SVG功率单元自检方法与流程

本发明涉及电力检测技术领域，尤其涉及一种svg功率单元自检方法。

背景技术：

现有技术中，电力系统的稳定运行需要大量的无功功率，为了确保电能质量，无功补偿是一个重要且有效的方法。高压svg(staticvargenerator，静止无功发生器)主要应用在高压、大功率的输配电场合，其主要作用是，补偿负载端的无功功率以提高负载端的功率因素，降低电气设备容量，减小输电线路有功损耗，平衡三相功率以及维持电力系统电压稳定。

市场上现有的svg功率单元，其中一部分不能在运行前进行自检验，对svg功率单元的线路或元件损坏无法判断出来，容易导致电力系统不稳定。其中一部分仅对功率器件igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)进行开路检测，难以在高压运行前预防性的检测功率器件igbt的开路、短路和门极驱动故障。还有一部分对功率器件igbt进行开路检测，可以实现对运行过程中的功率器件进行检测，主要通过软件算法实现，但是该算法相对复杂，且只能在采用三相四线制三桥臂三电平拓扑结构的产品上实现对开路的检测，适用范围较窄。

技术实现要素：

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种svg功率单元自检方法，通过向svg功率单元发送序列开关信号作为检测信号，通过检测svg功率单元的h桥电路的中点电压，判断检测到的电压是否正常，从而判定svg功率单元是否存在故障，能够适应高压状态下svg功率单元的igbt的开路、短路或其驱动电路的故障，简化了检测电路，扩大了适用范围。

为实现上述目的，本发明提供了一种svg功率单元自检方法，包括：向svg功率单元发送序列开关信号；对所述svg功率单元的h桥电路的中点电压进行检测；判断检测到的电压与所述序列开关信号对应的电压是否一致；若判定检测到的电压与所述序列开关信号对应的电压一致，则确定所述svg功率单元的元器件正常，若判定不一致，则确定所述svg功率单元存在故障。

在该技术方案中，通过向svg功率单元发送序列开关信号作为检测信号，通过检测svg功率单元的h桥电路的中点电压，判断检测到的电压是否正常，从而判定svg功率单元是否存在故障，能够适应高压状态下svg功率单元的igbt的开路、短路或其驱动电路的故障，简化了检测电路，扩大了适用范围。向svg功率单元发送序列开关信号后，如果检测到的电压与正常情况下序列开关信号对应的电压不同，则svg功率单元中一定有某元件或线路出现故障。

在上述技术方案中，优选地，所述序列开关信号包括第一序列开关信号、第二序列开关信号、第三序列开关信号和第四序列开关信号，所述svg功率单元的h桥电路包括第一igbt、第二igbt、第三igbt、第四igbt和母线电容，串联后的所述第一igbt和所述第二igbt与串联后的所述第三igbt和所述第四igbt相并联，还与所述母线电容相并联；所述第一序列开关信号使所述第一igbt和所述第三igbt导通；所述第二序列开关信号使所述第一igbt和所述第四igbt导通；所述第三序列开关信号使所述第二igbt和所述第三igbt导通；所述第四序列开关信号使所述第二igbt和所述第四igbt导通。

在该技术方案中，svg功率单元的h桥电路中的功率元件包括第一igbt、第二igbt、第三igbt和第四igbt，第一igbt和所述第二igbt相串联，与串联后的所述第三igbt和所述第四igbt相并联，还与母线电容相并联，从而形成h桥电路。

在上述技术方案中，优选地，上述svg功率单元自检方法具体包括：检测到所述svg功率单元上电后，不重复地向所述svg功率单元发送所述第一序列开关信号、所述第二序列开关信号、所述第三序列开关信号和所述第四序列开关信号中的任一个序列开关信号；检测所述第一igbt和所述第二igbt的中点与所述第三igbt和所述第四igbt的中点之间的电压，并将该电压作为输出电压；判断任一个所述序列开关信号下的输出电压是否等于该序列开关信号对应的电压，若判断为否，则判定所述svg功率单元存在故障；若判断所有所述序列开关信号下的输出电压均等于该序列开关信号对应的电压，则判定所述svg功率单元电路正常。

