CN118157502A - 一种功率变换器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本实施例提供了一种功率变换器及检测方法。功率变换器包括逆变电路、滤波电容和与逆变电路的三相逆变桥臂和N线一一对应的多个第一开关。每个滤波电容一端与第一相逆变桥臂连接，另一端与N线连接。三相逆变桥臂中的第一相逆变桥臂在与滤波电容和对应的第一开关连接后与电网连接。N线在与滤波电容和对应的第一开关连接后与交流受电设备连接。通过控制第一相逆变桥臂和N线对应的第一开关闭合，在N线与电网的连接状态不同的情况下，第一相的相电压具有不同的电压变化。此时，基于第一相和其他两相输出的相电压的幅值之差，可以确定N线是否与电网断开连接。本实施例在降低器件成本的基础上实现对N线连接状态高精度检测。

Description

一种功率变换器及检测方法

技术领域

本申请涉及供电处理技术领域，尤其涉及一种功率变换器及检测方法。

背景技术

在光伏供电、储能供电等领域中，需要通过功率变换器将光伏组件或储能模块的直流电(DC)转化为交流电(AC)传输给电网。为了实现DC/AC的转换功能，这种功率变换器中需要集成有逆变电路。逆变电路通常采用三相逆变桥臂的电路设计，但是在为不平衡负载供电的场景中，要求逆变电路具备N线带载能力以便进行不平衡控制，此时，一般会增加N线，通过N线实现将逆变电路中的电流引回电源，从而保证功率变换器的安全性和稳定性。当N线与电网之间断开连接时，即N线脱落时，逆变电路中的电流无法正常回流。这会导致逆变电路中的电压升高，造成功率变换器的电路板损坏，这会对功率变换器或者人体造成危害。

一种现有的解决方案为：在功率变换器的三相输出的每一相和N线之间对应搭接不同阻值的拉偏电阻，通过拉偏电阻拉偏三相电压，通过三相电压之间的变化可以确定N线是否脱落。但在这种方案下，需要设置多个电阻来辅助实现耦合电线是否脱落的检测，器件成本较大，且检测精度受其他因素影响较大。

发明内容

本申请实施例提供一种功率变换器及检测方法，在降低了器件成本的基础上实现了对N线是否脱落的高精度检测。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种功率变换器，该功率变换器包括母线电容、逆变电路、滤波电路、开关组件和控制电路。逆变电路的输入端用于连接正直流母线和负直流母线，正直流母线和负直流母线用于连接直流电源。母线电容连接于正直流母线和负直流母线之间。逆变电路包括三相逆变桥臂和N线，N线与母线电容的中点连接。逆变电路通过滤波电路连接开关组件。滤波电路包括三个滤波电容，每个滤波电容连接在对应的一相逆变桥臂的输出端和N线之间。开关组件位于滤波电路和电网之间，包括多个第一开关，多个第一开关分别与三相逆变桥臂和N线一一对应连接。控制电路用于：在功率变换器启动过程中，控制目标开关闭合。目标开关包括三相逆变桥臂中的第一相逆变桥臂对应的第一开关以及N线对应的第一开关。第一相逆变桥臂为三相逆变桥臂中的任一相逆变桥臂。当获取到功率变换器的第一相输出的相电压与其他两相输出的相电压的幅值的差值大于或等于第一阈值，则发出告警信息，以提示N线与电网的连接断开，或，控制功率变换器关机。其中，功率变换器的第一相输出为第一相逆变桥臂经滤波电路后的输出，其他两相输出为其他两相逆变桥臂经滤波电路后的输出。三相逆变桥臂的输出端则为在经过滤波电路之前的桥臂输出端。

相电压的幅值一般可以指相电压的有效值或者控制周期内的峰值。由于在正常情况下，功率变换器的三相输出的相电压除相位之间互相差60°外，幅值一般是一样的，因此，这里的第一相输出的相电压与其他两相输出的相电压的幅值的差值大于或等于第一阈值，可以理解为第一相输出的相电压与其他两相中任一相输出的相电压的幅值的差值大于或等于第一阈值，或者第一相输出的相电压分别与其他两相输出的相电压的幅值的差值均大于或等于第一阈值。

