本發(fā)明的主題是一種用于監(jiān)視功率轉(zhuǎn)換器中DC鏈路電容的方法，其在電子設(shè)備的狀況監(jiān)視中是有用的。

背景技術(shù)：

轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中的許多被認(rèn)作為對(duì)于工廠生產(chǎn)過程（plant production process）是關(guān)鍵的。在現(xiàn)代功率轉(zhuǎn)換器中給出增強(qiáng)的功能性是在世界范圍市場(chǎng)中獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的方式。對(duì)客戶的價(jià)值之一來(lái)自于關(guān)鍵設(shè)備的低成本狀況監(jiān)視以及來(lái)自于最佳的維護(hù)成本。DC鏈路是功率轉(zhuǎn)換器電路的元件之一。盡管設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)DC鏈路時(shí)花費(fèi)了很多的精力，但DC鏈路的崩潰以及失效仍然會(huì)發(fā)生。不幸的是，這意味著整個(gè)轉(zhuǎn)換器必須以緊急模式被關(guān)閉以便被修復(fù)。當(dāng)前，DC鏈路的監(jiān)視正成為來(lái)自客戶側(cè)，以及來(lái)自轉(zhuǎn)換器制造商的期望特征之一。

對(duì)功率轉(zhuǎn)換器的更高效率以及可靠性的日益增大的需求，迫使用于改善它們性能的新方法的引進(jìn)。方式中的一種是對(duì)于轉(zhuǎn)換器的元件提供詳細(xì)的狀況監(jiān)視特征，確保整體裝置狀態(tài)的跟蹤。保證DC鏈路電容級(jí)別的恰當(dāng)監(jiān)視是對(duì)于轉(zhuǎn)換器狀態(tài)確定的解決方案之一。電容器惡化經(jīng)常通過ESR中的增大以及有效電容中的減小來(lái)顯現(xiàn)。ESR增大的較早檢測(cè)允許防止性的減輕動(dòng)作—即，調(diào)度關(guān)閉和修復(fù)。此外，它對(duì)直到失效可能發(fā)生前的預(yù)期操作時(shí)間的評(píng)估也是有幫助的。防止超過指定級(jí)別的ESR值的增長(zhǎng)提供了維護(hù)被轉(zhuǎn)換功率的質(zhì)量，并保護(hù)轉(zhuǎn)換器免于DC鏈路失效。

從專利US 2010/0295554 A1已知，有一種用于在使用的地方監(jiān)視諸如頻率轉(zhuǎn)換器的功率電子器具（appliance）的DC電壓中間（intermediate）電路的電容器布置的狀況的系統(tǒng)與方法，在該方法中按照時(shí)間的函數(shù)的電容器布置上的放電電壓被測(cè)量，且在該方法中中間電路采用預(yù)定DC電壓被預(yù)充電、預(yù)充電從中間電路被移除、中間電路的電壓通過在規(guī)律間隔進(jìn)行取樣來(lái)被測(cè)量、按照時(shí)間的函數(shù)的電壓降在中間電路的測(cè)量電壓的基礎(chǔ)上被確定、電容或在它中的相對(duì)改變?cè)陔妷航档幕A(chǔ)上被確定、被確定的電容的值或在它中的相對(duì)改變的值在電壓降的基礎(chǔ)上與預(yù)定限制值進(jìn)行比較、且在用測(cè)量來(lái)確定的值達(dá)到預(yù)定限制值或接近于它的時(shí)候，必要的狀況監(jiān)視規(guī)程被執(zhí)行。該方法的劣勢(shì)是對(duì)執(zhí)行放電曲線的初始測(cè)量以及每次在啟動(dòng)轉(zhuǎn)換器前執(zhí)行測(cè)量的需要，因而它不能連續(xù)地被在線使用。

從專利US6381158B1已知，有一種用于監(jiān)視三級(jí)逆變器中DC鏈路電容的方法與系統(tǒng)，其中信號(hào)被注入到逆變器驅(qū)動(dòng)（drive）的中性點(diǎn)調(diào)節(jié)器中，且對(duì)那個(gè)注入信號(hào)的響應(yīng)被監(jiān)視為該逆變器驅(qū)動(dòng)的電容的指示。該方法的劣勢(shì)是用于額外裝置（其負(fù)責(zé)信號(hào)注入）的額外無(wú)源元件的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供依據(jù)權(quán)利要求1的、用于監(jiān)視功率轉(zhuǎn)換器中DC鏈路的一種診斷方法。

