本發(fā)明涉及一種電力電子變換器，特別涉及一種電壓調節(jié)裝置，以及該裝置的自檢方法。

背景技術：

電壓調節(jié)裝置串聯(lián)于電源與負荷之間，正常時，裝置處于旁路備用狀態(tài)，當電源電壓出現(xiàn)異常時，可以立即投入運行，輸出補償電壓，維持負荷電壓處于正常范圍，該裝置可以在電網(wǎng)短時電壓異常的情況下，保證負荷連續(xù)運行，避免異常停電。專利cn103457283b中介紹了該裝置典型的組成及工作原理，電壓調節(jié)裝置長時間通過固態(tài)開關進行旁路，僅僅在電網(wǎng)電壓出現(xiàn)異常時工作，因此，功率變換單元長時間處于待機狀態(tài)，由于功率變換單元中包含功率半導體器件，器件長期不工作，無法判定其是否損壞，當需要補充單元工作時，如果器件損壞，將導致設備無法實現(xiàn)補償功能，從而導致重要負荷失電，有必要對設備進行自檢，目前尚沒有較好的方法在裝置處于旁路備用狀態(tài)下實現(xiàn)自檢。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，在于提供一種電壓源型調節(jié)裝置及其自檢方法，其可實現(xiàn)高可靠性的自檢功能。

為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種電壓源型調節(jié)裝置，包括補能單元、儲能單元、功率變換單元、濾波隔離單元、固態(tài)開關單元、斷路器、電流采樣單元以及控制單元，其中，功率變換單元由功率半導體器件構成，用于將直流電變換為交流電；功率變換單元的直流端與儲能單元的輸出側連接，交流端與濾波隔離單元的原邊連接；濾波隔離單元的副邊與固態(tài)開關單元連接；補能單元的輸入側與電源側連接，輸出側與儲能單元的輸入側連接；電流采樣單元用于采集功率變換單元輸出的交流電流，并將信號送入控制單元，控制單元用于控制功率變換單元中功率半導體器件的開通或關斷。

上述功率變換單元由四組帶反并聯(lián)二極管的功率半導體器件構成，其中，第一功率半導體器件與第二功率半導體器件同向串聯(lián)構成第一橋臂，第三功率半導體器件與第四功率半導體器件同向串聯(lián)構成第二橋臂，第一橋臂與第二橋臂同向并聯(lián)；第一、三功率半導體器件的源極定義為直流正端，第二、四功率半導體器件的漏極定義為直流負端，第一橋臂中點與第二橋臂的中點定義為交流端。

上述功率變換單元中的功率半導體器件為igbt。

上述濾波隔離單元包括電阻、電容以及隔離變壓器，其中，電阻與電容構成阻容串聯(lián)連接，隔離變壓器的原邊與功率變換單元的交流端連接，隔離變壓器的副邊與阻容串聯(lián)連接并聯(lián)連接。

上述濾波隔離單元包括電阻、電容以及電感，其中，電阻與電容構成阻容串聯(lián)連接，電感的一端與功率變換單元的一個交流端連接，電感的另一端與阻容串聯(lián)連接的其中一端相連接，阻容串聯(lián)連接的另外一端與功率變換單元的另一個交流端連接。

上述固態(tài)開關單元包括第五、第六功率半導體器件和第一、第二二極管，其中，第五功率半導體器件與第一二極管反向并聯(lián)，第六功率半導體器件與第二二極管反向并聯(lián)；所述兩個并聯(lián)支路再反向串聯(lián)連接。

上述固態(tài)開關單元包括反向并聯(lián)連接的兩組半控型功率半導體器件。

一種電壓源型調節(jié)裝置的自檢方法，當固態(tài)開關單元閉合時，對調節(jié)裝置進行自檢，所述自檢方法包括如下步驟：

步驟1，設定自檢電流目標值，自檢電流目標值不超過控制功率變換單元中功率半導體器件所能夠耐受的最大電流；

步驟2，當收到自檢命令后，功率變換單元中的功率半導體器件開始工作；

步驟3，電流采樣單元實時檢測功率變換單元交流側輸出電流，并上送控制單元；

步驟4，當控制單元接收到的實測電流偏離自檢電流目標值時，控制單元調節(jié)功率半導體器件的開通關斷占空比；

步驟5，經(jīng)過調節(jié)后，如能夠將實測電流控制在自檢電流目標值附近，且保持穩(wěn)定，認為自檢成功，閉鎖功率變換單元中的功率半導體器件，等待下一次自檢指令；經(jīng)過調節(jié)后，如無法將實測電流控制在自檢電流目標值附近，認為自檢失敗，閉鎖功率變換單元中的功率半導體器件，并上送故障，閉合斷路器。