在传统的功率变换器设计中，会在逆变电路的交流输出侧设计用于进行交流滤波处理的滤波电路，以及，在逆变电路的交流输出侧和电网之间设计开关组件以保证功率变换器的工作安全性。在本申请实施例中，在功率变换器上电启动过程中，可以控制已有的开关组件的目标开关(例如与三相逆变桥臂和N线一一对应连接的第一开关)闭合，在N线与电网未断开连接时，目标开关的闭合可以使得第一相逆变桥臂及对应的滤波电容、电网和N线之间形成回路。当第一相逆变桥臂、第一相逆变桥臂所对应的滤波电容、电网和N线形成回路时，该滤波电容会拉偏功率变换器的第一相输出的相电压(第一相输出的相电压是第一相逆变桥臂经滤波电路后的输出的相电压)。因此，当N线并未与电网断开连接时，回路可以正常形成，此时的滤波电容作为滤波电路的一部分，可以正常实现滤波的功能，且不会对第一相输出的相电压造成影响，使得三相电压保持相对均衡。当N线与电网断开连接时，目标开关的闭合无法使得第一相逆变桥臂及对应的滤波电容、电网和N线之间形成回路，此时，滤波电容无法作为正常的滤波器件，而是作为拉偏器件使得第一相输出的相电压被拉偏，此时第一相输出的相电压明显差异于其他两相输出的相电压。因此，控制电路可以基于第一相输出的相电压与其他两相输出的相电压的差值是否大于或等于预设的第一阈值，实现对N线是否与电网断开连接的检测。在检测到N线断开连接后，可以输出告警信息，也可以控制功率变换器关机。在上述检测方法中，不需要额外设置用于拉偏相电压的拉偏器件，节约了器件成本。同时，滤波电容作为拉偏器件时，其拉偏能力不会受到滤波电路中其他器件的影响，在拉偏能力保持稳定的基础上，实际情况下的拉偏后的相电压趋于理想情况下的拉偏后的相电压，而预设的第一阈值的取值与理想情况下的拉偏后的相电压相关，因此，本申请实施例可以在降低成本的基础上提高检测的精度。

示例性地，直流电源可以为光伏发电设备(例如光伏阵列)、风力发电设备、水力发电设备、储能装置等。

示例性地，功率变变换器启动是指：功率变换器接入设备工作电源后上电开机启动。在功率变换器开机启动的过程中，其内的控制电路也会上电。在控制电路上电后，会有一个自检过程，可以对功率变换装置的各项工作状态信息进行检测，以保证功率变换装置的工作稳定性和安全性。例如，执行N线是否与电网断开连接的检测。这样才能进行后续直流/交流变换电路的工作。本申请所涉及的功率变换装置启动过程中，即为功率变换装置在上电后进行自检的这一过程。

在一些可能的实施方式中，开关组件还包括多个第二开关，多个第二开关与多个第一开关一一对应串联，三相逆变桥臂和N线分别用于通过一一对应的第一开关和第二开关连接电网，每个第一开关位于滤波电路和对应的第二开关之间；目标开关还包括多个第二开关。控制目标开关闭合，包括：先控制多个第二开关闭合，再控制第一相逆变桥臂对应的第一开关以及N线对应的第一开关闭合。在本申请实施例中，为了保证功率转换器的工作安全性，可以设置多级开关进行保护。例如，以功率变换器为逆变器为例，第一开关可以为逆变器中靠近逆变电路侧的继电器，第二开关可以为逆变器中靠近电网侧的继电器等。当开关组件中包括多级组件时，可以先闭合电网侧的开关，再闭合逆变侧的开关。

在一个示例中，在控制对应的第一开关闭合时，还可以先控制第一相逆变桥臂对应的第一开关，再控制N线对应的第一开关闭合，以提高检测的安全性等。

在一些可能的实施方式中，控制电路还用于：在控制目标开关闭合之前，控制逆变电路开环发波。在控制目标开关闭合之后，控制逆变电路停止开环发波。在本申请实施例中，通过闭合目标开关前控制逆变电路开环发波，在闭合目标开关后控制逆变电路停止开环发波，可以使得逆变电路只在一小段时间内进行发波，最终发波信号的大小可以满足检测所需，并且不会因为发波信号过大而导致检测的安全性问题。

在一些可能的实施方式中，控制电路还用于：在获取功率变换器的第一相输出的相电压之前，检测目标开关是否闭合。在本申请实施例中，在获取相电压进行最终的检测之前，还可以再验证目标开关是否闭合。在验证确定目标开关已经闭合后，再进行最后的检测确认处理。通过设置再验证的操作，可以提高检测处理的安全性，避免目标开关全部或部分未闭合的情况下进行检测而带来的安全性问题。

示例性地，功率变换器还包括采样电路；采样电路分别与开关组件和控制电路连接。采样电路用于：获取目标开关中每一开关的两端电压。控制电路具体用于：对于目标开关中的任一开关的两端电压之差小于预设阈值时，确定开关闭合。在本申请实施例中，通常会在功率变换器中设置采样电路，基于采样电路对功率变换器中各个电路部件的工作状态等进行检测。基于采样电路对目标开关中每一开关的输入电压和输出电压进行采样获取。控制电路可以基于采样电路获取到的电压信息判断相应的开关是否闭合。当某一开关闭合后，电信号可以正常流通，此时，开关的输入和输出电压差值较小。当某一开关关断时，电信号无法正常流通，此时，开关的输入端的电压会明显大于开关的输出端的电压。因此，当某一开关的输入电压和输出电压之差小于预设阈值时，控制电路可以验证确认该开关已闭合。

在一些可能的实施方式中，控制电路还用于：在确定N线与电网的连接断开后，控制目标开关关断。在本申请实施例中，当检测完毕，确认N线与电网的连接断开后，代表N线的脱落使得功率变换器存在一点的安全隐患。因在先为了进行检测处理，已控制目标开关闭合。为了功率变换器的安全性，还可以控制目标开关关断，以保证器件和工作人员的人身安全。

