一种模块化多电平储能系统开路故障诊断装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及电力系统故障诊断技术领域，提供一种模块化多电平储能系统开路故障诊断装置。该装置包括硬件检测单元、微处理器控制单元、通讯单元、上位机；硬件检测单元包括n个包括电压比较部分、信号隔离转换部分的硬件检测电路；电压比较部分包括比较器、两组采样电阻；信号隔离转换部分包括高速光耦，比较器的输出端与高速光耦的输入端连接；微处理器控制单元包括FPGA；高速光耦的输出端与FPGA的输入端电连接，FPGA的输出端与通讯单元电连接，通讯单元与上位机电连接或无线连接。本实用新型专利技术能够摆脱对控制器性能的依赖，响应速度高、容易实现，且能够在超级电容模组宽工作电压范围内实现对系统开路故障的快速诊断、准确定位。

An open circuit fault diagnosis device for modular multilevel energy storage system

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平储能系统开路故障诊断装置
本技术涉及电力系统故障诊断
，特别是涉及一种模块化多电平储能系统开路故障诊断装置。
技术介绍
近年来，模块化多电平换流器(MMC)因其优越的性能、灵活的组合模式以及高耐压等特点被广泛应用于高电压、大功率等场合。模块化多电平变换器作为能量传递的桥梁，在系统中起着至关重要的作用，其安全性及可靠性影响着系统的安全运行。但是，随着串联半桥变换器数量的增多，模块化多电平变换器出现故障的概率随之增大，因此如何快速准确地对系统故障进行实时检测、诊断及定位显得尤为重要。目前随着高压直流输电技术的快速发展，为了提高MMC的可靠性，大量关于功率变换器开路故障诊断的装置被提出。但是多数诊断方式均为基于算法的诊断方式，随着模组串联数量增多，对控制器的性能要求也随之增加，控制器的性能会影响故障诊断速度。现有技术对控制器性能的依赖程度较高，响应速度较低，数学运算复杂，实现较难，很难在超级电容模组宽工作电压范围内实现对系统开路故障的快速诊断。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术提供一种模块化多电平储能系统开路故障诊断装置，能够摆脱对控制器性能的依赖，响应速度高、数学运算简单、容易实现，且能够在超级电容模组宽工作电压范围内实现对系统开路故障的快速诊断、准确定位。本技术的技术方案为：一种模块化多电平储能系统开路故障诊断装置，所述储能系统中设有模块化多电平直流变换器，所述模块化多电平直流变换器包括n个半桥变换器，所述n个半桥变换器依次串联后与电感L串联、与直流母线支撑电容Cs并联，直流母线支撑电容Cs还并联有串联连接的直流母线等效电阻Rs与直流母线电源Us，第i∈{1,2,...,n}个半桥变换器包括第i个超级电容模组，第i个超级电容模组串联连接有上开关管Si1、下开关管Si2，上开关管Si1、下开关管Si2分别并联有上功率管VDi1、下功率管VDi2，其特征在于：包括硬件检测单元、微处理器控制单元、通讯单元、上位机；所述硬件检测单元包括n个硬件检测电路，第i个硬件检测电路设置在第i个半桥变换器的输出侧，所述第i个硬件检测电路包括电压比较部分、信号隔离转换部分；所述电压比较部分包括比较器、第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第三采样电阻R3、第四采样电阻R4，所述第一采样电阻R1、第二采样电阻R2串联后与第i个超级电容模组并联，所述第三采样电阻R3、第四采样电阻R4串联后与下开关管Si2并联，所述第一采样电阻R1、第四采样电阻R4的下端均与第i个超级电容模组的负极连接，所述第一采样电阻R1、第二采样电阻R2的连接点与所述比较器的第一电压输入端UIN1,i连接，所述第三采样电阻R3、第四采样电阻R4的连接点与所述比较器的第二电压输入端UIN2,i连接；所述信号隔离转换部分包括高速光耦，所述比较器的输出端与高速光耦的输入端连接；所述微处理器控制单元包括FPGA；所述高速光耦的输出端与FPGA的输入端电连接，所述FPGA的输出端与通讯单元电连接，所述通讯单元与上位机电连接或无线连接。本技术的有益效果为：本技术的模块化多电平储能系统开路故障诊断装置通过分析正常及故障时半桥子模组下桥臂承受电压不同，利用简单的硬件检测电路实时对半桥子模组的运行工况进行检测，现场可编程门阵列中的故障诊断算法结合硬件检测电路的检测结果和半桥驱动信号实现快速开路故障诊断。本技术不仅能够摆脱对控制器性能的依赖，同时具有较高响应速度，而且避免了复杂的数学运算，容易实现，能够在超级电容模组宽工作电压范围内实现对系统的开路故障快速诊断、准确定位，提升超级电容储能系统的安全性及可靠性。