一種基于諧波分析的級聯(lián)逆變器h橋單元故障檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于開關(guān)頻率諧波分析的級聯(lián)型逆變器H橋單元短路故障檢測方法，該方法基于對輸出相電壓的諧波分析，適用于載波移相PWM調(diào)制方式，分為輸出交流電壓采樣、開關(guān)頻率附近諧波提取與處理、故障判斷與故障定位三個部分。級聯(lián)型逆變器三相輸出電壓分別經(jīng)低通濾波和A/D采樣，通過離散傅里葉變換得到特征諧波；特征諧波幅值與故障閾值的比較結(jié)果作為故障判斷的依據(jù)，其中故障閾值通過指令電壓經(jīng)一系列計算得到。故障定位則通過開關(guān)頻率處諧波的相角范圍來確定。該方法只需采集逆變器輸出三相電壓，無需增加其他硬件電路，可以節(jié)約成本并提高效率，具有較強應(yīng)用能力，對于級聯(lián)型逆變器實時故障檢測方面的研究具有應(yīng)用價值。
【專利說明】一種基于諧波分析的級聯(lián)逆變器H橋單元故障檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高壓大功率電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及基于開關(guān)頻率諧波分析的載波移相PWM (脈寬調(diào)制)方式下的級聯(lián)型逆變器H橋單元短路故障檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著工業(yè)與電力技術(shù)的發(fā)展，H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)在并網(wǎng)逆變、儲能、電力電子變壓器等領(lǐng)域成為了研究的熱點。H橋級聯(lián)型逆變器具有功率容量大、開關(guān)器件應(yīng)力小、諧波含量低等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用在各種電氣裝置中。
[0003]級聯(lián)型逆變器在結(jié)構(gòu)上易于模塊化實現(xiàn)，并具有較低開關(guān)損耗和諧波輸出。但由于其采用了多個H橋單元串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和控制復(fù)雜性增加了其發(fā)生故障的可能性。級聯(lián)型逆變器常應(yīng)用于風力發(fā)電機、電力電子變壓器等重要場合，如果其發(fā)生故障卻未得到及時有效的處理，其帶來的后果非常嚴重。這就對級聯(lián)型逆變器的冗余技術(shù)提出了更高的要求，而冗余技術(shù)的前提是故障檢測，包括故障判斷和故障定位，即能根據(jù)一定特征判斷級聯(lián)型逆變器是否發(fā)生故障，并確定故障的位置。
[0004]H橋級聯(lián)型逆變器的故障檢測可以通過增加額外硬件電路方法得以實現(xiàn)，例如在每個H橋單元是輸出側(cè)裝設(shè)電壓傳感器，但此方法不僅大大增加了成本，而且加大了系統(tǒng)復(fù)雜度，降低了裝置的可靠性。在軟件方法方面，針對級聯(lián)型逆變器故障檢測方面研究非常少，考慮到級聯(lián)型逆變器的單相鏈節(jié)中的各個H橋單元由于三角載波分別移相了一定角度，那么各H橋單元的輸出電壓波形中的開關(guān)頻率處的諧波也會分別移相一定角度，根據(jù)對級聯(lián)型逆變器的單相輸出電壓的分析，得到開關(guān)頻率附近的諧波幅值與相角，可對級聯(lián)型逆變器的H橋單元短路故障進行判斷與定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對上述級聯(lián)型逆變器故障檢測的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種基于諧波分析的級聯(lián)逆變器H橋單元故障檢測方法，該方法是基于開關(guān)頻率諧波分析的用于載波移相PWM調(diào)制方式下的級聯(lián)型逆變器H橋單元短路故障檢測方法，該方法可以在不增加硬件電路的前提下進行故障判斷與定位，提高裝置的冗余性。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于諧波分析的級聯(lián)逆變器H橋單元故障檢測方法，該方法包括如下步驟:
[0007]步驟1:輸出交流電壓采樣:
[0008]步驟1.1:利用電壓傳感器采集級聯(lián)型逆變器的三相電壓為Vx。，其中X代表X相，即X = a，b，c，a，b，c為三相符號；將所述模擬信號vx。通過低通濾波器進行濾波，濾波后的信號為V x。，低通濾波器的截止頻率flp = 3fsw，fsw為級聯(lián)型逆變器H橋單元輸出電壓的開關(guān)頻率；
[0009]步驟1.2，對所述濾波后的模擬信號V' xo進行A/D采樣，采樣頻率fs為H橋單元輸出電壓開關(guān)頻率fsw的整數(shù)倍，采樣所得的離散信號記為Vx (k)，其中O≤k≤N-1，N為一個工頻周期內(nèi)采樣點的個數(shù)；
[0010]步驟2:開關(guān)頻率附近諧波提取與處理:
[0011]步驟2.1:計算所述離散信號Vx (k)在H橋單元輸出電壓開關(guān)頻率fsw附近的離散傅里葉變換結(jié)果，記為:
[0012]{Vx (nsw-n0)，Vx (nsw_n0+1)，…，Vx (n J，…，Vx (nsw+n0)}
[0013]其中nsw = fsw/f0,nsw為開關(guān)頻率諧波的次數(shù)，每相所取fsw附近諧波個數(shù)為21^+1 ；H橋單元輸出電壓開關(guān)頻率fsw，&=50取。
[0014]步驟2.2:計算諧波幅值與相角；將所述X相電壓離散傅里葉變換的結(jié)果分別與ι/N相乘并化為指數(shù)形式，得到各相開關(guān)頻率fsw附近的多次諧波，記為;
【權(quán)利要求】
1.一種基于諧波分析的級聯(lián)逆變器H橋單元故障檢測方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟1:輸出交流電壓采樣: 步驟1.1:利用電壓傳感器采集級聯(lián)型逆變器的三相電壓為Vx。，其中X代表X相，即X= a,b,c,a,b,c為三相符號；將所述模擬信號vx。通過低通濾波器進行濾波，濾波后的信號為V' x。，低通濾波器的截止頻率
【文檔編號】G01R31/02GK103529347SQ201310480072
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】季振東, 趙劍鋒, 劉巍, 孫毅超, 朱澤安 申請人:東南大學(xué)