第二方面，本申请实施例还提供了一种检测方法，该检测方法应用于功率变换器，功率变换器包括母线电容、逆变电路、滤波电路、开关组件和控制电路。其中，逆变电路的输入端用于连接正直流母线和负直流母线，正直流母线和负直流母线用于连接直流电源。母线电容连接于正直流母线和负直流母线之间。逆变电路包括三相逆变桥臂和N线，N线与母线电容的中点连接。逆变电路通过滤波电路连接开关组件。滤波电路包括三个滤波电容，每个滤波电容连接在对应的一相逆变桥臂的输出端和N线之间。开关组件位于滤波电路和电网之间，包括多个第一开关，多个第一开关分别与三相逆变桥臂和N线一一对应连接。方法包括：在功率变换器上电启动过程中，控制目标开关闭合。目标开关包括三相逆变桥臂中的第一相逆变桥臂对应的第一开关以及N线对应的第一开关。第一相逆变桥臂为三相逆变桥臂中的任一相逆变桥臂。当获取到功率变换器的第一相输出的相电压与其他两相输出的相电压的幅值的差值大于或等于第一阈值，则发出告警信息，以提示N线与电网的连接断开，或，控制功率变换器关机。其中，功率变换器的第一相输出为第一相逆变桥臂经滤波电路后的输出，其他两相输出为其他两相逆变桥臂经滤波电路后的输出。

在一些可能的实施方式中，开关组件还包括多个第二开关，多个第二开关与多个第一开关一一对应串联，三相逆变桥臂和N线分别用于通过一一对应的第一开关和第二开关连接电网，每个第一开关位于滤波电路和对应的第二开关之间。目标开关还包括多个第二开关；控制目标开关闭合，包括：先控制多个第二开关闭合，再控制第一相逆变桥臂对应的第一开关以及N线对应的第一开关闭合。

在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在控制目标开关闭合之前，控制逆变电路开环发波。在控制目标开关闭合之后，控制逆变电路停止开环发波。

在一些可能的实施方式中，方法还包括：在获取三相逆变桥臂对应的相电压之前，检测目标开关是否闭合。

在一些可能的实施方式中，功率变换器还包括采样电路。采样电路与开关组件连接。上述检测目标开关是否闭合，包括：基于采样电路采样获取目标开关中每一开关的两端电压。对于目标开关中的任一开关的两端电压之差小于预设阈值时，确定开关闭合。

在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在确定N线与电网的连接断开后，控制目标开关关断。

关于上述第二方面的技术原理和有益效果，可以参考上述第一方面的相关描述，在此不再赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种光伏系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种不间断电源供电系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种功率变换器的结构示意图一；

图4为本申请实施例提供的一种现有技术的功率变换器的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种现有技术的N线与电网断开连接前后对应的相电压随时间变化的示意图；

图6为本申请实施例提供的一种功率变换器的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的又一种功率变换器的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的又一种功率变换器的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种检测方法的流程示意图；

图10为本申请实施例提供的一种控制功率变换器的目标开关闭合后的示意图；

图11为本申请实施例提供的另一种检测方法的流程示意图；

图12为本申请实施例提供的又一种检测方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，本申请实施例涉及的术语“第一”、“第二”等仅用于区分同一类型特征的目的，不能理解为用于指示相对重要性、数量、顺序等。

本申请实施例涉及的术语“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本申请实施例涉及的术语“耦合”、“连接”应做广义理解，例如，可以指物理上的直接连接，也可以指通过电子器件实现的间接连接，例如通过电阻、电感、电容或其他电子器件实现的连接。

功率变换器为供电系统中常见的一种设备。功率变换器适用于逆变器、储能变流器(power conversion system，PCS)等具有三相四桥臂拓扑的设备。根据供电系统的不同，可适用于不同的应用场景，比如，光伏供电场景、储能供电场景、水力发电场景和风力发电场景等，为电网和负载等提供交流电。

图1示例性地示出了一种光伏系统的应用场景示意图。如图1所示，光伏系统1000A可以包括光伏阵列100A、功率变换器200A和电网300/交流负载400。其中，一个光伏阵列100A可以由一个或者多个光伏组件110A连接得到，功率变换器200A包括逆变电路10A(即DC/AC变换电路)。光伏阵列100A产生的直流电经功率变换器200A的逆变电路10A变换变为交流电后传输给电网300/交流负载400。在一些光储融合的场景中，光伏系统还可以包括储能装置500，功率变换器200A还包括直流变压电路20A(即DC/DC变换电路)，储能装置500可以与直流变压电路20A连接，光伏阵列100A产生的电能经过直流变压电路20A进行升压或降压变换后可以给储能装置500充电。当光伏阵列100A产生的电能不足以给电网300/交流负载400供电时，储能装置500中存储的电能可以经过功率变换器200A内的直流变压电路20A和逆变电路10A传输给电网300/交流负载400。关于水力供电场景和风力供电场景的功率变换器的说明可以参考光伏供电的场景的相关描述，在此不再赘述。

