Uwork，放电电阻Rdrop，第m相第n级电容等效内阻Rmnc。
由于直流情况下电路稳定状态电容等效电阻接近无穷大(电容质量不同有微小漏电可忽略不计)，式(3)可简化为式(4)。
Cmnx＝Tmndrop×Uwork/Rdrop (4)
根据第m相第n级功率单元电容估算容量Cmnx与最小电容容量设定值Cmin进行比较，判断第m相第n级功率单元电容是否失效。
当Cmnx小于Cmin时，单元串联型高压变流器的主控系统将报警输出并给出第m相第n级功率单元电容失效报警信息显示于人机界面。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (7)

1.一种单元串联型变流器的电容检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取功率单元的直流母线电压；
在所述功率单元放电过程中，计算功率单元的直流母线电容放电时间；
根据所述功率单元的直流母线电容的放电时间和所述功率单元的直流母线电压，获取所述功率单元的电容估算容量；
所述功率单元的电容估算容量若小于所述功率单元的最小电容容量设定值，则输出报警信号；所述功率单元的电容估算容量若大于或等于所述功率单元的最小电容容量设定值，则不输出报警信号。
2.根据权利要求1所述的单元串联型变流器的电容检测方法，其特征在于，所述获取所述功率单元的电容估算容量具体包括如下步骤：
当高压下电时，检测所述功率单元直流电压变化，当所述直流母线电压降低到放电完成阈值Udown时，获取所述功率单元直流母线电容的放电时间；
根据所述功率单元直流母线电压、放电电阻和电容等效内阻计算所述功率单元的直流母线电容的放电电流；
根据所述功率单元的直流母线电容的放电时间和放电电流获取所述功率单元的直流母线电容的估算容量。
3.根据权利要求1所述的单元串联型变流器的电容检测方法，其特征在于，所述直流母线电容的估算容量Cmnx的计算公式为：
Cmnx＝Tmndrop×Uwork/(Rdrop+Rmnc)
其中，所述Tmndrop为功率单元直流母线电容的放电时间；Uwork为功率单元直流母线电压；Rdrop为功率单元直流母线放电电阻，Rmnc为功率单元电容等效内阻。
4.根据权利要求1所述的单元串联型变流器的电容检测方法，其特征在于，所述直流母线电容的估算容量Cmnx的计算公式可等效为：Cmnx＝Tmndrop×Uwork/Rdrop。
5.一种单元串联型变流器的电容检测系统，其特征在于，包括主控系统以及和所述主控系统通信连接的多个功率单元，
所述功率单元用于获取功率单元的直流母线电压；所述主控系统：
用于检测所述功率单元放电过程，计算每个功率单元的直流母线电容放电时间；
用于根据所述功率单元的直流母线电容的放电时间和所述功率单元的直流母线电压，获取所述功率单元的电容估算容量；
用于所述功率单元的电容估算容量若小于所述功率单元的最小电容容量设定值，则输出报警信号；所述功率单元的电容估算容量若大于或等于所述功率单元的最小电容容量设定值，则不输出报警信号。
6.根据权利要求5所述的单元串联型变流器的电容检测系统，其特征在于，多个所述功率单元的输入端均和变压器的副边绕组相连接，多个所述功率单元的输出端串联后和负载相连。
7.根据权利要求5所述的单元串联型变流器的电容检测系统，其特征在于，所述功率单元包括主回路以及和所述主回路相连的功率单元控制系统。
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