CN216929603U - 一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型所公开的一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统，包括供电单元、逆变单元、电流检测单元、分析判断处理器、电网单元、电阻和第一电容；分析判断处理器与电流检测单元相连；电阻和第一电容并联在逆变单元上；供电单元包括直流电输入模块、正电压端、负电压端、第二电容和第三电容；直流电输入模块的正极和第二电容与正电压端相连，其负极和第三电容与负电压端相连；第二电容和第三电容相互串联；电流检测单元与逆变单元的输出端相连，电网单元与电流检测单元相连，电网单元的输出端、电阻和第一电容相连并接地。其利用分析判断处理器可有效区分出来，便于及时定位问题，排除安全隐患。

Description

一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统

技术领域

本实用新型涉及一种通过对电流矢量和变化判断逆变器是否存在异常的电子技术领域，尤其是一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统。

背景技术

目前，光伏并网，储能等逆变器广泛应用于户用家庭，工商业屋顶，大型地面电站，但是现有的逆变器在运行过程中会存在逆变器过流故障，该故障如果不及早识别，对现场造成很大的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统，其具体结构如下。

本实用新型所设计的一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统，包括供电单元、逆变单元、电流检测单元、分析判断处理器、电网单元、电阻和第一电容；

分析判断处理器与电流检测单元相连；

电阻和第一电容并联在逆变单元上；

供电单元包括直流电输入模块、正电压端、负电压端和电容模块；直流电输入模块的正极和电容模块的一端与正电压端相连，其负极和电容模块的另一端与负电压端相连，电容模块的两端分别与正电压端和负电压端相连；

电流检测单元与逆变单元的输出端相连，电网单元与电流检测单元相连，电网单元的输出端、电阻和第一电容相连并接地。

作为优选，逆变单元包括第三IGBT模块、第四IGBT模块、第十一IGBT模块、第十二IGBT模块、第一电感和第三电感，第三IGBT模块、第四IGBT模块相互串联，第十一IGBT模块、第十二IGBT模块相互串联，第一电感连接在第三IGBT模块和第四IGBT模块之间，第三电感连接在第十一IGBT模块、第十二IGBT模块之间，第三IGBT模块和第十一IGBT模块与正电压端相连，第四IGBT模块和第十二IGBT模块与负电压端相连；

电容模块包括第二电容；电流检测单元包括第一检测端和第三检测端,电网单元包括第一电网，

第一检测端与第一电感相连，第三检测端与第三电感相连，第一电网与第一检测端相连，第三检测端与第一电网的输出端相连；第一电网的输出端、电阻和第一电容相连并接地。

作为优选，逆变单元还包括第一IGBT模块、第二IGBT模块、第五IGBT模块、第六IGBT模块、第七IGBT模块、第八IGBT模块、第九IGBT模块、第十IGBT模块和第二电感；电容模块还包括第三电容，第二电容和第三电容相互串联，第二电容与正电压端相连，第三电容与负电压端相连，第七IGBT模块和第八IGBT模块相互串联，第七IGBT模块与正电压端相连，第八IGBT模块与负电压端相连；电流检测单元还包括第二检测端，电网单元包括第二电网和第三电网，第二电网通过第二检测端与第二电感相连；第二电感连接在第七IGBT模块和第八IGBT模块之间，第三电网连接在第三检测端处，第一电网的输出端、第二电网的输出端和第三电网的输出端相连形成总输出端，总输出端、电阻和第一电容相连并接地；

第一IGBT模块和第二IGBT模块相互串联，第一IGBT模块、第五IGBT模块和第九IGBT模块均连接在第二电容和第三电容之间，第二IGBT模块连接在第三IGBT模块和第四IGBT模块之间；

第五IGBT模块和第六IGBT模块相互串联，第六IGBT模块连接在第七IGBT模块、第八IGBT模块之间；

第九IGBT模块和第十IGBT模块相互串联，第十IGBT模块连接在第十一IGBT模块、第十二IGBT模块。

作为优选，第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、五IGBT模块、第六IGBT模块、第七IGBT模块、第八IGBT模块、第九IGBT模块、第十IGBT模块、第十一IGBT模块和第十二IGBT模块均包括三极管和并联在三极管上的二极管。