图2示例性地示出了一种储能变流器(PCS)进行供电的应用场景示意图。在PCS供电场景下，本申请提供的PCS可以为功率变换器200B，该功率变换器200B分别连接电网300、储能装置500和交流负载400。PCS也称双向变流器，包含了逆变电路10B(即DC/AC变换电路)和整流电路30B(即AC/DC变换电路)，PCS可以基于逆变电路10B将直流转化成交流，也可以基于整流电路30B将交流转换成直流，例如，双向变流器可以从电网300获取交流电，并通过整流电路30B转化成直流电为储能装置500充电。也可以将储能装置500存储的直流电通过直流变压电路20B进行直流变压处理后，通过逆变电路10B转化为交流电，将转换到电力输送到必要的交流负载400或者电网300。进一步的，储能装置500还可以给直流负载600供电。

在光储融合场景中，储能装置500还可以从光伏阵列100获取直流电进行充电。

功率变换器200B还可以包括直流变压电路20B(即DC/DC变换电路)，储能装置500可以与直流变压电路20B连接，电网300或光伏阵列100产生的电能经过直流变压电路20B进行升压或降压变换后可以给储能装置500充电。

可以理解的，上述只是对本申请提供的功率变换器的应用场景进行示例，而非穷举，本申请不对应用场景进行限制。

为了满足不平衡负载的供电场景，本申请实施例提供了一种功率变换器，如图3所示，该功率变换器200的逆变电路10采用三相四桥臂的电路设计，即在逆变电路的三相三桥臂(例如A相、B相和C相)的基础上增加第四桥臂作为N相桥臂(又称为N线)，N线可以在负载不平衡的情况下产生零序电压，实现对不平衡负载的控制。功率变换器200的正极直流输入端和负极直流输入端分别与正直流母线DCL+和负直流母线DCL-对应连接。正直流母线DCL+和负直流母线DCL-用于连接直流电源(例如图1所示的光伏阵列100A或图1和图2所示储能装置500等)。在正直流母线DCL+和负直流母线DCL-之间连接设置母线电容Cdc，具体的可以是两个相同的母线电容Cdc，N线连接在两个母线电容Cdc的连接点，即中点。通过N线实现将逆变电路10中的电流引回电源，从而保证功率变换器200的安全性和稳定性。但在实际的应用中，N线可能存在与电网300断开连接的情况，即N线脱落。当N线与逆变电路10之间断开连接时，逆变电路10中的电流无法正常回流。在逆变电路10开启工作(例如开始输入直流电，并进行直流电转交流电的处理)或正在工作的时候，会导致逆变电路10中的电压升高，造成功率变换器200的电路板损坏，对功率变换器或者人体造成危害。

在一种可能的实施方式中，可以基于拉偏电阻实现对N线与电网300的连接是否断开的检测。如图4所示，该功率变换器200包括母线电容Cdc、逆变电路10、滤波电路20、控制电路40和多个拉偏电阻R1。逆变电路10的正极直流输入端和负极直流输入端分别与正直流母线DCL+和负直流母线DCL-对应连接。正直流母线DCL+和负直流母线DCL-用于连接直流电源(例如图1所示的光伏阵列100A或图2所示的机内储能装置20B等)。母线电容Cdc连接于正直流母线DCL+和负直流母线DCL-之间。N线与母线电容Cdc的中点连接。逆变电路10的三相逆变桥臂端和N线分别通过滤波电路20与电网300或负载400连接。多个拉偏电阻R1与三相逆变桥臂端一一对应，每个拉偏电阻R1的第一端与三相逆变桥臂端中对应的一相逆变桥臂端连接，每个拉偏电阻R1的第二端与N线连接。控制电路40用于：根据功率变换器200的三相电压之间的差值确定N线是否断开连接。

在现有技术中，如图4所示，控制电路40与逆变电路10连接，可以通过控制信号对逆变电路10的工作状态等进行控制。逆变电路10通过直流母线从直流电源处获取直流电，并在对直流电进行逆变处理后，从逆变电路10的三相逆变桥臂端输出交流电。通过N线可以将逆变电路10中的电流引回直流电源侧，以确保器件的安全性和稳定性。当N线断开连接时，会导致电路中的电压升高，可能会对器件甚至人体造成安全隐患。在图4的实施例中，可以在滤波电路20中设置三个拉偏电阻R1，三个拉偏电阻R1之间的电阻值不同，每个拉偏电阻R1对应三相逆变桥臂端中的一个相的逆变桥臂端，每一相逆变桥臂端通过对应的拉偏电阻R1与N线耦合。如图5的(a)图所示，为N线的耦合电线未脱落时的三相逆变桥臂端的电压随时间变化的示意图，可以看出，三相逆变桥臂端之间的相电压的电压幅度变化趋于平衡稳定。如图5的(b)图所示，为N线脱落时的三相逆变桥臂端的电压随时间变化的示意图，可以看出，因为多个拉偏电阻R1的存在，在N线的耦合电线脱落后，相电压被拉偏，三相逆变桥臂端对应的三个相电压之间的信号幅度变化具有一定电压差。控制电路40根据相电压变化即可确定N线的耦合电线是否脱落，从而保证了功率变换器200工作的安全性和稳定性。但在图4所示的现有技术中，需要设置多个拉偏电阻R1，提高了器件成本。除此以外，通常，在第一逆变电路11A和电网300或负载400之间，还设置有滤波电路20，滤波电路20会影响拉偏电阻R1的拉偏能力，从而降低检测的精确度。

