一种大功率NPC三电平逆变器短路电流在线检测系统技术方案

本发明专利技术提供一种大功率NPC三电平逆变器短路电流在线检测系统，包括：di/dt检测单元，电流还原单元，短路检测单元，短路路径识别单元，电流状态显示单元。该系统在逆变器发生短路时仅需根据每相的正、负母线和负载电流以及电流变化速率即可迅速判断短路类别，识别故障线路，有助于分析短路故障原因。与现有的电流在线检测方法相比，该方法减少了电流检测单元，具有更好的实际可操作性，更强的检测功能和更低的检测成本。

An On-line Detection System for Short Circuit Current of High Power NPC Three-Level Inverter

The invention provides an on-line short-circuit current detection system for a high-power NPC three-level inverter, which comprises a di/dt detection unit, a current reduction unit, a short-circuit detection unit, a short-circuit path identification unit and a current status display unit. When short-circuit occurs in the inverters, the system can quickly judge the type of short-circuit and identify the fault line based on the positive and negative buses, load current and current change rate of each phase, which is helpful to analyze the cause of short-circuit fault. Compared with the existing on-line current detection methods, this method reduces the current detection unit, has better practical operability, stronger detection function and lower detection cost.

【技术实现步骤摘要】
一种大功率NPC三电平逆变器短路电流在线检测系统
本专利技术涉及电力电子器件检测领域，尤其涉及一种大功率NPC三电平逆变器短路电流在线检测系统。
技术介绍
中点钳位型（NPC）三电平逆变器是应用最为广泛的三电平拓扑结构，短路故障是影响系统可靠运行的重要因素，当系统发生短路故障时，传统的控制系统根据IGBT模块的驱动板检测短路故障，随后进行相应的停机操作。然而仅根据某一模块发出的短路故障是很难快速诊断引起短路故障的原因，尤其是在系统发生二次故障的情况下，所带来的故障连带效应妨碍了对短路故障因素的正确判断。传统的短路检测方法诸如退饱和法，di/dt检测法，门极电荷法等都只是为了实现快速的短路保护，无法提供具体的短路信息。目前可以通过提取IGBT模块的电流来检测短路状况，然而NPC型三电平单相拓扑共有4个IGBT模块和2个钳位二极管模块，若同时对每个模块电流进行独立检测，则对于常规三相大功率NPC三电平拓扑结构来说共需要18个电流检测单元，无疑增加了系统检测的成本。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种大功率NPC三电平逆变器IGBT模块电流在线检测系统，旨在解决上述问题。本专利技术既能够减少电流检测单元，还能够在发生短路故障时，准确判断发生短路故障的电流路径。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种大功率NPC三电平逆变器短路电流在线检测系统，包括：di/dt检测单元，电流还原单元，短路检测单元，短路路径识别单元，电流状态显示单元；di/dt检测单元第一输出端与电流还原单元第一输入端相连，di/dt检测单元第二输出端与短路检测单元第一输入端相连，电流还原单元第一输出端与短路检测单元第二输入端相连，电流还原单元第二输出端与电流状态显示单元第一输入端相连，短路检测单元第一输出端与短路路径识别单元第一输入端相连，短路路径识别单元第一输出端与电流状态显示单元第二输入端相连；其中：di/dt检测单元，用于检测流过单相正母线电流变化速率di+/dt、负母线电流变化速率di-/dt和负载的电流变化速率diL/dt；电流还原单元，用于将di/dt检测单元检测到的电流变化速率还原为所测的电流值；短路检测单元，用于检测短路状态，将所测得的电流信号以及电流变化速率信号与参考值进行比较，以判断是否发生短路故障，并向短路路径识别单元输出比较结果的输出信号；短路路径识别单元，用于判断短路路径，短路路径识别单元存有短路路径与比较输出信号的关系表，可通过查表得到短路路径；电流状态显示单元，用于显示每相输出正、负母线和负载电流，并在短路时显示短路路径。作为本专利技术的一种改进，所述di/dt检测单元采用柔性罗氏线圈，分别套在A相拓扑的正母线、负母线和负载处。作为本专利技术的一种改进，所述的电流还原单元采用积分电路分别对di/dt检测单元输出的正、负母线和负载电流变化率进行积分还原。作为本专利技术的一种改进，所述积分电路为复合式积分电路。