在该技术方案中，在svg功率单元上电后，向svg功率单元的电路发送第一序列开关信号、第二序列开关信号、第三序列开关信号和第四序列开关信号中的任一个序列开关信号，在该序列开关信号下检测输出电压是否等于该序列开关信号对应的电压，如果不等于，则判定svg功率单元存在故障，如果判断等于，则继续向svg功率单元发送剩余的序列开关信号中的任一个，如果检测到的输出电压不等于该序列开关信号对应的电压，则判定svg功率单元存在故障，直至序列开关信号中的四个序列开关信号全部发送完毕，如果四个序列开关信号下检测到的输出电压均等于各自序列开关信号对应的电压，则判定svg功率单元正常，如果任一个序列开关信号下检测到的输出电压不等于该序列开关信号对应的电压，则判定svg功率单元存在故障。

在上述技术方案中，优选地，上述svg功率单元自检方法具体包括：检测到所述svg功率单元上电后，向所述svg功率单元发送所述第一序列开关信号；检测所述第一igbt和所述第二igbt的中点与所述第三igbt和所述第四igbt的中点之间的电压作为输出电压；判断所述第一序列开关信号下的输出电压是否等于0，若判断为否，则判定所述svg功率单元存在故障；若判断所述第一序列开关信号下的输出电压等于0，则向所述svg功率单元发送所述第二序列开关信号；判断检测到的所述第二序列开关信号下的输出电压是否等于所述母线电容的电压，若判断为否，则判定所述svg功率单元存在故障；若判断所述第二序列开关信号下的输出电压等于所述母线电容的电压，则向所述svg功率单元发送所述第三序列开关信号；判断检测到的所述第三序列开关信号下的输出电压是否等于所述母线电容的电压，若判断为否，则判定所述svg功率单元存在故障；若判断所述第三序列开关信号下的输出电压等于所述母线电容的电压，则向所述svg功率单元发送所述第四序列开关信号；判断检测到的所述第四序列开关信号下的输出电压是否等于0，若判断为否，则判定所述svg功率单元存在故障；若判断所述第四序列开关信号下的输出电压等于0，则判定所述svg功率单元电路正常。

在该技术方案中，第一序列开关信号使第一igbt和第二igbt导通，igbt都无故障时第一igbt和第二igbt的中点与第三igbt和所述第四igbt的中点之间的电压应该为0。第二序列开关信号使第一igbt和所述第四igbt导通，igbt都无故障时第一igbt和第二igbt的中点与第三igbt和所述第四igbt的中点之间的电压大小应该为母线电容的电压，即为母线电压。第三序列开关信号使第二igbt和所述第三igbt导通，igbt都无故障时第一igbt和第二igbt的中点与第三igbt和所述第四igbt的中点之间的电压大小应该为母线电压。第四序列开关信号使第二igbt和所述第四igbt导通，igbt都无故障时第一igbt和第二igbt的中点与第三igbt和所述第四igbt的中点之间的电压大小应该为0。

如果检测到的第一igbt和第二igbt的中点与第三igbt和所述第四igbt的中点之间的电压与对应的序列开关信号下应该检测到的电压不同，则可以确定svg功率单元中有元件或线路存在故障。

在上述技术方案中，优选地，上述svg功率单元自检方法还包括：若判断所述svg功率单元存在故障，则根据检测到的所述第一序列开关信号、所述第二序列开关信号、所述第三序列开关信号和所述第四序列开关信号下的输出电压，判断所述第一igbt、所述第二igbt、所述第三igbt和所述第四igbt中出现故障的元件以及故障类型。

在该技术方案中，如果第一igbt发生短路，第一序列开关信号下检测出的电压为0，因此第一序列开关信号不能检测出来第一igbt的短路；第二序列开关信号下检测出的电压为母线电压，也检查不出来。但是第三序列开关信号下，检测到的电压本应该为母线电压，但是由于第一igbt短路，检测出的电压不再是母线电压，从而判断出线路中出现故障。此时直通短路保护电路起作用，防止第二igbt损坏。

如果第一igbt发生开路，在第二序列下检测出电压不是母线电压，因此检测出来第一igbt开路。

如果第一igbt和第三igbt同时发生故障，比如第一igbt和第三igbt同时开路，第一igbt可以在第二序列开关信号下被检测出来开路，第三igbt可以在第三序列开关信号中被检测出来开路。如果第一igbt开路，第三igbt短路，第一igbt的开路可以在第二序列开关信号下被检测出来，第三igbt的短路也可以在第二序列开关信号中被检测出来。