为了在降低器件成本的基础上实现对N线是否脱落进行高精度的检测，在一些可能的实施方式中，可以基于开关控制，实现对N线脱落的检测。如图6所示，该功率变换器200包括母线电容Cdc、逆变电路10、滤波电路20、开关组件30和控制电路40。逆变电路10的正极直流输入端和负极直流输入端分别与正直流母线DCL+和负直流母线DCL-对应连接。正直流母线DCL+和负直流母线DCL-用于连接直流电源(例如图1所示的光伏阵列100A或图2所示的储能装置500等)。母线电容Cdc连接于正直流母线DCL+和负直流母线DCL-之间。N线与母线电容Cdc的中点连接。逆变电路10通过滤波电路20连接开关组件30。滤波电路20包括三个滤波电容C，每个滤波电容C连接在对应的一相逆变桥臂的输出端和N线之间。开关组件30位于滤波电路20和电网300之间，包括多个第一开关S1，多个第一开关S1分别与三相逆变桥臂端和N线一一对应连接。其中，控制电路40用于：在功率变换器启动过程中，控制目标开关闭合。其中，目标开关包括三相逆变桥臂中的第一相逆变桥臂对应的第一开关S1以及N线对应的第一开关S1。第一相逆变桥臂为三相逆变桥臂中的任一相逆变桥臂。当获取到第一相输出的相电压与其他两相输出的相电压的差值大于或等于第一阈值，则发出告警信息，以提示N线与电网300的连接断开，或，控制功率变换器200关机。其中，功率变换器的第一相输出为第一相逆变桥臂经滤波电路20后的输出，其他两相输出为其他两相逆变桥臂经滤波电路20后的输出。

示例性地，功率变换器200上动是指：功率变换器200接入设备工作电源后上电开机启动。在功率变换器200开机启动的过程中，为了保证功率变换器200的运行安全性，可以执行相关的检测。例如，执行N线是否与电网300断开连接的检测。

示例性地，滤波电路20还可以包括三个滤波电感L，三个滤波电感L三相逆变桥臂一一对应串联。

在本申请实施例中，为了保证功率变换器200的供电安全性和可靠性，通常会在功率变换器200的三相逆变桥臂端以及N线处设置开关组件30，例如，如图6所示，在三相逆变桥臂端的每一相逆变桥臂端和N线之间都对应设置有第一开关S1。因此，相比于图4所示的现有技术，在图6所示的实施例中，可以不额外设置拉偏相电压的拉偏器件(例如图4中的拉偏电阻R1)，通过已有的滤波器件作为拉偏器件即可实现对N线是否断开连接进行检测。具体检测的方法为：在功率变换器200上电启动的阶段，通过闭合三相逆变桥臂中的第一相逆变桥臂对应的第一开关S1以及N线对应的第一开关S1。在采用图6所示的实施例后，通过第一相逆变桥臂对应的第一开关S1闭合后，若N线没有断开连接，则可以实现在第一相桥臂端、电网300和N线之间形成回路，此时，滤波电容C正常进行滤波处理工作，不会对相电压的电压值带来明显的影响。若N线断开连接，则无法在第一相桥臂端、电网300和N线之间形成回路，此时，滤波电容C不能形成正常的滤波结构，而是作为搭接在第一相桥臂端的拉偏器件。在基于对应的滤波电容C实现对相电压的拉偏后，功率变换器的三相的相电压随时间的变化示意图可以参考上述图5的(b)图对应的示意。根据图5的(b)图可以看出，在N线脱落以后，功率变换器的第一相输出电压受滤波电容C的拉偏影响会大大降低，使得第一相输出的相电压明显低于其他两相输出的相电压。因此，控制电路40在检测到第一相输出的相电压与其他两相输出的相电压的差值大于或等于预设的第一阈值后，可以确定N线与电网300的连接断开。本申请实施例将滤波电路20中现有的滤波器件(即滤波电容C)复用作为拉偏相电压的器件，通过开关控制的方式实现对三相中的某一相的相电压的拉偏。通过三个相电压之间的差值即可实现对N线是否断开连接的检测。相比于图4的现有技术，图6实施例无需额外设置拉偏器件，降低了器件成本。同时，以滤波电容C作为拉偏器件时，其不会受到滤波电路20的影响，在拉偏能力保持稳定的基础上，实际情况下的拉偏后的相电压趋近于理想情况下的拉偏后的相电压，因为预设的第一阈值的取值与理想情况下的拉偏后的相电压相关，这使得图6实施例的检测精度大大高于图4所示的现有技术。

在一些可能的实施方式中，如图7所示，开关组件30还可以包括多个第二开关S2，多个第二开关S2与多个第一开关S1一一对应串联，三相逆变桥臂和N线分别用于通过一一对应的第一开关S1和第二开关S2连接电网300，每个第一开关S1位于滤波电路20和对应的第二开关S2之间。在本申请实施例中，为了保证功率变化器200的工作安全性，在实际的应用中，开关组件30中可以设置多组开关以分别对逆变电路10侧和电网300侧的安全进行保证。此时，第一开关S1可以作为逆变电路10侧的开关器件，第二开关S可以作为功率变换器200中关于电网300侧的开关器件。此时，若需要对N线进行检测，则在检测时需要闭合的目标开关中还需要包括上述的多个第二开关S2。