上述步驟4中，控制單元采用閉環(huán)矢量控制，或者采用滯環(huán)控制方式，將電流控制穩(wěn)定。

上述自檢命令以一定的周期自動循環(huán)發(fā)送，周期范圍為60s～3600s。

采用上述方案后，本發(fā)明通過循環(huán)下發(fā)自檢命令，周期性地使功率變換單元中的功率半導體器件工作，通過檢測電流的方式判斷設備是否正常，方法簡單易實現(xiàn)，極大地提高了裝置的可靠性。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明提供的裝置及方法僅增加很少的成本(電流采樣單元)即可實現(xiàn)設備的自檢，可在固態(tài)開關閉合的情況下，通過循環(huán)下發(fā)自檢命令，周期性的使功率變換單元中功率半導體器件工作，通過檢測電流的方式判斷設備是否正常，方法簡單易實現(xiàn)，極大的提高了裝置的可靠性。

(2)裝置在自檢時，完全不影響對負荷供電，自檢失敗后，上報故障，并合上斷路器，在此期間可對設備進行檢修。

(3)自檢過程中，電流流經(jīng)補能單元，儲能單元，功率變換單元，濾波隔離單元，當設備任一單元發(fā)生故障時，均能有效實現(xiàn)檢測，可對設備進行全面且準確的檢測。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置的第一實施例電路圖；

圖2是本發(fā)明裝置的第二實施例電路圖；

圖3是本發(fā)明裝置中固態(tài)開關單元的第一實施例電路圖；

圖4是本發(fā)明裝置中固態(tài)開關單元的第二實施例電路圖；

圖5是本發(fā)明進行自檢時的電流回路示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發(fā)明的技術方案及有益效果進行詳細說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種電壓源型調節(jié)裝置，包括補能單元5、儲能單元1、功率變換單元2、濾波隔離單元3、固態(tài)開關單元4、斷路器6、電流采樣單元7以及控制單元8，其中，所述功率變換單元2由功率半導體器件構成，可將直流電變換為交流電，功率變換單元2的直流端與儲能單元1的輸出側連接，交流端與濾波隔離單元3的原邊連接；濾波隔離單元3的副邊與固態(tài)開關單元4連接；補能單元5的輸入側與電源側連接，輸出側與儲能單元1的輸入側連接；電流采樣單元7可采集功率變換單元2輸出的交流電流，并將信號送入控制單元8，控制單元8可控制功率變換單元2中功率半導體器件的開通或關斷。

配合圖1和圖2所示，功率變換單元2由四組帶反并聯(lián)二極管的功率半導體器件構成，其中，第一功率半導體器件s1與第二功率半導體器件s2同向串聯(lián)構成第一橋臂，第三功率半導體器件s3與第四功率半導體器件s4同向串聯(lián)構成第二橋臂，第一橋臂與第二橋臂同向并聯(lián)；第一、三功率半導體器件的源極定義為直流正端，第二、四功率半導體器件的漏極定義為直流負端，第一橋臂中點與第二橋臂的中點定義為交流端。在本實施例中，功率變換單元2中的功率半導體器件為igbt，4組帶有反并聯(lián)二極管的igbt構成單相全橋變換器，作為功率變換單元。

如圖1所示，是本發(fā)明中濾波隔離單元3的第一種實施電路圖，包括電阻、電容以及隔離變壓器，其中，電阻與電容構成阻容串聯(lián)連接，隔離變壓器的原邊分別與前述兩個交流端連接，隔離變壓器的副邊與阻容串聯(lián)連接并聯(lián)連接。濾波隔離單元的第一實施例采用隔離變壓器、電阻以及電容構成濾波隔離回路，其中隔離變壓器的漏感可作為濾波支路的濾波電抗器，在起到濾波效果的同時，還能起到隔離升壓的作用。

