电力转换器谐振检测设备和方法技术

公开了一种电力转换器谐振检测设备和方法。提出了用于检测电力转换系统中的滤波器电容器谐振状况的电力转换系统和方法，其中，使用带通滤波器对滤波器电流进行测量和滤波，并且基于滤波后的值计算一个或多个算出的均值、RMS值和/或傅立叶变换值。将一个或多个算出的测量值与预定阈值进行比较，并且基于比较结果选择性地识别怀疑滤波器电容器谐振状况。

【技术实现步骤摘要】
电力转换器谐振检测设备和方法对相关申请的引用该申请要求2012年4月30日提交的、题为DRIVERESONANCECONDITIONREDUCTIONTECHNIQUES的序列号为61/640,456的美国临时专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
本公开涉及一种电力转换器谐振检测设备和方法。
技术介绍
电动机驱动器和其它电力转换系统使用来自AC电源的电力而工作，并且可包括输入滤波器，该输入滤波器用于减少与电力转换器的操作相关联的切换噪声，特别地用于控制由有源前端（AFE）整流器的高频操作而生成的总谐波失真（THD）。这些转换器中所采用的输入滤波器通常包括与每个AC输入相相关联的电感器-电容器（LC）或LCL（电感-电容-电感）电路，以控制电网的谐波内容。LCL和LC滤波器电路可在导致谐振状况的环境下与电力转换电路相互作用，该谐振状况会损坏或劣化电力转换器的滤波器电路部件和其它元件。这样的劣化在更换部件成本、用于检查和更换的人力以及对于电力转换系统和任何相关联的机器的停工时间方面可能是成本较高的。另外，具有内部谐振状况的转换器的继续操作使得系统效率劣化并且会阻止适当地驱动负载的能力。然而，至今，估计电力转换器谐振是困难的，并且这些状况不易由操作者或服务人员识别。
技术实现思路
现在概括本公开的各个方面以有利于对本公开的基本理解，其中，该概括不是本公开的广泛概述，并且既不旨在确定本公开的某些元件，也不旨在限定本公开的范围。相反，该概括的主要目的是在下文中给出的更详细描述之前，以简化形式给出本公开的各个概念。提出了用于根据所测量的滤波器电流来检测电力转换器谐振状况的电力转换系统和方法。提供了一种电力转换系统，其包括具有耦合在AC输入与整流器之间的滤波器电容器的滤波器电路。控制器至少部分根据一个或多个滤波器电流的预定频带中的分量来识别滤波器电路中的怀疑谐振状况。在某些实施例中，滤波器电流是在滤波器电路的一个或多个电容器中流动的电流。在其它实施例中，滤波器电路是LCL或LC电路，并且控制器估计在滤波器电路中流动的一个或多个线电流或相电流。某些实施例中的控制器包括具有低于整流器的切换频率的上限截止频率和高于滤波器电流信号或值的基频的下限截止频率的带通滤波器。此外，在某些实施例中，如果预定频带中的滤波器电流分量的均值或RMS（均方根）超过预定阈值，则控制器识别怀疑谐振状况。在其它实施例中，控制器基于预定频带中的滤波器电流分量的傅立叶分析而识别怀疑谐振。方法和非暂态计算机可读介质被提供有用于检测电力转换系统中的谐振的计算机可执行指令，包括接收或分析表示在电力转换系统的滤波器电路中流动的电流的至少一个滤波器电流信号或值以及至少部分地根据预定频带中的分量而选择性地识别怀疑谐振状况。某些实施例包括：使用带通滤波器对滤波器电流进行滤波，计算至少一个均值或RMS值，以及如果均值或RMS值超过阈值则选择性地识别电力转换系统中的怀疑谐振状况。附图说明以下描述和附图详细阐述了本公开的某些说明性实现，这些说明性实现表示可执行本公开的各种原理的一些示例性方式。然而，所示出的示例不是本公开的多个可能实施例的详尽描述。将在结合附图考虑时的以下详细描述中阐述本公开的其它目的、优点和新颖特征，在附图中：图1是示出具有被配置成根据所测量的电流而识别怀疑输入滤波器谐振状况的控制器的电力转换系统的示意图；图1A是示出具有在AC输入与输入滤波器电路之间的主电路断路器以及连接在滤波器输出与整流器的输入之间的预充电电路的替选电力转换器实施例的示意图；图2是示出图1的电力转换器中的预充电电路的示意图；图3是示出具有控制器的三角连接LCL滤波器电路的示意图，该控制器执行带通滤波后的均值或RMS滤波器电容器电流值的阈值比较以检测转换器谐振；图3A是示出包括三角连接滤波器电容器的电流源转换器实施例的LC滤波器电路布置的示意图；图4是示出具有连接在各个转换器相与公共节点之间的Y连接滤波器电容器的另一LCL滤波器电路的示意图；图4A是示出包括Y连接滤波器电容器的电流源转换器实施例的LC滤波器电路布置的示意图；图5是示出具有控制器的另一三角连接LCL滤波器电路的示意图，该控制器执行带通滤波后的均值或RMS线电流的阈值比较以用于转换器谐振检测；图6是示出具有控制器的另一Y连接LCL滤波器的示意图，该控制器测量线电流以检测转换器谐振状况；图7是示出图1的电力转换系统中的有源前端（AFE）整流器和DC链路的示意图；图8是示出图1的电力转换系统中的三相逆变器的示意图；图9是示出使用所测量的电流值和均值或RMS计算来识别电力转换系统中的怀疑谐振状况的方法的流程图；图10是示出对于具有和没有转换器谐振的状况，三相AC电压、线电流、滤波器电流和具有相应的阈值比较的算出的均值的曲线图；图11是示出使用傅立叶变换技术和所测量的滤波器电流来识别怀疑电力转换系统谐振的另一方法的流程图；以及图12至15是示出对于具有和没有电力转换器谐振的状况，具有和没有带通滤波的滤波器电容器电流的傅立叶变换的曲线图。具体实施方式现在参照附图，在下文中结合附图描述了多个实施例或实现，其中，相同的附图标记始终用于表示相同的元件，并且其中，各个功能部件不一定是按比例绘制的。图1示出了电力转换系统2，其包括预充电电路10、LCL或LC输入滤波器电路20、有源前端（AFE）整流器30、DC链路电路40、逆变器50和控制器60，控制器60至少部分根据预定频带中的一个或多个转换器电流的谐波内容来检测谐振状况。电力转换系统2具有可耦合以接收来自电源4的多相AC输入电力的AC输入3和将AC输出电力提供给单相或多相负载6（诸如电动机）的单相或多相AC逆变器输出52。在某些实施例中，电力转换系统是电流源转换器（CSC）系统，其具有LC滤波器电路20和DC链路40，DC链路40具有一个或多个电感（例如，诸如DC链路扼流器）以容纳整流器30提供的并且用作逆变器50的输入电力的DC链路电流。在这里所述的其它实施例中，转换器2是具有LCL滤波器电路20的电压源转换器（VSC），其中，DC链路电路40包括一个或多个DC链路电容（例如，如以下图7中所看到的C1和C2）。电源4提供多相AC输入电力，其中，所示出的示例示出了三相实现，但是具有三个或更多个输入相的其它多相实现是可能的。逆变器50可以提供单相或多相输出52，其中，所示出的示例示出了驱动三相负载6（例如，电动机）的三相逆变器50。此外，转换器2可以是电动机驱动器，但是可根据本公开实现任何形式的电力转换系统2，与驱动电动机还是驱动不同形式的单相或多相AC负载6或DC负载（未示出）无关，在驱动DC负载的情况下，可省略逆变器50。控制器60可以被实现为任何硬件、处理器执行软件、处理器执行固件、可编程逻辑和/或其组合，以实现这里所阐述的谐振检测功能，包括与电力转换系统2的操作相关联的其它功能。在某些实施例中，控制器60可被实现为基于单个处理器的电路，和/或可使用多个处理器元件来实现。例如，这里所阐述的某些谐振检测功能可在本地控制器60（诸如在LCL或LC输入滤波器电路20中实现的现场可编程门阵列（FPGA））中实现，和/或这样的功能部件在某些实施例中可使用中央控制器6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力转换系统（2），包括：交流输入（3），能够被耦合以从电源（4）接收交流输入电力；整流器（30），用于对所述交流输入电力进行转换以提供直流输出；逆变器（50），以可操作方式与所述整流器（30）的所述直流输出耦合以提供交流输出（52）；滤波器电路（20），耦合在所述交流输入（3）与所述整流器（30）之间，所述滤波器电路（20）包括多个滤波器电容器（CF）；以及控制器（60），用于至少部分基于在所述滤波器电路（20）中流动的至少一个电流（Ica、Icb、Icc）的预定频带（85）中的分量，识别所述滤波器电路（20）中的怀疑谐振状况。