示例性地，多个第一开关S1可以为逆变侧继电器。多个第二开关S2可以为电网侧继电器。

在一些可能的实施方式中，如图8所示，功率变换器200还包括采样电路50，采样电路50分别与开关组件30和控制电路40连接。其中，采样电路50用于：采样获取目标开关中每一开关的两端电压，即输入电压和输出电压。此时，控制电路40可以基于每一开关的两端电压的差值来确定该开关是否闭合。

示例性地，采样电路50还与滤波电路20连接。采样电路50还可以用于：获取功率变换器200三相输出的相电压(即滤波电路20的输出端处的电压)。控制电路40可以从采样电路50处获取三相输出的相电压，并基于获取的相电压确定N线是否断开连接。

基于上述图6、图7和图8所示的第二处理电路100B，可以执行如下图9所示包括步骤S200-步骤S300的操作的检测方法：

S200、在功率变换器200启动过程中，控制目标开关闭合。

在一些可能的实施方式中，控制电路40响应于功率变换器200上电启动，开启对N线的耦合电线是否脱落的检测。此时，在步骤S200中，可以基于三相逆变桥臂中的任意一相的逆变桥臂作为第一相逆变桥臂。

示例性地，当功率变换器200的N线与电网300并未断开连接时，闭合目标开关可以使得第一相逆变桥臂及对应的滤波电容C、电网300和N线之间形成回路，此时，滤波电容C进行滤波工作，不会对第一相输出的相电压造成影响，即第一相和其他两相输出的相电压的幅值之间相近。

示例性地，当功率变换器200的N线与电网300断开连接时，闭合目标开关无法使得第一相逆变桥臂及对应的滤波电容C、电网300和N线之间形成回路，此时，滤波电容C无法进行滤波工作，搭接在第一相逆变桥臂处的滤波电容C会作为拉偏器件拉偏第一相输出的相电压，从而使得第一相输出的相电压与其他两相输出的相电压的幅值的差值大于或等于第一阈值。

示例性地，如图10所示，当功率变换器200设置的开关组件30包括逆变电路10侧的多个第一开关S1时，以A相逆变桥臂为第一相逆变桥臂为例，响应于逆变电路10开启工作，控制电路40可以控制A相逆变桥臂对应的第一开关S1和N线对应的第一开关S1闭合。此时，若N线与电网300断开连接，则基于A相逆变桥臂和N线之间对应的滤波电容C可以实现对功率变换器200的A相输出的相电压的拉偏，具体拉偏后的效果示意图可以参考图5的(b)图。

示例性地，当功率变换器200设置的开关组件30还包括如图8所示的电网侧的多个第二开关S时，在对N线进行检测的过程中，需要闭合的目标开关还包括多个第二开关S2。此时，S200可以具体为基于图11所示的步骤S210-步骤S220的子操作：

S210、在功率变换器200启动过程中，控制多个第二开关S2闭合。

S220、控制第一相逆变桥臂对应的第一开关S1以及N线对应的第一开关S1闭合。

在本申请如图11所示的实施例中，以A相逆变桥臂为第一相逆变桥臂为例，为了保证检测的安全性，当需要控制第一开关S1和第二开关S2闭合时，可以先控制电网侧的开关闭合(即多个第二开关S2)，而后，再控制第一相逆变桥臂(即A相逆变桥臂)对应的第一开关S1以及N线对应的第一开关S1闭合。示例性地，在控制对应的第一开关S1闭合时，还可以先控制第一相逆变桥臂对应的第一开关S1，再控制N线对应的第一开关S1闭合。关于B相逆变桥臂或C相逆变桥臂作为第一相逆变桥臂的技术原理和有益效果，可以参考上述A相逆变桥臂作为第一相逆变桥臂的相关描述，在此不再赘述。

S300、检测N线与电网300的连接是否断开。

在一些可能的实施方式中，如图10所示，基于功率变换器200中设置的采样电路50对三相输出的相电压进行采样获取。控制电路40根据第一相输出的相电压与其他两相输出的相电压的幅值的差值来确定N线与电网300的连接是否断开。基于滤波电容C实现对第一相输出的相电压的拉偏的效果示意图可以参考图4的现有技术对应的相电压的拉偏后的电压变化示意图。如图5的(b)图所示，当第一相输出的相电压被拉偏后，其相电压与其他两相输出的相电压的幅值的差值会增大。通过检测该相电压的差值是否大于或等于预设的第一阈值，即可实现对N线是否断开连接的确定。当检测到第一相输出的相电压与其他两相输出的相电压的幅值的差值大于或等于第一阈值，则确定N线与电网300的连接断开。