作为本专利技术的一种改进，所述比较电路分别对负载处的正向电流和反向电流分别进行短路检测，对正母线和负母线的正向电流及其正向电流变化速率进行短路检测。作为本专利技术的一种改进，所述短路检测单元中正母线和负母线电流变化速率的比较电路前端应增设放大器。作为本专利技术的一种改进，所述短路路径识别单元将短路路径分为两类，一类是桥臂间短路路径，二类是桥臂内短路路径。所述桥臂间短路为逆变器负载发生短路，短路电流流经负载。所述桥臂内短路为桥臂中功率器件的击穿或者误导通引起的短路，短路电流不经过负载。作为本专利技术的一种改进，所述电流状态显示单元采用AD芯片将电流还原单元的输出信号VIL，VI+和VI-转化为数字信号，并与短路路径识别单元输出信号一并存储在计算机中。作为本专利技术的一种改进，为进一步减少电流检测单元的数量，降低检测系统成本，仅需测量任意两相负载电流可得出另一相的负载电流，另一相的负载电流为其他两相负载电流之和的负数。作为本专利技术的一种改进，所述电流还原单元由两个复合式积分电路和一个加法器组成。与现有短路检测方法相比，本专利技术无需对每一个模块进行电流检测，仅需检测每一相的正母线、负母线和负载处的电流，其不仅减少了电流检测单元，同时也减少了检测单元内罗氏线圈的个数。本专利技术不仅能够识别短路故障，还能确定短路电流流通的路径，为工程人员在诊断发生短路故障原因时，提供更为详细的参考，有助于提高短路故障诊断的效率。附图说明以下将结合附图对本专利技术作进一步说明：图1为短路电流检测系统；图2为本专利技术NPC三电平逆变器拓扑及罗氏线圈安放位置；图3为桥臂间短路电流路径；图4为桥臂内短路电流路径；图5为复合式积分电路；图6A相负载电流检测电路；图7改进的A相负载电流检测电路；图8短路路径识别规则表。具体实施方式：为了能够更清楚地理解本
技术实现思路
，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细描述。实施例1：参见图1，一种大功率NPC三电平逆变器短路电流在线检测系统，本专利技术的短路电流检测系统包括：di/dt检测单元，电流还原单元，短路检测单元，短路路径识别单元，电流状态显示单元。di/dt检测单元第一输出端与电流还原单元第一输入端相连，di/dt检测单元第二输出端与短路检测单元第一输入端相连，电流还原单元第一输出端与短路检测单元第二输入端相连，电流还原单元第二输出端与电流状态显示单元第一输入端相连，短路检测单元第一输出端与短路路径识别单元第一输入端相连，短路路径识别单元第一输出端与电流状态显示单元第二输入端相连；其中：di/dt检测单元用于检测流过单相正母线电流变化速率di+/dt、负母线电流变化速率di-/dt和负载的电流变化速率diL/dt；电流还原单元，用于di/dt检测单元检测到的电流变化速率还原为所测的电流值；短路检测单元，用于检测短路状态，将所测得的电流信号以及电流变化速率信号与参考值进行比较，以判断是否发生短路故障，并向短路路径识别单元输出比较结果的输出信号；短路路径识别单元，用于判断短路路径，所述的短路路径识别单元存有短路路径与比较输出信号的关系表，可通过查表得到短路路径；电流状态显示单元，用于存储每相输出的正、负母线和负载电流，并在短路时显示对应的短路路径。di/dt检测单元采用柔性罗氏线圈，柔性罗氏线圈由于其形状是可变的，适用于安装并测量表面积较大的导体的电流。将罗氏线圈分别套在A相拓扑的正母线、负母线和负载处，罗氏线圈的安放位置参照图2，QA1~QA3为A相罗氏线圈安放位置，QB1~QB3为B相罗氏线圈安放位置，QC1~QC3为C相罗氏线圈安放位置，由于NPC三电平拓扑三相对称，仅对一相分析即可，以A相拓扑为例进行分析。电流还原单元，采用三个复合式积分电路分别对罗氏线圈输出的正、负母线和负载电流变化率进行积分还原。复合式积分电路包括无源积分电路和有源积分电路，既可以通过无源积分电路还原高频电流也可以通过有源积分电路还原低频电流，有助于提高短路电流测量精度。如本实施例图5所示，该复合式积分电路包括放电电阻RS，五个电阻R1~R5，两个电容C1~C2，两个运算放大器U1~U2。放电电阻RS一端与电阻R2一端连接并接收柔性罗氏线圈输出信号，放电电阻RS另一端接地；电阻R2一端、电容C2一端和运算放大器U1正输入端相连；电容C2另一端接地；电阻R1一端、电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率NPC三电平逆变器短路电流在线检测系统，所述检测系统包括：di/dt检测单元，电流还原单元，短路检测单元，短路路径识别单元，以及电流状态显示单元；其特征在于，di/dt检测单元第一输出端与电流还原单元第一输入端相连，di/dt检测单元第二输出端与短路检测单元第一输入端相连，电流还原单元第一输出端与短路检测单元第二输入端相连，电流还原单元第二输出端与电流状态显示单元第一输入端相连，短路检测单元第一输出端与短路路径识别单元第一输入端相连，短路路径识别单元第一输出端与电流状态显示单元第二输入端相连；其中：所述di/dt检测单元，用于检测流过单相正母线电流变化速率di+/dt、负母线电流变化速率di‑/dt和负载的电流变化速率diL/dt；所述电流还原单元，用于将di/dt检测单元检测到的电流变化速率还原为所测的电流值；所述短路检测单元，用于检测短路状态，将所测得的电流信号以及电流变化速率信号与参考值进行比较，以判断是否发生短路故障，并向短路路径识别单元输出比较结果的输出信号；所述短路路径识别单元，用于判断短路路径，所述的短路路径识别单元存有短路路径与比较输出信号的关系表，可通过查表得到短路路径；所述电流状态显示单元，用于存储并显示每相输出正、负母线和负载电流，并在短路时显示短路路径。...