作为优选，分析判断处理器包括单片机，单片机中录入有通过电流电测单元得到电流矢量情况，并根据电流矢量情况与阀值A或阀值B或阀值进行比对判断得出故障情况的程序，而且分析判断处理器为DSP设备。

本实用新型所设计的一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统，其利用分析判断处理器可有效区分出来，便于及时定位问题，排除安全隐患。

附图说明

图1是带单相逆变电路的结构示意图；

图2是带三相逆变电路的结构示意图；

图3是分析判断流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

如图1和图2所示，本实施例所描述的一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统，包括供电单元1、逆变单元2、电流检测单元3、分析判断处理器5、电网单元4、电阻R和第一电容C1；其中，供电单元1用于直流电输入；逆变单元2用于将输入的直流电逆变形成交流电；电流检测单元3用于对逆变电路输出的电流进行检测；分析判断处理器5包括单片机MCU，单片机MCU中录入有通过电流电测单元得到电流矢量情况，并根据电流矢量情况与阀值A或阀值B或阀值C进行比对判断得出故障情况的程序，而且分析判断处理器5为DSP设备。

分析判断处理器5与电流检测单元3相连；电阻R和第一电容C1并联在逆变单元2上；供电单元1包括直流电输入模块、正电压端BUS+、负电压端BUS-和电容模块；直流电输入模块的正极和电容模块的一端与正电压端BUS+相连，其负极和电容模块的另一端与负电压端BUS-相连，电容模块的两端分别与正电压端BUS+和负电压端BUS-相连；电流检测单元3与逆变单元2的输出端相连，电网单元4与电流检测单元3相连，电网单元4的输出端、电阻R和第一电容C1相连并接地。

优选地，逆变单元2包括第三IGBT模块23、第四IGBT模块24、第十一IGBT模块31、第十二IGBT模块32、第一电感L1和第三电感L3，第三IGBT模块23、第四IGBT模块24相互串联，第十一IGBT模块31、第十二IGBT模块32相互串联，第一电感L1连接在第三IGBT模块23和第四IGBT模块24之间，第三电感L3连接在第十一IGBT模块31、第十二IGBT模块32之间，第三IGBT模块23和第十一IGBT模块31与正电压端BUS+相连，第四IGBT模块24和第十二IGBT模块32与负电压端BUS-相连；电容模块包括第二电容C2；电流检测单元3包括第一检测端ia和第三检测端ic,电网单元4包括第一电网41，第一检测端ia与第一电感L1相连，第三检测端ic与第三电感L3相连，第一电网41与第一检测端ia相连，第三检测端ic与第一电网41的输出端相连；第一电网41的输出端、电阻R和第一电容C1相连并接地。当逆变单元2仅采用此结构时，该结构为单相逆变电路，其中，矢量和为0：ia+ic＝0，即in＝0，当矢量和为零(或小于一定阀值)，说明单相电流从逆变器内部电路中形成回路，如果此时电流大于阀值C，说明逆变器内部电路出现问题，会报逆变器硬件过流。当矢量和不为零(或大于一定阀值)，说明三相电流从逆变器内部流向大地(in)，与大地形成回路。如果此时电流大于阀值C，说明逆变器与大地之间存在短路情况。