在一个示例中，为了检测N线时的可靠性和安全性，在基于采样电路50采样获取相电压以进行N线检测之前，还可以基于采样电路50对目标开关中的每个开关是否闭合进行检测验证。例如，如图10中对第一相逆变桥臂对应的第一开关S1和N线对应的第一开关S1进行验证。或者，对第一相逆变桥臂对应的第一开关S1、N线对应的第一开关S1和多个第二开关S2进行验证。具体地，可以通过采样电路50获取待验证开关的两端电压，即输入端和输出端的电压，根据输入端和输出端之间的电压确定该待验证开关是否闭合。在确认目标开关中的所有开关均闭合后，再通过采样获取相电压来进行N线是否与电网300断开连接的检测。示例性地，对于目标开关中的任一开关，当对应的两端电压之差小于预设阈值时，控制电路40可以确定该一开关闭合。在本申请实施例中，当开关闭合后形成电流传输通路，在电流流过某一开关时，开关的输入端和输出端的电压差较小(一般为该开关器件的压降参数值)。若该开关关断，电流无法从开关的输入端流经开关的输出端，此时，该开关的输入端和输出端之间的电压差较大。因此，通过采样电路50对目标开关中的每个开关的输入端和输出端的电压值进行采样获取，控制电路40可以根据开关的输入端和输出端之间的电压差确定该开关是否闭合。

在一些可能的实施方式中，控制电路40在确定N线与电网300断开连接后，可以输出相关的告警指示信息，该告警指示信息用于指示N线存在脱落故障等。

在一些可能的实施方式中，控制电路40在确定N线与电网300断开连接后，可以控制功率变换器200关机，以保证功率变换器200的安全性。

在一些可能的实施方式中，基于上述图9和图11所示的检测方法还可以包括如图12所示的步骤S100和步骤S300的操作：

S100、在功率变换器200启动过程中，控制逆变电路10开环发波。

在一些可能的实施方式中，在执行图9所示的步骤S200的操作之前，控制电路40可以在功率变换器200上电启动过程中，控制逆变电路10开环发波(open-loop ringing，OLR)。

S200、控制目标开关闭合。具体地，步骤S200包括以下子步骤：

S210、控制多个第二开关S2闭合。

S220、控制第一相逆变桥臂对应的第一开关S1以及N线对应的第一开关S1闭合。

S230、控制逆变电路10停止开环发波。

在本申请图12所示的步骤S200中，首先控制多个第二开关S2闭合，然后控制第一相逆变桥臂对应的第一开关S1以及N线对应的第一开关S1闭合。在所有目标开关闭合都，再控制逆变电路10停止开环发波。通过停止向第二逆变电路输出第一发波控制信号实现禁能开环发波。示例性地，控制电路40可以基于脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)控制逆变电路10中的开关管的导通状态，从而实现控制逆变电路10开环发波。在这种实施方式下，功率变换器200上电启动工作后，基于开环发波控制，通过在目标开关闭合前进行开环发波，在目标开关闭合后停止开环发波。开环发波的持续时间在一定范围内，可以实现控制发波信号的信号大小，使得逆变电路10的发波信号较小，在满足检测所需的情况下，可以确保检测所需的发波信号不会造成功率变换器200的安全性和稳定性的问题。

S300、检测N线与电网300的连接是否断开。

关于图12所示的实施例中的步骤S200和步骤S300的其他操作的相关技术原理和技术效果的描述，可以参考前述图8和图9所示的实施例中的相关描述，在此不再赘述。

在一些可能的实施方式中，基于图9、图11和图12所示的实施例，检测方法还包括步骤S400的操作：在确定N线与电网300的连接断开后，控制目标开关关断。在本申请实施例中，在步骤S300根据第确定N线与电网300之间的连接脱落之后，控制电路40可以控制所有的目标开关关断。本申请实施例通过控制所有的目标开关关断，可以避免在N线与电网300断开连接的情况下，导通的目标开关带来的安全隐患等。

本申请实施例涉及的控制电路可以是一个芯片。例如，可以是现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)，可以是专用集成芯片(application specificintegrated circuit，ASIC)，还可以是系统芯片(system on chip，SoC)，还可以是中央处理器(central processor unit，CPU)，还可以是网络处理器(network processor，NP)，还可以是数字信号处理电路(digital signal processor，DSP)，还可以是微控制器(microcontroller unit，MCU)，还可以是可编程控制器(programmable logic device，PLD)或其他集成芯片。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程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，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

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模块及算法步骤，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。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和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。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，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，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，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信连接可以是通过一些接口，设备或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个设备，或者也可以分布到多个设备上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块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模块可以集成在一个设备中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个设备中。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(Solid State Disk，SSD))等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种功率变换器，其特征在于，包括母线电容、逆变电路、滤波电路、开关组件和控制电路；

所述逆变电路的输入端用于连接正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和所述负直流母线用于连接直流电源；所述母线电容连接于所述正直流母线和所述负直流母线之间；