本發(fā)明相對(duì)于先前描述的現(xiàn)有方法是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樗试S在功率轉(zhuǎn)換器內(nèi)部使用更少測(cè)量裝置來(lái)監(jiān)視DC鏈路，即只有DC鏈路電壓測(cè)量裝置被使用。此外，在依據(jù)本發(fā)明的該方法中，演算過程被簡(jiǎn)化，且因而不要求顯著的演算功率。還通過使用與逆變器開關(guān)信號(hào)的同步，通過降低算法復(fù)雜度在軟件中的進(jìn)一步簡(jiǎn)化以及通過降低元件的數(shù)量在硬件中的進(jìn)一步簡(jiǎn)化被實(shí)現(xiàn)，因此本發(fā)明方法允許在監(jiān)視DC鏈路電容期間節(jié)省時(shí)間。

附圖說明

圖1是功率轉(zhuǎn)換器等效系統(tǒng)的圖，

圖2是依照本發(fā)明的、對(duì)于用于監(jiān)視DC鏈路的方法所執(zhí)行的操作的圖，

圖3是基礎(chǔ)DC鏈路電路的電方案，

圖4是在用于指示連續(xù)觸發(fā)信號(hào)S_TRIG的時(shí)間段期間測(cè)量的參數(shù)的繪圖，

圖5是在用于呈現(xiàn)DC鏈路電流重構(gòu)原則的時(shí)間段期間測(cè)量的電流的繪圖。

具體實(shí)施方式

功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括具有整流單元（rectifying unit）2、DC鏈路單元3、逆變器單元4的功率轉(zhuǎn)換器電路1，且功率轉(zhuǎn)換器電路1與轉(zhuǎn)換器控制單元5和DC鏈路監(jiān)視單元6相連接。轉(zhuǎn)換器控制單元5和DC鏈路監(jiān)視單元6可被組合在單個(gè)單元（其沒有被呈現(xiàn)在圖中）中。功率轉(zhuǎn)換器電路1、控制單元5以及DC鏈路監(jiān)視單元6通過三相功率供給線路a、b、c被供給功率。整流單元2具有至少兩個(gè)固態(tài)開關(guān)2a、2b、2c，形成對(duì)于每一個(gè)相a、b、c的逆變器開關(guān)分支（leg），以用于將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成DC輸出電壓。整流單元2的固態(tài)開關(guān)是可能的已知種類之一—例如，二極管、晶體管、晶閘管等。DC鏈路單元3包括至少一個(gè)DC鏈路電路7和DC鏈路電壓測(cè)量裝置8。DC鏈路電路7包括呈現(xiàn)在圖3中的電容器以及串聯(lián)電阻ESR的等效體。逆變器單元4具有至少兩個(gè)固態(tài)開關(guān)3a、3b、3c，形成對(duì)于每一個(gè)相a、b、c的整流開關(guān)分支，以用于將DC輸入電壓轉(zhuǎn)換成AC輸出電壓。逆變單元4的固態(tài)開關(guān)能夠是可能的已知種類之一—例如，晶體管、晶閘管等。轉(zhuǎn)換器控制單元5是計(jì)算機(jī)裝置，其具有數(shù)據(jù)采集模塊9，數(shù)據(jù)采集模塊9用于接收并處理輸入信號(hào)，諸如：由安裝在功率供給線路a、b、c上的傳感器10測(cè)量的電流I_a、I_b、I_c，以及連接到電路7的DC鏈路單元3的電壓U_DC。轉(zhuǎn)換器控制單元5還裝備有輸出模塊11，其用于生成對(duì)于整流單元2的固態(tài)開關(guān)2a、2b、2c和對(duì)于逆變單元3的固態(tài)開關(guān)3a、3b、3c的開關(guān)信號(hào)。轉(zhuǎn)換器控制電路5也裝備有警報(bào)生成模塊12，用于比較初始電容C_int和總電容C，并且用于如果某個(gè)狀況被滿足則生成警報(bào)。DC鏈路監(jiān)視單元6是計(jì)算機(jī)裝置，其具有處理單元13，處理單元13用于接收并處理輸入信號(hào)，諸如：電流I_a、I_b、I_c，和DC鏈路單元3的電壓U_DC，以及來(lái)自開關(guān)2a、2b、2c、3a、3b、3c的信號(hào)。DC鏈路監(jiān)視單元6裝備有演算模塊14，用于演算ESR（等效串聯(lián)電阻）的指標(biāo)以及用于DC鏈路單元3的總電容C的演算。