进一步地，逆变单元2还包括第一IGBT模块21、第二IGBT模块22、第五IGBT模块25、第六IGBT模块26、第七IGBT模块27、第八IGBT模块28、第九IGBT模块29、第十IGBT模块30和第二电感L2；电容模块还包括第三电容C3，第二电容C2和第三电容C3相互串联，第二电容C2与正电压端BUS+相连，第三电容C3与负电压端BUS-相连，第七IGBT模块27和第八IGBT模块28相互串联，第七IGBT模块27与正电压端BUS+相连，第八IGBT模块与负电压端BUS-相连；电流检测单元3还包括第二检测端ib，电网单元4包括第二电网42和第三电网43，第二电网42通过第二检测端ib与第二电感L2相连；第二电感L2连接在第七IGBT模块27和第八IGBT模块28之间，第三电网43连接在第三检测端ic处，第一电网41的输出端、第二电网42的输出端和第三电网43的输出端相连形成总输出端，总输出端、电阻R和第一电容C1相连并接地；第一IGBT模块21和第二IGBT模块22相互串联，第一IGBT模块21、第五IGBT模块25和第九IGBT模块29均连接在第二电容C2和第三电容C3之间，第二IGBT模块22连接在第三IGBT模块23和第四IGBT模块24之间；第五IGBT模块25和第六IGBT模块26相互串联，第六IGBT模块26连接在第七IGBT模块27、第八IGBT模块28之间；第九IGBT模块29和第十IGBT模块30相互串联，第十IGBT模块30连接在第十一IGBT模块31、第十二IGBT模块32。其结构与第三IGBT模块23、第四IGBT模块24、第十一IGBT模块31、第十二IGBT模块32、第一电感L1和第三电感L3结合形成三相逆变电路。

经发明人分析发现该故障有可能是逆变器内部工作所引起，也有可能是逆变器与系统之间的接地故障，因此本实施例的系统在具有三相逆变电路的情况下，逆变器在运行过程中，发生电流过流时，DSP设备读取过流信号并进行分析，具体分析方法如下：

1.当得到电流矢量和小于阈值A(比如额定电流的10％等)时，任意一相持续电流大于阈值B(比如额定电流的80％)，逆变器内部某个器件已经损坏，逆变器报硬件过流，属于永久故障，将不会二次开机，避免机器进一步的损坏。

如果持续电流小于阈值B，机器将会进一步检测过流信号是否消失，如果消失，机器会重新自检完成，继续并网发电。

2.当电流矢量和大于阈值A(比如额定电流的10％等)时，任意一相持续电流大于阈值C(比如额定电流的60％)，逆变器与外部发生某种连接，比如线缆破皮，逆变器部分电路与大地出现连接，逆变器报接地故障，也属于永久故障，将不会二次开机，避免机器进一步的损坏。如果持续电流小于阈值C，机器将会进一步检测过流信号是否消失，如果消失，机器会重新自检完成，继续并网发电。

以三相光伏逆变器为例，根据电路原理，三相电路中，矢量和为0：ia+ib+ic＝0，即in＝0。当矢量和为零(或小于一定阀值)，说明三相电流从逆变器内部电路中形成回路，如果此时任意一相电流大于阀值B，说明逆变器内部电路出现问题，显示逆变器硬件过流。

当矢量和不为零(或大于一定阀值)，说明三相电流从逆变器内部流向大地(in)，与大地形成回路。如果此时任意一相电流大于阀值C，说明逆变器与大地之间存在短路情况。

其中电阻R、第一电容C1分别代表线路中可能存在阻抗和容抗，正常情况电阻R与大地之间存在几百KΩ的电阻，第一电容C1一般是几十nF到几百nF以内。

若电阻R与大地之间的电阻只有几Ω，此时说明逆变器系统与大地之间存在短路的可能，比如线路破损等，此时通过上述判断方式，可以有效及时识别问题。如不进行及时判断识别，当电阻(R)的电阻值趋向于0Ω时，机器就会发生不可恢复的故障，比如损坏，着火等，会带来一系列的损失和安全风险，所以本实施例的系统可有效区分出来，便于及时定位问题，排除安全隐患。

优选地，第一IGBT模块21、第二IGBT模块22、第三IGBT模块23、第四IGBT模块24、五IGBT模块、第六IGBT模块26、第七IGBT模块27、第八IGBT模块28、第九IGBT模块29、第十IGBT模块30、第十一IGBT模块31和第十二IGBT模块32均包括三极管201和并联在三极管201上的二极管202。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统，其特征在于，包括供电单元(1)、逆变单元(2)、电流检测单元(3)、分析判断处理器(5)、电网单元(4)、电阻(R)和第一电容(C1)；

分析判断处理器(5)与电流检测单元(3)相连；

电阻(R)和第一电容(C1)并联在逆变单元(2)上；

供电单元(1)包括直流电输入模块、正电压端(BUS+)、负电压端(BUS-)和电容模块；直流电输入模块的正极和电容模块的一端与正电压端(BUS+)相连，其负极和电容模块的另一端与负电压端(BUS-)相连，电容模块的两端分别与正电压端(BUS+)和负电压端(BUS-)相连；