在上述技术方案中，优选地，所述svg功率单元h桥电路中的所述第一igbt、所述第二igbt、所述第三igbt和所述第四igbt均包括驱动模块和反馈模块，所述svg功率单元包括控制装置；所述驱动模块的输入端与所述控制装置的驱动端相连，所述驱动模块的输出端分别与对应的所述第一igbt、所述第二igbt、所述第三igbt或所述第四igbt的栅极相连；所述反馈模块的输入端分别与对应的所述第一igbt、所述第二igbt、所述第三igbt或所述第四igbt的集电极相连，所述反馈模块的输出端与所述控制装置的反馈端相连。

在该技术方案中，功率元件的驱动模块出现故障时，会导致其对相应的功率元件的驱动在应该关断时不关断或在应该开通时不开通，从而导致功率元件本身的对外特性表现为开路或短路，因此检测到功率元件igbt出现开路或短路故障时，也可能是该功率元件的驱动模块出现故障。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过向svg功率单元发送序列开关信号作为检测信号，通过检测svg功率单元h桥电路的中点电压，判断检测到的电压是否正常，从而判定svg功率单元是否存在故障，能够适应高压状态下svg功率单元的igbt的开路、短路或其驱动电路的故障，简化了检测电路，扩大了适用范围。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的svg功率单元自检方法的流程示意图；

图2为本发明又一种实施例公开的svg功率单元自检方法的流程示意图；

图3为本发明一种实施例公开的svg功率单元自检方法的流程示意框图；

图4为本发明一种实施例公开的svg功率单元的拓扑示意图；

图5为本发明一种实施例公开的svg功率单元中功率元件与控制装置之间的连接电路原理示意图；

图6为本发明一种实施例公开的电压检测电路的原理示意图；

图7为本发明一种实施例公开的序列开关信号的示意图。

图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：

10.控制装置，20.驱动模块，30.反馈模块，drv.驱动端，falt.反馈端，s1.第一igbt，s2.第二igbt，s3.第三igbt，s4.第四igbt，h1.第一igbt和第二igbt的中点，h2.第三igbt和第四igbt的中点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1至图3所示，根据本发明提供的一种svg功率单元自检方法，包括：步骤s101，向svg功率单元发送序列开关信号；步骤s102，对svg功率单元的h桥电路的中点电压进行检测；步骤s103，判断检测到的电压与序列开关信号对应的电压是否一致；步骤s104，若判定检测到的电压与序列开关信号对应的电压一致，则确定svg功率单元的元器件正常，若判定不一致，则确定svg功率单元存在故障。

在该实施例中，通过向svg功率单元发送序列开关信号作为检测信号，通过检测svg功率单元的h桥电路的中点电压，判断检测到的电压是否正常，从而判定svg功率单元是否存在故障，能够适应高压状态下svg功率单元的igbt的开路、短路或其驱动电路的故障，简化了检测电路，扩大了适用范围。向svg功率单元发送序列开关信号后，如果检测到的电压与正常情况下序列开关信号对应的电压不同，则svg功率单元中一定有某元件或线路出现故障。

如图4所示，在上述实施例中，优选地，序列开关信号包括第一序列开关信号、第二序列开关信号、第三序列开关信号和第四序列开关信号，svg功率单元的h桥电路包括第一igbt11、第二igbt12、第三igbt13、第四igbt14和母线电容，串联后的第一igbt11和第二igbt12与串联后的第三igbt13和第四igbt14相并联，还与母线电容相并联；第一序列开关信号使第一igbt11和第三igbt13导通；第二序列开关信号使第一igbt11和第四igbt14导通；第三序列开关信号使第二igbt12和第三igbt13导通；第四序列开关信号使第二igbt12和第四igbt14导通。

在该实施例中，svg功率单元的h桥电路中的功率元件包括第一igbt11、第二igbt12、第三igbt13和第四igbt14，第一igbt11和第二igbt12相串联，与串联后的第三igbt13和第四igbt14相并联，还与母线电容相并联，从而形成h桥电路。

在上述实施例中，优选地，上述svg功率单元自检方法具体包括：检测到svg功率单元上电后，不重复地向svg功率单元发送第一序列开关信号、第二序列开关信号、第三序列开关信号和第四序列开关信号中的任一个序列开关信号；检测第一igbt和第二igbt的中点与第三igbt和第四igbt的中点之间的电压作为输出电压；判断任一个序列开关信号下的输出电压是否等于该序列开关信号对应的电压，若判断为否，则判定svg功率单元存在故障；若判断所有序列开关信号下的输出电压均等于该序列开关信号对应的电压，则判定svg功率单元电路正常。