如圖2所示，是本發(fā)明中濾波隔離單元3的第二種實施電路圖，包括電阻、電容以及電感，其中，電阻與電容構成阻容串聯(lián)連接，電感的一端與一個交流端連接，電感的另一端與阻容串聯(lián)連接的其中一端相連接，阻容串聯(lián)連接的另外一端與另一個交流端連接；此處濾波隔離單元采用了電力電子常見的lcr二階濾波器結構。

如圖3所示，是本發(fā)明中固態(tài)開關單元4的第一種實施電路圖，包括第五、第六功率半導體器件和第一、第二二極管，其中，第五功率半導體器件與第一二極管反向并聯(lián)，第六功率半導體器件與第二二極管反向并聯(lián)；所述兩個并聯(lián)支路再反向串聯(lián)連接，所述第五、第六功率半導體器件具有開通關斷能力，可以為igbt。

如圖4所示，是本發(fā)明中固態(tài)開關單元4的第二種實施電路圖，包括反向并聯(lián)連接的兩組半控型功率半導體器件，半控型功率半導體器件具體可以采用晶閘管。

基于以上調節(jié)裝置，本發(fā)明還提供一種電壓源型調節(jié)裝置的自檢方法，當固態(tài)開關單元閉合時，可對調節(jié)裝置進行自檢，包括如下步驟：

步驟1，設定自檢電流目標值，自檢電流目標值不超過控制功率變換單元中功率半導體器件所能夠耐受的最大電流；

在本實施例中，功率半導體器件耐受電流為1000a，可設置自檢電流目標值為200a。

步驟2，當收到自檢命令后，功率變換單元中的功率半導體器件開始工作；

功率變換單元中的功率半導體器件開始工作后，應設定很小的導通占空比，以防止發(fā)生過電流，應逐漸調節(jié)提高占空比。

步驟3，電流采樣單元實時檢測功率變換單元交流側輸出電流，并上送控制單元；

步驟4，當控制單元接收到的實測電流偏離自檢電流目標值時，控制單元調節(jié)功率半導體器件的開通關斷占空比；

此處可采用閉環(huán)矢量控制，或者采用滯環(huán)控制方式，將電流控制穩(wěn)定。

步驟5，經(jīng)過調節(jié)后，如能夠將實測電流控制在自檢電流目標值附近，且保持穩(wěn)定，認為自檢成功，閉鎖功率變換單元中的功率半導體器件，等待下一次自檢指令。

步驟6，經(jīng)過調節(jié)后，如無法將實測電流控制在自檢電流目標值附近，認為自檢失敗，閉鎖功率變換單元中的功率半導體器件，并上送故障，閉合斷路器。

所述自檢命令可以一定的周期自動循環(huán)發(fā)送，周期范圍為60s～3600s。在本實施例中，選擇循環(huán)周期為600s，即10分鐘進行一次自檢。

圖5為進行自檢時電流流經(jīng)回路的示意圖，當功率半導體器件工作時，此時4個igbt輪流導通，通過脈寬調制技術可輸出一個交流電壓，因為固態(tài)開關單元處于閉合狀態(tài)，此時回路等效為交流電壓源經(jīng)過一個電感后再流經(jīng)固態(tài)開關單元，由于電感僅對交流信號起到阻抗作用，且通常感值較小，因此輸出的電壓應為一個幅值較小的電壓信號，電壓施加在電感上，獲得電流，通過控制這個電流幅值即可。電流反映出整個回路的狀態(tài)，只有回路上的設備均正常，電流才能被控制在穩(wěn)定的設定值，由于在igbt工作時，設備會產(chǎn)生更大的損耗，因此儲能單元會消耗能量，需要補能單元持續(xù)為儲能單元補充能量，同時也驗證了儲能單元與補能單元是否能夠正常工作。

上述自檢方法利用了原有設備，僅增加一個電流采樣單元，就實現(xiàn)了全面的自檢過程，同時不影響設備的正常運行。

以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內。