CN114755599A - 三电平逆变器的故障检测方法及检测终端 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电源技术领域，提供了一种三电平逆变器的故障检测方法及检测终端，上述方法包括：关闭逆变器的输入电源；获取逆变器的输出电压信号，并确定输出电压信号是否为交流信号；若逆变器的输出电压信号是交流信号，则确定逆变器正常；若逆变器的输出电压信号不是交流信号，则确定逆变器故障。若关闭逆变器的输入电源，直流母线电容放电，若逆变器中的开关管存在异常，则无法输出交流波形。由此，本发明检测直流母线电容上的余电放电时的输出信号，确定开关管故障，检测方法简单，检测效果好。

Description

三电平逆变器的故障检测方法及检测终端

技术领域

本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种三电平逆变器的故障检测方法及检测终端。

背景技术

三电平逆变器耐压等级高，谐波含量小，体积小，效率高，在光伏发电系统中得到了广泛的应用。由于三电平逆变器中包含多个开关管，当某个开关管出现开路或短路时，逆变器出现异常，因此三电平逆变器故障的检测变的尤为重要。

现有技术中，通常需获取一定时间内的电压信号和电流信号，通过大量的数学计算确定故障，算法复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种三电平逆变器的故障检测方法及检测终端，以解决现有技术中三电平故障检测方法复杂的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种三电平逆变器的故障检测方法，逆变器包括：正直流母线电容及负直流母线电容；上述方法包括：

关闭逆变器的输入电源；

获取逆变器的输出电压信号，并确定输出电压信号是否为交流信号；

若逆变器的输出电压信号是交流信号，则确定逆变器正常；

若逆变器的输出电压信号不是交流信号，则确定逆变器故障。

本发明实施例的第二方面提供了一种三电平逆变器的故障检测装置，包括：

电源关闭模块，用于关闭逆变器的输入电源；

交流信号确定模块，用于获取逆变器的输出电压信号，并确定输出电压信号是否为交流信号；

第一判断模块，用于若逆变器的输出电压信号是交流信号，则确定逆变器正常；

第二判断模块，用于若逆变器的输出电压信号不是交流信号，则确定逆变器故障。

本发明实施例的第三方面提供了一种检测终端，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如本发明实施例第一方面提供的三电平逆变器的故障检测方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例第一方面提供的三电平逆变器的故障检测方法的步骤。

本发明实施例提供了一种三电平逆变器的故障检测方法及检测终端，上述方法包括：关闭逆变器的输入电源；获取逆变器的输出电压信号，并确定输出电压信号是否为交流信号；若逆变器的输出电压信号是交流信号，则确定逆变器正常；若逆变器的输出电压信号不是交流信号，则确定逆变器故障。关闭逆变器的输入电源，直流母线电容放电，若逆变器中的开关管存在异常，则无法输出交流波形。由此，本发明实施例关闭逆变器的输入电源，检测直流母线电容上的余电放电时的输出信号，根据输出电压信号的波形确定开关管故障，检测方法简单，检测效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种I型三电平逆变器的电路拓扑示意图；

图2是本发明实施例提供的一种三电平逆变器的故障检测方法的实现流程示意图；

图3是本发明实施例提供的三电平逆变器的故障检测装置的示意图；

图4是本发明实施例提供的检测终端的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了一种I型三电平逆变器的电路拓扑示意图。正直流母线电容C1及负直流母线电容C2连接在正负母线之间，PWM信号控制四个开关管(T1、T2、T3及T4)中的上桥臂开关管(T1和T2)和下桥臂开关管(T3和T4)交替导通，实现交流逆变输出。若其中某一个开关管短路或短路，则会造成逆变器故障，甚至影响整个电源系统的正常运行。

基于以上，参考图1及图2，本发明实施例提供了一种三电平逆变器的故障检测方法，上述逆变器包括：正直流母线电容C1及负直流母线电容C2；上述方法包括：

S101：关闭逆变器的输入电源；

S102：获取逆变器的输出电压信号，并确定输出电压信号是否为交流信号；

S103：若逆变器的输出电压信号是交流信号，则确定逆变器正常；

S104：若逆变器的输出电压信号不是交流信号，则确定逆变器故障。

本发明实施例中，以I型三电平为例，参考图1，逆变器接入输入电源开始工作后，正直流母线电容C1和负直流母线电容C2充电。若不断开输入电源，当存在开关管断路或短路故障时，器件存在爆炸的危险。而若断开输入电源，则正直流母线电容C1和负直流母线电容C2放电，仍然会有输出存在，且器件无爆炸风险。但若各个开关管(T1、T2、T3及T4)均正常，则输出交流电；若某个开关管短路或短路，则不能输出交流电。例如，当开关管T1断路时，正直流母线电容C1放电通路截止，不能输出正电压，负直流母线电容C2放电，仅输出负电压，不是交流电。

