CN113629665A - 一种三相逆变电源短路自恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相逆变电源短路自恢复方法，运行过程中检测到短路发生时，逆变电源进入短路控制模式，并立刻封锁输出，电压降下来后，逆变电源重新以低电压给定启动，同时将电流环给定限幅值提升为短路电流设定值，电流以设定的短路电流进行输出，经过一段时间，当检测到短路点烧断或旁路时，逆变电源重新进入正常供电模式，并将电流环给定限幅值降为正常电流环给定限幅值，此后若仍在短路控制状态，则逆变电源停机，报短路故障。本发明提供了一种逆变电源应对短路故障时的策略，可保障逆变电源在短路时具备一定的自恢复能力，提高了系统的稳定性。

Description

一种三相逆变电源短路自恢复方法

技术领域

本发明属于逆变电源控制领域，具体涉及一种三相逆变电源短路自恢复方法，主要适用于对逆变电源短路电流有特定要求的场合。

背景技术

逆变电源是一种采用开关方式，从交流或直流输入得到稳压、稳频的交流输出的电能变换装置。随着功率开关器件的发展，逆变电源已经广泛地应用于电动车、电力设备、产业设备、交通车辆等领域中，其核心技术是逆变器技术，在系统节能化、高性能化、高功能化中，它已经成为不可缺少的技术。

随着三相逆变电源在各种场合得到广泛应用，对三相逆变电源本身的性能要求也更高。具体体现在：高可靠性，能够抗负载冲击以及较强的过载能力，在过载、短路时能够提供实时保护、限流的能力；稳态输出电压精度高；系统响应速度快并且稳定，面对负载扰动或者输入电压的扰动能够快速响应。因此三相逆变电源的控制技术显得尤其重要，随着数字芯片技术的快速发展，数字控制技术在电力电子装置中得到广泛的应用。

目前，最常用的三相逆变电源控制技术是采用双闭环调节，即外环为电压环，内环为电流环。

对电源来说，负载侧出现短路的情况是不可避免的。一旦出现短路，则输出电流瞬间飙升到极大的值，容易出现电流环失控，若应对不当，极易造成逆变电源功率模块损坏，严重的甚至引发爆炸、火灾等。目前尚无标准的针对短路情况的应对策略和控制算法，因此在短路时，通常采用完全关闭逆变电源的输出，直接报过流故障的方式。但对于一些特定场合，要求短路时采用大电流烧断短路点，或者使用大电流迫使短路处的空开断开，从而自动恢复正常供电，不能造成失电，这种要求连续供电的情况下，直接报故障切断供电的策略显然无法满足需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对一些特定场合要求三相逆变电源持续供电，即使发生短路，也要由电源采用受控的大电流烧断短路点，或者使用受控的大电流迫使短路处的空开断开，提供一种三相逆变电源短路自恢复方法，从而自动恢复正常供电，不造成失电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三相逆变电源短路自恢复方法，涉及的三相逆变电源采用内环电流控制和外环电压控制的双闭环控制，运行过程中检测到短路发生时，设定逆变电源进入短路控制状态，并立刻封锁输出；当电压降下来后，逆变电源重新以低电压给定启动，同时将电流环给定限幅值从正常电流环给定限幅值提升为短路电流设定值，电流以设定的短路电流进行输出；经过一段时间T_recover后，当检测到短路点烧断或旁路时，设定逆变电源重新进入正常供电模式，并将电流环给定限幅值从短路电流设定值降为正常电流环给定限幅值；若在T_recover时间后，仍在短路控制状态，则逆变电源停机，报短路故障。

进一步，其具体步骤如下：

步骤1，采用双闭环控制，电压外环和电流内环，同时设定电流环给定限幅值为I_limit，即在正常运行状态时，电流环给定值I_ref≤I_limit；

步骤2，预设I_threshold为进入短路控制状态的电流阈值，即短路控制状态启动的条件为瞬时电流I_t＞I_threshold；

步骤3，逆变电源正常运行时进行实时采样，检测输出电流，一旦检测到输出电流满足步骤2的条件，立刻进入短路控制流程，封锁功率器件的输出，并检测输出电压V_o；

步骤4，设定短路自恢复电压阈值为V_recover，步骤3封锁输出后，输出电压V_o开始下降，当输出电压V_o＜V_recover时，逆变电源重新以双闭环控制方式启动，预设I_short为进入短路控制状态后电流环给定限幅值，即短路控制状态启动后电流环给定值I_ref由正常运行时的I_ref≤I_limit变为I_ref≤I_short；

步骤5，设定逆变电源重新启动后自恢复时间限制为T_recover，并在逆变电源重启后检测输出电压和电流，若在T_recover时间输出电流连续N个周期持续满足I_t＜I_limit，则表明输出短路故障已经解除，逆变电源所有值均恢复到正常运行时的值，由短路控制状态进入正常运行状态，恢复供电；若在T_recover时间未能满足电源恢复条件，则逆变电源强制停机，报输出短路故障。

本发明的有益效果是：

本发明方法可在输出短路时，提供较大的短路电流，使得短路点熔断或迫使短路支路的空开强制断开，并在解除短路故障后自动恢复正常供电，无需人工干预；若短路故障无法强制解除，也可正确提示故障类型，而非范围广泛的过流故障；