电流检测单元(3)与逆变单元(2)的输出端相连，电网单元(4)与电流检测单元(3)相连，电网单元(4)的输出端、电阻(R)和第一电容(C1)相连并接地。

2.根据权利要求1所述的一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统，其特征在于，逆变单元(2)包括第三IGBT模块(23)、第四IGBT模块(24)、第十一IGBT模块(31)、第十二IGBT模块(32)、第一电感(L1)和第三电感(L3)，第三IGBT模块(23)、第四IGBT模块(24)相互串联，第十一IGBT模块(31)、第十二IGBT模块(32)相互串联，第一电感(L1)连接在第三IGBT模块(23)和第四IGBT模块(24)之间，第三电感(L3)连接在第十一IGBT模块(31)、第十二IGBT模块(32)之间，第三IGBT模块(23)和第十一IGBT模块(31)与正电压端(BUS+)相连，第四IGBT模块(24)和第十二IGBT模块(32)与负电压端(BUS-)相连；

电容模块包括第二电容(C2)；电流检测单元(3)包括第一检测端(ia)和第三检测端(ic),电网单元(4)包括第一电网(41)，

第一检测端(ia)与第一电感(L1)相连，第三检测端(ic)与第三电感(L3)相连，第一电网(41)与第一检测端(ia)相连，第三检测端(ic)与第一电网(41)的输出端相连；第一电网(41)的输出端、电阻(R)和第一电容(C1)相连并接地。

3.根据权利要求1所述的一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统，其特征在于，逆变单元(2)还包括第一IGBT模块(21)、第二IGBT模块(22)、第五IGBT模块(25)、第六IGBT模块(26)、第七IGBT模块(27)、第八IGBT模块(28)、第九IGBT模块(29)、第十IGBT模块(30)和第二电感(L2)；电容模块还包括第三电容(C3)，第二电容(C2)和第三电容(C3)相互串联，第二电容(C2)与正电压端(BUS+)相连，第三电容(C3)与负电压端(BUS-)相连，第七IGBT模块(27)和第八IGBT模块(28)相互串联，第七IGBT模块(27)与正电压端(BUS+)相连，第八IGBT模块与负电压端(BUS-)相连；电流检测单元(3) 还包括第二检测端(ib)，电网单元(4)包括第二电网(42)和第三电网(43)，第二电网(42)通过第二检测端(ib)与第二电感(L2)相连；第二电感(L2)连接在第七IGBT模块(27)和第八IGBT模块(28)之间，第三电网(43)连接在第三检测端(ic)处，第一电网(41)的输出端、第二电网(42)的输出端和第三电网(43)的输出端相连形成总输出端，总输出端、电阻(R)和第一电容(C1)相连并接地；

第一IGBT模块(21)和第二IGBT模块(22)相互串联，第一IGBT模块(21)、第五IGBT模块(25)和第九IGBT模块(29)均连接在第二电容(C2)和第三电容(C3)之间，第二IGBT模块(22)连接在第三IGBT模块(23)和第四IGBT模块(24)之间；

第五IGBT模块(25)和第六IGBT模块(26)相互串联，第六IGBT模块(26)连接在第七IGBT模块(27)、第八IGBT模块(28)之间；

第九IGBT模块(29)和第十IGBT模块(30)相互串联，第十IGBT模块(30)连接在第十一IGBT模块(31)、第十二IGBT模块(32)。

4.根据权利要求2所述的一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统，其特征在于，第一IGBT模块(21)、第二IGBT模块(22)、第三IGBT模块(23)、第四IGBT模块(24)、五IGBT模块、第六IGBT模块(26)、第七IGBT模块(27)、第八IGBT模块(28)、第九IGBT模块(29)、第十IGBT模块(30)、第十一IGBT模块(31)和第十二IGBT模块(32)均包括三极管(201)和并联在三极管(201)上的二极管(202)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于电流矢量的变化判断逆变器异常的识别系统，其特征在于，分析判断处理器(5)包括单片机MCU。

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