【技术特征摘要】
1.一种大功率NPC三电平逆变器短路电流在线检测系统，所述检测系统包括：di/dt检测单元，电流还原单元，短路检测单元，短路路径识别单元，以及电流状态显示单元；其特征在于，di/dt检测单元第一输出端与电流还原单元第一输入端相连，di/dt检测单元第二输出端与短路检测单元第一输入端相连，电流还原单元第一输出端与短路检测单元第二输入端相连，电流还原单元第二输出端与电流状态显示单元第一输入端相连，短路检测单元第一输出端与短路路径识别单元第一输入端相连，短路路径识别单元第一输出端与电流状态显示单元第二输入端相连；其中：所述di/dt检测单元，用于检测流过单相正母线电流变化速率di+/dt、负母线电流变化速率di-/dt和负载的电流变化速率diL/dt；所述电流还原单元，用于将di/dt检测单元检测到的电流变化速率还原为所测的电流值；所述短路检测单元，用于检测短路状态，将所测得的电流信号以及电流变化速率信号与参考值进行比较，以判断是否发生短路故障，并向短路路径识别单元输出比较结果的输出信号；所述短路路径识别单元，用于判断短路路径，所述的短路路径识别单元存有短路路径与比较输出信号的关系表，可通过查表得到短路路径；所述电流状态显示单元，用于存储并显示每相输出正、负母线和负载电流，并在短路时显示短路路径。2.根据权利要求1所述的一种大功率NPC三电平逆变器短路电流在线检测系统，其特征在于，所述di/dt检测单元采用柔性罗氏线圈，分别套在A相拓扑的正母线、负母线和负载处。3.根据权利要求1所述的一种大功率NPC三电平逆变器短路电流在线检测系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭国俊，张经纬，何凤有，耿程飞，
申请(专利权)人：徐州中矿大传动与自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32