本發(fā)明方法依據(jù)圖2中呈現(xiàn)的以下步驟20-28來(lái)實(shí)現(xiàn)。

步驟20

檢查是否有由用戶提供的Cinit值。

通過DC鏈路電壓測(cè)量裝置8測(cè)量DC鏈路電壓U_DC，以及通過傳感器10測(cè)量三相功率供給線路a、b、c的電流I_a、I_b、I_c。

步驟21

在轉(zhuǎn)換器控制單元5中演算整流器單元2的整流器開關(guān)信號(hào)S_aREC、S_bREC、S_cREC以及逆變器單元3的逆變器開關(guān)信號(hào)S_aINV、S_bINV、S_cINV，該演算使用了對(duì)于此類演算的已知控制方法，諸如，場(chǎng)定向控制方法、標(biāo)量控制方法、直接扭矩（direct torque）控制方法，并將所演算的數(shù)據(jù)發(fā)送到整流器單元2、逆變器單元3以及DC鏈路監(jiān)視單元6。該演算在轉(zhuǎn)換器控制單元5中被實(shí)現(xiàn)。所述開關(guān)信號(hào)能夠采用以下的值，其依據(jù)以下公式：

步驟22

通過比較每一個(gè)單獨(dú)的開關(guān)信號(hào)與所有其余的開關(guān)信號(hào)來(lái)生成觸發(fā)信號(hào)S_TRIG，且當(dāng)S_aINV==S_bINV==S_cINV時(shí)則該觸發(fā)信號(hào)S_TRIG具有等于1的值。

確定對(duì)于觸發(fā)信號(hào)S_TRIG的觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t，以及將時(shí)間t中的測(cè)量電流I_a、I_b、I_c指示為I_a（t）、I_b（t）、I_c（t），其中觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t被定義為在觸發(fā)信號(hào)S_TRIG的開始T_on和停止T_off之間的時(shí)間，其中k-n是觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t的連續(xù)編號(hào)，其被呈現(xiàn)在圖4中且依據(jù)以下公式被描述：

步驟23

確定在觸發(fā)時(shí)間t來(lái)自轉(zhuǎn)換器控制單元5的整流單元2的開關(guān)信號(hào)S_aREC、S_bREC、S_cREC為S_aREC(t)、S_bREC(t)、S_cREC（t），以及確定在觸發(fā)時(shí)間t的DC鏈路電壓U_dc和三相功率供給線路a、b、c的電流I_a、I_b、I_c為U_dc（t）、I_a（t）、I_b（t）、I_c（t）。

步驟24

通過將在觸發(fā)時(shí)間t的相電流I_a（t）、I_b（t）、I_c（t）乘以在觸發(fā)時(shí)間t的對(duì)應(yīng)整流開關(guān)信號(hào)S_aREC(t)、S_bREC(t)、S_cREC（t），并對(duì)所有結(jié)果進(jìn)行求和來(lái)重構(gòu)DC鏈路電流，其被呈現(xiàn)在圖5中且依據(jù)以下公式被描述：