所述逆变电路包括三相逆变桥臂和N线，所述N线与所述母线电容的中点连接；

所述逆变电路通过所述滤波电路连接所述开关组件；

所述滤波电路包括三个滤波电容，每个所述滤波电容连接在对应的一相逆变桥臂的输出端和所述N线之间；

所述开关组件位于所述滤波电路和电网之间，包括多个第一开关，所述多个第一开关分别与所述三相逆变桥臂和所述N线一一对应连接；

所述控制电路用于：

在所述功率变换器启动过程中，控制目标开关闭合；所述目标开关包括所述三相逆变桥臂中的第一相逆变桥臂对应的第一开关以及所述N线对应的第一开关；所述第一相逆变桥臂为所述三相逆变桥臂中的任一相逆变桥臂；

当获取到所述功率变换器的第一相输出的相电压与其他两相输出的相电压的幅值的差值大于或等于第一阈值，则发出告警信息，以提示所述N线与所述电网的连接断开，或，控制所述功率变换器关机；其中，所述功率变换器的第一相输出为所述第一相逆变桥臂经所述滤波电路后的输出，所述其他两相输出为所述其他两相逆变桥臂经所述滤波电路后的输出。

2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述开关组件还包括多个第二开关，所述多个第二开关与所述多个第一开关一一对应串联，所述三相逆变桥臂和所述N线分别用于通过一一对应的所述第一开关和所述第二开关连接所述电网，每个所述第一开关位于所述滤波电路和对应的所述第二开关之间；所述目标开关还包括所述多个第二开关；

所述控制目标开关闭合，包括：

先控制所述多个第二开关闭合，再控制所述第一相逆变桥臂对应的第一开关以及所述N线对应的第一开关闭合。

3.根据权利要求1或2所述的功率变换器，其特征在于，所述控制电路还用于：

在所述控制目标开关闭合之前，控制所述逆变电路开环发波；

在所述控制目标开关闭合之后，控制所述逆变电路停止开环发波。

4.根据权利要求1-3任一项所述功率变换器，其特征在于，所述控制电路还用于：

在获取所述功率变换器的第一相输出的相电压之前，检测所述目标开关是否闭合。

5.根据权利要求4所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器还包括采样电路；所述采样电路分别与所述开关组件和所述控制电路连接；

所述采样电路用于：获取所述目标开关中每一开关的两端电压；

所述控制电路具体用于：对于所述目标开关中的任一开关的两端电压之差小于预设阈值时，确定所述开关闭合。

6.根据权利要求1-5任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述控制电路还用于：

在确定所述N线与所述电网的连接断开后，控制所述目标开关关断。

7.一种检测方法，其特征在于，应用于功率变换器，所述功率变换器包括母线电容、逆变电路、滤波电路、开关组件和控制电路；其中，所述逆变电路的输入端用于连接正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和所述负直流母线用于连接直流电源；所述母线电容连接于所述正直流母线和所述负直流母线之间；所述逆变电路包括三相逆变桥臂和N线，所述N线与所述母线电容的中点连接；所述逆变电路通过所述滤波电路连接所述开关组件；所述滤波电路包括三个滤波电容，每个所述滤波电容连接在对应的一相逆变桥臂的输出端和所述N线之间；所述开关组件位于所述滤波电路和电网之间，包括多个第一开关，所述多个第一开关分别与所述三相逆变桥臂和所述N线一一对应连接；所述方法包括：

在所述功率变换器启动过程中，控制目标开关闭合；所述目标开关包括所述三相逆变桥臂中的第一相逆变桥臂对应的第一开关以及所述N线对应的第一开关；所述第一相逆变桥臂为所述三相逆变桥臂中的任一相逆变桥臂；

当获取到所述功率变换器的第一相输出的相电压与其他两相输出的相电压的幅值的差值大于或等于第一阈值，则发出告警信息，以提示所述N线与所述电网的连接断开，或，控制所述功率变换器关机；其中，所述功率变换器的第一相输出为所述第一相逆变桥臂经所述滤波电路后的输出，所述其他两相输出为所述其他两相逆变桥臂经所述滤波电路后的输出。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述开关组件还包括多个第二开关，所述多个第二开关与所述多个第一开关一一对应串联，所述三相逆变桥臂和所述N线分别用于通过一一对应的所述第一开关和所述第二开关连接所述电网，每个所述第一开关位于所述滤波电路和对应的所述第二开关之间；所述目标开关还包括所述多个第二开关；

所述控制目标开关闭合，包括：

先控制所述多个第二开关闭合，再控制所述第一相逆变桥臂对应的第一开关以及所述N线对应的第一开关闭合。

9.根据权利要求7或8所述的检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述控制目标开关闭合之前，控制所述逆变电路开环发波；

在所述控制目标开关闭合之后，控制所述逆变电路停止开环发波。

10.根据权利要求7-9任一项所述的检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

在获取所述功率变换器的第一相输出的相电压之前，检测所述目标开关是否闭合。

11.根据权利要求10所述的检测方法，其特征在于，所述功率变换器还包括采样电路；所述采样电路与所述开关组件连接；所述检测所述目标开关是否闭合，包括：

基于所述采样电路采样获取所述目标开关中每一开关的两端电压；

对于所述目标开关中的任一开关的两端电压之差小于预设阈值时，确定所述开关闭合。

12.根据权利要求7-11任一项所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括：

在确定所述N线与所述电网的连接断开后，控制所述目标开关关断。