【技术特征摘要】
2012.04.30 US 61/640,456;2012.08.09 US 13/570,9191.一种电力转换系统(2)，包括：交流输入(3)，能够被耦合以从电源(4)接收交流输入电力；整流器(30)，用于对所述交流输入电力进行转换以提供直流输出；逆变器(50)，以可操作方式与所述整流器(30)的所述直流输出耦合以提供交流输出(52)；滤波器电路(20)，耦合在所述交流输入(3)与所述整流器(30)之间，所述滤波器电路(20)包括多个滤波器电容器(CF)；以及控制器(60)，用于至少部分基于在所述滤波器电路(20)中流动的至少一个电流(Ica、Icb、Icc)的预定频带(85)中的分量，识别所述滤波器电路(20)中的怀疑谐振状况。2.根据权利要求1所述的电力转换系统(2)，其中，所述控制器(60)包括带通滤波器(61)，所述带通滤波器(61)用于确定至少一个滤波器电流信号(Ica、Icb、Icc；iA、iB、iC)的所述预定频带(85)中的分量，所述带通滤波器(61)具有低于所述整流器(30)的切换频率的上限截止频率和高于所述至少一个滤波器电流信号(Ica、Icb、Icc；iA、iB、iC)的基频的下限截止频率。3.根据权利要求2所述的电力转换系统(2)，其中，所述控制器(60)用于在所述至少一个滤波器电流信号(Ica、Icb、Icc；iA、iB、iC)的所述预定频带(85)中的分量的均值超过预定阈值(65)的情况下，识别所述滤波器电路(20)中的怀疑谐振状况。4.根据权利要求2所述的电力转换系统(2)，其中，所述控制器(60)用于在所述至少一个滤波器电流信号(Ica、Icb、Icc；iA、iB、iC)的所述预定频带(85)中的分量的均方根值超过预定阈值(65)的情况下，识别所述滤波器电路(20)中的怀疑谐振状况。5.根据权利要求2所述的电力转换系统(2)，其中，所述控制器(60...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·L·鲍曼，马丁·D·博尔，约格什·波帕特拉尔·帕特尔，拉塞尔·J·克尔克曼，布赖恩·J·塞贝尔，韦立祥，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：