其中：

I_a（t）是在觸發(fā)時(shí)間t，對(duì)于相a的測(cè)量電流，

I_b（t）是在觸發(fā)時(shí)間t，對(duì)于相b的測(cè)量電流，

I_c（t）是在觸發(fā)時(shí)間t，對(duì)于相c的測(cè)量電流，

S_aREC(t)是在觸發(fā)時(shí)間t，對(duì)于相a的整流單元的開關(guān)信號(hào)的值，

S_bREC(t)是在觸發(fā)時(shí)間t，對(duì)于相b的整流單元的開關(guān)信號(hào)的值，

S_cREC(t)是在觸發(fā)時(shí)間t，對(duì)于相c的整流單元的開關(guān)信號(hào)的值。

步驟25

在監(jiān)視單元6中演算等效串聯(lián)電阻（ESR）的指標(biāo)，其要求DC鏈路電壓U_DC測(cè)量電壓和使用等式3獲得的I_DC電流以及由用戶提供的初始DC鏈路電容，該演算依據(jù)以下公式：

其中：

U_DC（t）是在觸發(fā)時(shí)間t測(cè)量的DC鏈路電壓，

C_init是存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)換器控制單元5中的初始DC鏈路電容，

I_DC（t）是在觸發(fā)時(shí)間t演算的DC鏈路電流，

T_on是觸發(fā)信號(hào)S_TRIG的開始時(shí)間，

T_off是觸發(fā)信號(hào)S_TRIG的停止時(shí)間。

步驟26

演算總DC鏈路電容C（以百分比），其要求用到使用等式3獲得的I_DC電流、使用等式4獲得的ESR指標(biāo)、以及測(cè)量的DC鏈路電壓，該演算依據(jù)以下公式：

其中：

I_DC（t）是演算的被重構(gòu)DC鏈路電流，

U_DC（t）是測(cè)量的DC鏈路電壓，

ESR（t）是演算的等效串聯(lián)電阻。

步驟27

在警報(bào)生成模塊12中比較初始電容C_init與演算的總電容C，這是依據(jù)以下公式：

其中，的值是依賴于轉(zhuǎn)換器的標(biāo)稱功率、由用戶給定的閾值，例如對(duì)于1MW功率的轉(zhuǎn)化器，的值優(yōu)選是0.7。

步驟28

如果閾值被超過則生成警報(bào)，并從警報(bào)生成模塊12發(fā)送命令到輸出模塊11，其中整流單元2的整流開關(guān)信號(hào)S_aREC、S_bREC、S_cREC和逆變器單元4的逆變器開關(guān)信號(hào)S_aINV、S_bINV、S_cINV被設(shè)置為0，這些信號(hào)自動(dòng)地關(guān)閉轉(zhuǎn)換器電路1。在所有其它的情境中，步驟22-27被重復(fù)。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種用于監(jiān)視功率轉(zhuǎn)換器中DC鏈路電容的方法，包括以下步驟：

測(cè)量相a、b、c的電流，

測(cè)量DC鏈路單元3的電壓并設(shè)置所述DC鏈路的初始電容C_int，其中所述DC鏈路的所述初始電容由用戶給定，

確定對(duì)于每一個(gè)相a、b、c的整流器的整流器開關(guān)狀態(tài)和逆變器的逆變器開關(guān)狀態(tài)，其中所述開關(guān)狀態(tài)具有等于0或1的值，

當(dāng)對(duì)于每一個(gè)相a、b、c的所述逆變器的逆變器開關(guān)狀態(tài)的值具有相等值時(shí)生成觸發(fā)信號(hào)S_TRIG，并確定對(duì)于所生成的觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t，

確定在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t對(duì)于每一個(gè)相a、b、c的所述整流器單元2的整流器開關(guān)狀態(tài)和相a、b、c的演算電流，以及在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t所述DC鏈路的電壓，

使用以下公式來(lái)重構(gòu)在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t的DC鏈路電流I_DC（t）：

其中：

I_a（t）是在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t對(duì)于相a的測(cè)量電流，

I_b（t）是在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t對(duì)于相b的測(cè)量電流，

I_c（t）是在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t對(duì)于相c的測(cè)量電流，

S_aREC（t）是在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t對(duì)于相a的整流單元的開關(guān)信號(hào)的值，

S_bREC（t）是在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t對(duì)于相b的整流單元的開關(guān)信號(hào)的值，

S_cREC（t）是在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t對(duì)于相c的整流單元的開關(guān)信號(hào)的值，

依照以下公式演算在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t對(duì)于所述DC鏈路電壓的指標(biāo)ERS（等效串聯(lián)電阻）：