附图说明图1为本技术的模块化多电平储能系统开路故障诊断装置的结构示意图；图2为具体实施方式中模块化多电平直流变换器的拓扑结构图；图3为具体实施方式中本技术模块化多电平储能系统开路故障诊断装置与模块化多电平直流变换器之间的连接关系示意图；图4为具体实施方式中FPGA中的故障诊断算法的结构示意图；图5为上桥臂开路故障下半桥变换器的状态示意图；图6为下桥臂开路故障下半桥变换器的状态示意图；图7为上、下桥臂同时开路故障下半桥变换器的状态示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施方式，对本技术作进一步描述。本技术的模块化多电平储能系统开路故障诊断装置用于对模块化多电平储能系统进行开路故障诊断，如图2所示，为模块化多电平直流变换器的拓扑结构图。所述储能系统中设有模块化多电平直流变换器，所述模块化多电平直流变换器包括n个半桥变换器，所述n个半桥变换器依次串联后与电感L串联、与直流母线支撑电容Cs并联，直流母线支撑电容Cs还并联有串联连接的直流母线等效电阻Rs与直流母线电源Us，第i∈{1,2,...,n}个半桥变换器包括第i个超级电容模组，第i个超级电容模组串联连接有上开关管Si1、下开关管Si2，上开关管Si1、下开关管Si2分别并联有上功率管VDi1、下功率管VDi2，如图1所示，本技术的模块化多电平储能系统开路故障诊断装置，其特征在于：包括硬件检测单元、微处理器控制单元、通讯单元、上位机。如图3所示，所述硬件检测单元包括n个硬件检测电路，第i个硬件检测电路设置在第i个半桥变换器的输出侧，所述第i个硬件检测电路包括电压比较部分、信号隔离转换部分；所述电压比较部分包括比较器、第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第三采样电阻R3、第四采样电阻R4，所述第一采样电阻R1、第二采样电阻R2串联后与第i个超级电容模组并联，所述第三采样电阻R3、第四采样电阻R4串联后与下开关管Si2并联，所述第一采样电阻R1、第四采样电阻R4的下端均与第i个超级电容模组的负极连接，所述第一采样电阻R1、第二采样电阻R2的连接点与所述比较器的第一电压输入端UIN1,i连接，所述第三采样电阻R3、第四采样电阻R4的连接点与所述比较器的第二电压输入端UIN2,i连接；所述信号隔离转换部分包括高速光耦，所述比较器的输出端与高速光耦的输入端连接；所述微处理器控制单元包括FPGA；所述高速光耦的输出端与FPGA的输入端电连接，所述FPGA的输出端与通讯单元电连接，所述通讯单元与上位机电连接或无线连接。其中，FPGA(Field－ProgrammableGateArray)即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。本实施例中，FPGA的型号为XilinxZYNQFPGA。下面结合附图说明本技术的工作原理：使用本技术的模块化多电平储能系统开路故障诊断装置进行模块化多电平储能系统开路故障诊断，具体步骤如下：步骤1：启动微处理器控制单元，微处理器控制单元通过半桥驱动信号S1-、S1+控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化多电平储能系统开路故障诊断装置，所述储能系统中设有模块化多电平直流变换器，所述模块化多电平直流变换器包括n个半桥变换器，所述n个半桥变换器依次串联后与电感L串联、与直流母线支撑电容C

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平储能系统开路故障诊断装置，所述储能系统中设有模块化多电平直流变换器，所述模块化多电平直流变换器包括n个半桥变换器，所述n个半桥变换器依次串联后与电感L串联、与直流母线支撑电容Cs并联，直流母线支撑电容Cs还并联有串联连接的直流母线等效电阻Rs与直流母线电源Us，第i∈{1,2,...,n}个半桥变换器包括第i个超级电容模组，第i个超级电容模组串联连接有上开关管Si1、下开关管Si2，上开关管Si1、下开关管Si2分别并联有上功率管VDi1、下功率管VDi2，其特征在于：包括硬件检测单元、微处理器控制单元、通讯单元、上位机；
所述硬件检测单元包括n个硬件检测电路，第i个硬件检测电路设置在第i个半桥变换器的输出侧，所述第i个硬件检测电路包括电压比较部分、信号隔离转换部分；所述电压比较部分包...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋怡，徐建源，于高乐，王钰潇，白恩铭，林强，韩东鹏，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21