在该实施例中，在svg功率单元上电后，向svg功率单元的电路发送第一序列开关信号、第二序列开关信号、第三序列开关信号和第四序列开关信号中的任一个序列开关信号，在该序列开关信号下检测输出电压是否等于该序列开关信号对应的电压，如果不等于，则判定svg功率单元存在故障，如果判断等于，则继续向svg功率单元发送剩余的序列开关信号中的任一个，如果检测到的输出电压不等于该序列开关信号对应的电压，则判定svg功率单元存在故障，直至序列开关信号中的四个序列开关信号全部发送完毕，如果四个序列开关信号下检测到的输出电压均等于各自序列开关信号对应的电压，则判定svg功率单元正常，如果任一个序列开关信号下检测到的输出电压不等于该序列开关信号对应的电压，则判定svg功率单元存在故障。

如图2所示，在上述实施例中，优选地，上述svg功率单元自检方法具体包括：步骤s201，检测到svg功率单元上电后，向svg功率单元发送第一序列开关信号；步骤s202，检测第一igbt11和第二igbt12的中点h1与第三igbt13和第四igbt14的中点h2之间的电压作为输出电压；步骤s203，判断第一序列开关信号下的输出电压是否等于0，若判断为否，则判定svg功率单元存在故障；步骤s204，若判断第一序列开关信号下的输出电压等于0，则向svg功率单元发送第二序列开关信号；步骤s205，判断检测到的第二序列开关信号下的输出电压是否等于母线电容的电压，若判断为否，则判定svg功率单元存在故障；步骤s206，若判断第二序列开关信号下的输出电压等于母线电容的电压，则向svg功率单元发送第三序列开关信号；步骤s207，判断检测到的第三序列开关信号下的输出电压是否等于母线电容的电压，若判断为否，则判定svg功率单元存在故障；步骤s208，若判断第三序列开关信号下的输出电压等于母线电容的电压，则向svg功率单元发送第四序列开关信号；步骤s209，判断检测到的第四序列开关信号下的输出电压是否等于0，若判断为否，则判定svg功率单元存在故障；步骤s210，若判断第四序列开关信号下的输出电压等于0，则判定svg功率单元电路正常。

在该实施例中，第一序列开关信号使第一igbt11和第三igbt13导通，igbt都无故障时第一igbt11和第二igbt12的中点h1与第三igbt13和第四igbt14的中点h2之间的电压应该为0。第二序列开关信号使第一igbt11和第四igbt14导通，igbt都无故障时第一igbt11和第二igbt12的中点h1与第三igbt13和第四igbt14的中点h2之间的电压大小应该为母线电容的电压，即为母线电压vbus。第三序列开关信号使第二igbt12和第三igbt13导通，igbt都无故障时第一igbt11和第二igbt12的中点h1与第三igbt13和第四igbt14的中点h2之间的电压大小应该为母线电压-vbus。第四序列开关信号使第二igbt12和第四igbt14导通，igbt都无故障时第一igbt11和第二igbt12的中点h1与第三igbt13和第四igbt14的中点h2之间的电压大小应该为0。

如果检测到的第一igbt11和第二igbt12的中点h1与第三igbt13和第四igbt14的中点h2之间的电压与对应的序列开关信号下应该检测到的电压不同，则可以确定svg功率单元中有元件或线路存在故障。

在上述实施例中，优选地，上述svg功率单元自检方法还包括：若判断svg功率单元存在故障，则根据检测到的第一序列开关信号、第二序列开关信号、第三序列开关信号和第四序列开关信号下的输出电压，判断第一igbt11、第二igbt12、第三igbt13和第四igbt14中出现故障的元件以及故障类型。

在该实施例中，如果第一igbt11发生短路，第一序列开关信号下检测出的电压为0，因此第一序列开关信号不能检测出来第一igbt11的短路；第二序列开关信号下检测出的电压为母线电压vbus，也检查不出来。但是第三序列开关信号下，检测到的电压本应该为母线电压-vbus，但是由于第一igbt11短路，检测出的电压不再是母线电压-vbus，从而判断出线路中出现故障。此时直通短路保护电路起作用，防止第一igbt11损坏。