由此，本发明实施例中切断输入电源，保持开关管驱动信号不变，利用母线电容上的余电放电，根据输出电压信号确定逆变器故障，方法简单，效果好，可及时检测逆变器开关管故障。

同时，根据输出波形，也可粗略判定开关管故障类型。例如，参考图1，若T1断路或T2短路，则逆变器输出半波正弦电压；若T2开路或T1短路，则逆变器输出直流母线电压。由此，可根据逆变器输出波形，粗略判定开关管故障类型。

一些实施例中，S102可以包括：

S1021：获取逆变器的输出电压信号；

S1022：确定输出电压信号分别在至少一个交流周期内的最大值和最小值；

S1023：若各个交流周期内的最大值均大于预设电压值，且各个交流周期内的最小值均小于负的预设电压值，则确定输出电压信号为交流信号；其中，预设电压值为正值。

本发明实施例中，若在一个交流周期内，输出电压信号既存在正电压也存在负电压，且电压幅值均大于预设电压值，则可以确定输出电压信号为交流信号，方法简单有效。进一步的，为提高检测的准确性，可以选取多个交流周期，并分别确定各个交流周期是否均为交流信号，若各个交流周期均为交流信号，则可以说明输出电压信号为交流信号。多个交流周期重复验证，防止异常干扰信号影响判断，提高了检测的准确性。

一些实施例中，S1021可以包括：

1、从关闭逆变器的输入电源的时刻开始，获取逆变器在预设时长内的输出电压信号。

随着电容(正直流母线电容C1和负直流母线电容C2)放电，输出电压信号的幅值会越来越小，可能导致无法准确判定输出电压信号是否为交流信号，因此需在电容放电的初期进行检测。本发明实施例中，从关闭逆变器的输入电源的时刻开始，在预设时长内判定输出信号是否为交流信号，可有效提高交流信号判定的准确性。

基于以上，由于预设时长有限，因此上述各个交流周期之间可以存在交叉。例如，预设时长为3个交流周期，为选取得到4个交流周期重复验证，各个交流周期存在交叉。若逆变器的输出电压信号为交流信号，即使存在交叉，也不影响判断的准确性。

一些实施例中，预设时长可以为2～5个交流周期。

本发明实施例获取2～5个交流周期内的电压进行检测，既保证该段时间内可以截取至少一个完整的交流周期，又不会因电容放电时间过长影响检测的准确性。具体的，可根据实际应用需求设定预设时长。

一些实施例中，一个交流周期可以为20ms。

一些实施例中，预设电压值可以为100V。

例如在UPS系统中，一般直流母线电压为310V，保持开关管驱动信号不变，输出电压在2个交流周期内输出电压不会低于100V，由此将预设电压值设定为100V。具体的，也可根据实际应用需求设定预设电压值。

一些实施例中，上述逆变器可以为I型三电平逆变器或T型三电平逆变器。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上述实施例，参考图3，本发明实施例还提供了一种三电平逆变器的故障检测装置，包括：

电源关闭模块21，用于关闭逆变器的输入电源；

交流信号确定模块22，用于获取逆变器的输出电压信号，并确定输出电压信号是否为交流信号；

第一判断模块23，用于若逆变器的输出电压信号是交流信号，则确定逆变器正常；

第二判断模块24，用于若逆变器的输出电压信号不是交流信号，则确定逆变器故障。

一些实施例中，交流信号确定模块22可以包括：

电压信号获取单元221，用于获取逆变器的输出电压信号；

极值确定单元222，用于确定输出电压信号分别在至少一个交流周期内的最大值和最小值；

交流信号判断单元223，用于若各个交流周期内的最大值均大于预设电压值，且各个交流周期内的最小值均小于负的预设电压值，则确定输出电压信号为交流信号。

一些实施例中，电压信号获取单元221可以具体用于：从关闭逆变器的输入电源的时刻开始，获取逆变器在预设时长内的输出电压信号。

一些实施例中，预设时长可以为2～5个交流周期。

一些实施例中，一个交流周期可以为20ms。

一些实施例中，预设电压值可以为100V。

一些实施例中，上述逆变器可以为I型三电平逆变器或T型三电平逆变器

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将检测终端的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，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单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