本专利方法极大地提高了逆变电源的可靠性，同时也减小了故障排查的工作量，适用于需要稳定持续供电的场合。

附图说明

图1为本发明三相逆变电源的双闭环控制原理图；

图2为本发明自恢复方法的电流限幅和电压给定曲线；

图3为本发明三相逆变电源短路自恢复流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

随着电子技术的发展，逆变电源的功率器件通常都是IGBT组成，在遇到负载侧短路时，功率器件会受到瞬时的大电流冲击，其幅值通常会超出额定电流数倍以上，极易造成功率器件的损坏。因此，目前的逆变电源为了保障功率器件的安全，在遇到负载侧短路时，通常都直接以瞬时大电流作为判断依据，直接封锁输出并报过流故障，很少有进一步的供电自恢复策略。但有些应用场景下，对持续供电要求较高，需要逆变电源即使遇到故障也能持续供电的能力，本发明针对这种应用场景，提供了逆变电源短路故障自排除和供电自恢复的策略，极大地提高了系统的可靠性。

本发明提供的一种逆变电源短路自恢复方法，将逆变电源的运行状态分为正常运行状态和短路控制状态，在这两种状态下，控制方法均为双闭环控制，如图1所示。

正常运行状态和短路控制状态最主要不同点在于：

正常运行状态下电流环给定限幅值为I_limit，即电流环给定值I_ref≤I_limit；而短路控制状态下电流环给定限幅值为I_short，即电流环给定值I_ref≤I_short。I_short为一个较大的短路电流，用于排除短路故障点或迫使短路故障支路的空开断开，I_short需要根据实际情况设定。

正常运行时，电压环给定电压为V_set。预设I_threshold为进入短路控制状态的电流阈值，即逆变电源一旦检测到瞬时电流I_t＞I_threshold，则立刻进入短路控制流程，封锁功率器件的输出，并检测输出电压。此时由于输出端有支撑电容，因此输出电压并不会直接变为0，电容通过短路点快速放电，输出电压会快速跌落，但电压还在高位时重新启动逆变电源容易造成控制振荡甚至过流，因此需要设定短路自恢复电压阈值V_recover，经过T_{v_down}时间后，检测到输出电压V_o＜V_recover时，逆变电源重新以双闭环控制方式启动，此时给定电压V_set≤V_recover。

当逆变电源进入短路控制状态后，电流环的给定限幅值就不再为I_limit，需要根据实际的短路排除需求设定一个新的电流环给定限幅值I_short，即短路控制状态启动后I_ref由正常运行时的I_ref≤I_limit变为I_ref≤I_short，而由于短路的原因，电流环通常处于饱和状态，此时一般情况下I_ref=I_short，输出电流I_o=I_short。整个短路控制期间电压给定V_set和电流环给定限幅值曲线如图2所示。

通常造成短路的都是一些导线搭接的短路，逆变电源短路控制下输出的大电流I_short一般来讲足以在短时间内将其熔断，从而达到排除故障点的效果。对于一些应用场景下，每个用电支路通常都会配备空开，当该支路出现短路故障时，即使在无法熔断短路点，大电流也足以让空开跳闸，从而达到旁路短路点的效果。若以上两种情况都无法实现，既不能熔断故障点，也无法旁路故障点，则表明该短路已无法自恢复，必须人工干预。

在逆变电源短路控制时，还需时刻监测输出电流，判断短路故障是否已经排除，若一段时间T_recover内，逆变电源仍处于短路控制状态，则立刻停机，报短路故障。在T_recover时间段内，对电流进行检测判断，设定短路消失的条件为连续N个周期内输出电流I_t＜I_limit，且N个周期的时间必须小于T_recover。当T_recover时间检测到短路消失，则逆变电源重新恢复正常运行状态，所有限幅值都恢复到正常值。短路自恢复流程如图3所示。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何本领域技术人员在本发明的启示下都可以得出其它变形及改进的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种三相逆变电源短路自恢复方法，涉及的三相逆变电源采用内环电流控制和外环电压控制的双闭环控制，其特征在于：

运行过程中检测到短路发生时，逆变电源进入短路控制模式，并立刻封锁输出；

电压降下来后，逆变电源重新以低电压给定启动，同时将电流环给定限幅值提升为短路电流设定值，电流以设定的短路电流进行输出；

经过一段时间T_recover，当检测到短路点烧断或旁路时，逆变电源重新进入正常供电模式，并将电流环给定限幅值降为正常；

若在T_recover时间后，仍在短路控制状态，则逆变电源停机，报短路故障。

2.根据权利要求1所述的一种三相逆变电源短路自恢复方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1，设定电流环给定限幅值为I_limit，即在正常运行状态时，电流环给定值I_ref≤I_limit；

步骤2，预设I_threshold为进入短路控制状态的电流阈值，即短路控制状态启动的条件为瞬时电流I_t＞I_threshold；

步骤3，逆变电源正常运行时进行实时采样，一旦检测到输出电流满足步骤2的条件，立刻进入短路控制流程，封锁功率器件的输出，并检测输出电压V_o；

步骤4，设定短路自恢复电压阈值为V_recover，步骤3封锁输出后，输出电压V_o开始下降，当V_o＜V_recover时，逆变电源重新以双闭环控制方式启动，预设I_short为进入短路控制状态后电流环给定限幅值，即短路控制状态启动后电流环给定值I_ref由正常运行时的I_ref≤I_limit变为I_ref≤I_short；

步骤5，设定逆变电源重新启动后自恢复时间限制为T_recover，并在逆变电源重启后检测输出电压和电流，若在T_recover时间输出电流连续N个周期持续满足I_t＜I_limit，则表明输出短路故障已经解除，逆变电源所有值均恢复到正常运行时的值，由短路控制状态进入正常运行状态，恢复供电；若在T_recover时间未能满足电源恢复条件，则逆变电源强制停机，报输出短路故障。

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