其中：

U_DC（t）是在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t測(cè)量的DC鏈路電壓，

C_init是由用戶給定的初始DC鏈路電容，并被存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)換器控制單元中，

I_DC（t）是在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t，DC鏈路的重構(gòu)電流，

T_on是所述觸發(fā)信號(hào)S_TRIG的開始時(shí)間，

T_off是所述觸發(fā)信號(hào)S_TRIG的停止時(shí)間，

依照以下公式來(lái)演算總DC鏈路電容C：

其中：

I_DC（t）是在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t的演算DC鏈路電流，

U_DC（t）是在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t的測(cè)量DC鏈路電壓，

ESR（t）是在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t的演算等效串聯(lián)電阻指標(biāo)，

比較總DC鏈路電容C的值與所述初始DC鏈路電容C_int，以及在所述初始DC鏈路電容C_int大于由用戶給定的閾值時(shí)觸發(fā)警報(bào)。

2.一種用于監(jiān)視功率轉(zhuǎn)換器中DC鏈路電容的系統(tǒng)，包括功率轉(zhuǎn)換器電路（1），所述功率轉(zhuǎn)換器電路（1）帶有與轉(zhuǎn)換器控制單元（5）和與DC監(jiān)視單元（6）以及與用于測(cè)量所述系統(tǒng)的電參數(shù)的部件相連接的整流單元（2）、DC鏈路單元（3）、逆變器單元（4），特征在于所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：

用于設(shè)置所述DC鏈路的初始電容C_int的部件，其中所述DC鏈路的所述初始電容在計(jì)算機(jī)裝置中由用戶給定，

在所述計(jì)算機(jī)裝置中對(duì)于每一個(gè)相a、b、c實(shí)現(xiàn)的用于確定所述逆變器單元（4）的逆變器開關(guān)狀態(tài)的部件和用于確定所述整流器單元（2）的整流器開關(guān)狀態(tài)的部件，

在所述轉(zhuǎn)換器控制單元（5）中實(shí)現(xiàn)的用于比較逆變器開關(guān)狀態(tài)的值并用于在對(duì)于每一個(gè)相a、b、c的所述逆變器單元（4）的逆變器開關(guān)狀態(tài)的值具有相等值時(shí)生成觸發(fā)信號(hào)S_TRIG的部件，

在所述轉(zhuǎn)換器控制單元（5）中實(shí)現(xiàn)的用于確定觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t的部件，

用于確定在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t對(duì)于每一個(gè)相a、b、c的所述整流器單元（2）的整流器開關(guān)狀態(tài)和相a、b、c的演算電流，以及在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t所述DC鏈路單元（3）的電壓的部件，

用于重構(gòu)在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t的DC鏈路電流的部件，

用于演算在所述觸發(fā)時(shí)間持續(xù)期t對(duì)于所述DC鏈路單元（3）電壓的指標(biāo)ERS（等效串聯(lián)電阻）的部件，以及用于演算總DC鏈路單元（3）電容C的部件，

用于比較總DC鏈路單元（3）電容C的值與所述初始DC鏈路電容C_int的部件，

用于在所述初始DC鏈路電容C_int大于由用戶給定的閾值時(shí)觸發(fā)警報(bào)的部件。

3.依據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，特征在于所述轉(zhuǎn)換器電路1包括分別連接到所述整流單元（2）和逆變器單元4的開關(guān)分支的固態(tài)開關(guān)（2a、2b、2c）和（3a、3b、3c）。

4.依據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，特征在于所述固態(tài)開關(guān)（2a、2b、2c）和（3a、3b、3c）具有二極管或晶體管或晶閘管的形式。

5.一種用于監(jiān)視功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中DC鏈路電容的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序可加載在具有DC監(jiān)視裝置（6）的形式的計(jì)算機(jī)裝置的數(shù)據(jù)處理單元（13）中并在所述數(shù)據(jù)處理單元（13）上可運(yùn)行，且所述計(jì)算機(jī)程序在由所述計(jì)算機(jī)裝置的所述數(shù)據(jù)處理單元（13）運(yùn)行時(shí)執(zhí)行依據(jù)權(quán)利要求1的所述方法。