图4是本发明一实施例提供的检测终端的示意框图。如图4所示，该实施例的检测终端4包括：一个或多个处理器40、存储器41以及存储在存储器41中并可在处理器40上运行的计算机程序42。处理器40执行计算机程序42时实现上述各个三电平逆变器的故障检测方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤S101至S104。或者，处理器40执行计算机程序42时实现上述三电平逆变器的故障检测装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块21至24的功能。

示例性地，计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器41中，并由处理器40执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序42在检测终端4中的执行过程。例如，计算机程序42可以被分割成电源关闭模块21、交流信号确定模块22、第一判断模块23及第二判断模块24。

电源关闭模块21，用于关闭逆变器的输入电源；

交流信号确定模块22，用于获取逆变器的输出电压信号，并确定输出电压信号是否为交流信号；

第一判断模块23，用于若逆变器的输出电压信号是交流信号，则确定逆变器正常；

第二判断模块24，用于若逆变器的输出电压信号不是交流信号，则确定逆变器故障。

其它模块或者单元在此不再赘述。

检测终端4包括但不仅限于处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是检测终端的一个示例，并不构成对检测终端4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如检测终端4还可以包括输入设备、输出设备、网络接入设备、总线等。

处理器40可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器41可以是检测终端的内部存储单元，例如检测终端的硬盘或内存。存储器41也可以是检测终端的外部存储设备，例如检测终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器41还可以既包括检测终端的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器41用于存储计算机程序42以及检测终端所需的其他程序和数据。存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的检测终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的检测终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，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单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三电平逆变器的故障检测方法，其特征在于，所述逆变器包括：正直流母线电容及负直流母线电容；所述方法包括：

关闭所述逆变器的输入电源；

获取所述逆变器的输出电压信号，并确定所述输出电压信号是否为交流信号；

若所述逆变器的输出电压信号是交流信号，则确定所述逆变器正常；

若所述逆变器的输出电压信号不是交流信号，则确定所述逆变器故障。

2.如权利要求1所述的三电平逆变器的故障检测方法，其特征在于，所述获取所述逆变器的输出电压信号，并确定所述输出电压信号是否为交流信号，包括：

获取所述逆变器的输出电压信号；

确定所述输出电压信号分别在至少一个交流周期内的最大值和最小值；

若各个交流周期内的最大值均大于预设电压值，且各个交流周期内的最小值均小于负的预设电压值，则确定所述输出电压信号为交流信号；

其中，所述预设电压值为正值。

3.如权利要求2所述的三电平逆变器的故障检测方法，其特征在于，所述获取所述逆变器的输出电压信号，包括：

从所述关闭所述逆变器的输入电源的时刻开始，获取所述逆变器在预设时长内的输出电压信号。

4.如权利要求3所述的三电平逆变器的故障检测方法，其特征在于，所述预设时长为2～5个交流周期。

5.如权利要求2所述的三电平逆变器的故障检测方法，其特征在于，所述一个交流周期为20ms。

6.如权利要求2所述的三电平逆变器的故障检测方法，其特征在于，所述预设电压值为100V。

7.如权利要求1至6任一项所述的三电平逆变器的故障检测方法，其特征在于，所述逆变器为I型三电平逆变器或T型三电平逆变器。

8.一种三电平逆变器的故障检测装置，其特征在于，包括：

电源关闭模块，用于关闭所述逆变器的输入电源；

交流信号确定模块，用于获取所述逆变器的输出电压信号，并确定所述输出电压信号是否为交流信号；

第一判断模块，用于若所述逆变器的输出电压信号是交流信号，则确定所述逆变器正常；

第二判断模块，用于若所述逆变器的输出电压信号不是交流信号，则确定所述逆变器故障。

9.一种检测终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述三电平逆变器的故障检测方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述三电平逆变器的故障检测方法的步骤。

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