[發明專利]一種基于諧波分析的級聯逆變器H橋單元故障檢測方法

有效

• 申請號: 201310480072.6
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103529347A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 季振東;趙劍鋒;劉巍;孫毅超;朱澤安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R31/02
• 分類號: G01R31/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明屬于高壓大功率電力電子技術在電力系統中的應用技術領域，涉及基于開關頻率諧波分析的載波移相PWM（脈寬調制）方式下的級聯型逆變器H橋單元短路故障檢測方法。

背景技術

近年來，隨著工業與電力技術的發展，H橋級聯結構在并網逆變、儲能、電力電子變壓器等領域成為了研究的熱點。H橋級聯型逆變器具有功率容量大、開關器件應力小、諧波含量低等優點，因此被廣泛應用在各種電氣裝置中。

級聯型逆變器在結構上易于模塊化實現，并具有較低開關損耗和諧波輸出。但由于其采用了多個H橋單元串聯的結構，其結構復雜性和控制復雜性增加了其發生故障的可能性。級聯型逆變器常應用于風力發電機、電力電子變壓器等重要場合，如果其發生故障卻未得到及時有效的處理，其帶來的后果非常嚴重。這就對級聯型逆變器的冗余技術提出了更高的要求，而冗余技術的前提是故障檢測，包括故障判斷和故障定位，即能根據一定特征判斷級聯型逆變器是否發生故障，并確定故障的位置。

H橋級聯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，例如在每個H橋單元是輸出側裝設電壓傳感器，但此方法不僅大大增加了成本，而且加大了系統復雜度，降低了裝置的可靠性。在軟件方法方面，針對級聯型逆變器故障檢測方面研究非常少，考慮到級聯型逆變器的單相鏈節中的各個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頻率處的諧波也會分別移相一定角度，根據對級聯型逆變器的單相輸出電壓的分析，得到開關頻率附近的諧波幅值與相角，可對級聯型逆變器的H橋單元短路故障進行判斷與定位。

發明內容

發明目的：針對上述級聯型逆變器故障檢測的問題，本發明的目的在于提出一種基于諧波分析的級聯逆變器H橋單元故障檢測方法，該方法是基于開關頻率諧波分析的用于載波移相PWM調制方式下的級聯型逆變器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。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于諧波分析的級聯逆變器H橋單元故障檢測方法，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型逆變器的三相電壓為v_xo，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v_xo通過低通濾波器進行濾波，濾波后的信號為v′_xo，低通濾波器的截止頻率f_lp＝3f_sw，f_sw為級聯型逆變器H橋單元輸出電壓的開關頻率；

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f_s為H橋單元輸出電壓開關頻率f_sw的整數倍，采樣所得的離散信號記為v_x(k)，其中0≤k≤N-1，N為一個工頻周期內采樣點的個數；

步驟2：開關頻率附近諧波提取與處理：

步驟2.1：計算所述離散信號v_x(k)在H橋單元輸出電壓開關頻率f_sw附近的離散傅里葉變換結果，記為：

{V_x(n_sw-n₀),V_x(n_sw-n₀+1),…,V_x(n_sw),…,V_x(n_sw+n₀)}

其中n_sw＝f_sw/f₀，n_sw為開關頻率諧波的次數，每相所取f_sw附近諧波個數為2n₀+1；H橋單元輸出電壓開關頻率f_sw，f₀=50Hz。