如果第一igbt11发生开路，第一序列开关信号下检测出的电压为0，因此第一序列开关信号不能检测出来第一igbt11的开路；第二序列开关信号下，检测到的电压本应该为母线电压vbus，但是由于第一igbt11开路，实际检测出的电压为0，从而判断出线路中出现故障。

如果第一igbt11和第三igbt13同时发生故障，比如第一igbt11和第三igbt13同时开路，第一igbt11可以在第二序列开关信号下被检测出来，第三igbt13可以在第三序列开关信号中被检测出来。如果第一igbt11开路，第三igbt13短路，第一igbt11的开路可以在第二序列开关信号下被检测出来，第三igbt13的短路也可以在第二序列开关信号中被检测出来。

根据以上所述判断方法，第一igbt11、第二igbt12、第三igbt13和第四igbt14中，不管是单个功率元件有故障、还是2个功率元件故障、或者3个或4个功率元件都有故障，都可以在第一序列开关信号、第二序列开关信号、第三序列开关信号和第四序列开关信号的综合检测下检测出来。

值得特别提出的是，第一序列开关信号、第二序列开关信号、第三序列开关信号和第四序列开关信号中的“第一”、“第二”、“第三”和“第四”并不用于表示序列开关信号的顺序，其中，整个序列开关信号中只要包括有第一序列开关信号、第二序列开关信号、第三序列开关信号和第四序列开关信号，即可将任一功率元件的故障检测出来。比如，如果第一igbt11发生开路，只要序列开关信号中有第二序列开关信号，即可检测出来第一igbt的开路故障。

如图5所示，在上述实施例中，优选地，svg功率单元的h桥电路中的第一igbt11、第二igbt12、第三igbt13和第四igbt14均包括驱动模块20和反馈模块30，svg功率单元包括控制装置10；驱动模块20的输入端与控制装置10的驱动端drv相连，驱动模块20的输出端分别与对应的第一igbt11、第二igbt12、第三igbt13或第四igbt14的栅极相连；反馈模块30的输入端分别与对应的第一igbt11、第二igbt12、第三igbt13或第四igbt14的集电极相连，反馈模块30的输出端与控制装置10的反馈端falt相连。

在该实施例中，功率元件的驱动模块20出现故障时，会导致其对相应的功率元件的驱动在应该关断时不关断或在应该开通时不开通，从而导致功率元件本身的对外特性表现为开路或短路，检测到功率元件igbt出现开路或短路故障时，也可能是该功率元件的驱动模块20出现故障。通过反馈模块30将功率元件第一igbt11、第二igbt12、第三igbt13或第四igbt14元件与控制装置10的反馈端falt相连，用于对功率元件做短路检测保护。

如图6所示，优选地，上述实施例中的电压检测电路为电压差分检测电路，主要包括差分采样电阻和运放电路，运放的输出端与控制单元的ad口相连接。通过两路差分采样电阻分别与第一igbt11和第二igbt12的中点h1和第三igbt13和第四igbt14的中点h2相连，该两路查分采样电阻的另一端分别与运放电路的两个输入端相连，用于检测h1和h2之间的电压，并将检测到的电压值送到控制单元，从而根据采集到的h桥电路中点之间的电压，与序列开关信号对应的正常电压值相比较，判断svg功率单元是否存在故障。

如图7所示，在上述实施例中，序列开关信号的波形为脉冲电压信号，按照一定的规律检测svg功率单元的功率元件。各个序列开关信号与功率元件之间的导通关系如下表所示。

向svg功率单元发送的序列开关信号的顺序可以为第一序列开关信号、第二序列开关信号、第三序列开关信号和第四序列开关信号，也可以为第三序列开关信号、第二序列开关信号、第一序列开关信号和第四序列开关信号，或者为第四序列开关信号、第一序列开关信号、第三序列开关信号和第二序列开关信号，即为其顺序并没有特定的要求，只要在序列开关信号中包含上述第一序列开关信号、第二序列开关信号、第三序列开关信号和第四序列开关信号即可检测出任一功率元件的故障。

以上为本发明的实施方式，考虑到现有技术中svg功率单元的自检不完全、适用范围窄的技术问题，本发明提出了一种svg功率单元自检方法，通过向svg功率单元发送序列开关信号作为检测信号，通过检测svg功率单元的h桥电路的中点电压，判断检测到的电压是否正常，从而判定svg功率单元是否存在故障，能够适应高压状态下svg功率单元的igbt的开路、短路或其驱动电路的故障，简化了检测电路，扩大了适用范围。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。