本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种三相逆变器的并网开关失效检测方法和系统。
背景技术：
三相逆变器并网运行，是指三相逆变器将直流电源(例如光伏阵列)输出的直流电转换成符合电网要求的交流电并送入电网。三相逆变器通过并网开关与电网连接，根据安规要求，并网开关通常由两个相串联的三相开关组成，参见图1中的三相开关s1和三相开关s2。
并网开关一旦出现触头黏连的情况，就不能在三相逆变器或电网运行故障时及时断开三相逆变器与电网的连接，会导致事态更加严峻。因此，在三相逆变器开始并网运行前，有必要准确识别并网开关是否存在触头黏连的情况。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种三相逆变器的并网开关失效检测方法和系统，以实现在三相逆变器开始并网运行前，准确识别并网开关是否存在触头黏连的情况。
一种三相逆变器的并网开关失效检测方法，其中，所述三相逆变器中的三个输出滤波电容采用星形连接并且星形连接的中心点接回母线中点；所述三相逆变器的母线负极与地之间连接有一分压器；所述并网开关由三相开关s1和三相开关s2串联而成；
所述三相逆变器的并网开关失效检测方法，包括：
在三相逆变器停机并且三相开关s1和三相开关s2均断开的初始状态下，控制三相开关s2吸合，判断是否满足预设条件；其中，所述预设条件是指所述并网开关两端ab线电压波形之间的偏差、所述并网开关两端bc线电压波形之间的偏差以及所述并网开关两端ca线电压波形之间的偏差均超出误差允许范围；
若是，切换两三相开关的开关状态，并再次判断是否满足所述预设条件；
若再次判断时满足所述预设条件，将三个星形连接的输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相的第二预设值，然后判断所述分压器上的交流电压有效值是否大于第三预设值；
若不大于第三预设值，再次切换两三相开关的开关状态，并再次判断所述分压器上的交流电压有效值是否大于第三预设值，若再次判断时不大于第三预设值，判定并网开关无触头黏连的情况。
可选的，所述将三个星形连接的输出滤波电容电压钳位到第二预设值，包括：控制三相逆变器发波来将三个星形连接的输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相的第二预设值。
可选的，三相逆变器与电网之间连接有变压器；
所述变压器二次侧绕组采用星形接法并且星形接法的中心点不接地，或者所述变压器二次侧绕组采用星形接法并且星形接法的中心点接地，或者所述变压器二次侧绕组采用三角形接法；其中所述变压器二次侧绕组是指所述变压器靠近三相逆变器这一侧的绕组。
可选的，所述然后判断所述分压器上的交流电压有效值是否大于第三预设值之前，还包括：再次切换两三相开关的开关状态。
可选的，每次切换两三相开关的开关状态时，都通过设置三相开关s1和三相开关s2的切换顺序，来避免出现两三相开关同时吸合的情况。
可选的，所述预设条件是指所述并网开关两端ab线电压瞬时值之差的有效值、所述并网开关两端bc线电压瞬时值之差的有效值以及所述并网开关两端ca线电压瞬时值之差的有效值均大于第一预设值。
可选的，所述三相逆变器的并网开关失效检测方法还包括：
将三个输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相同幅值；
然后吸合三相开关s1和三相开关s2；
判断是否满足上述预设条件，若否，判定并网开关无触头烧毁而常断的情况。
可选的，所述将三个输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相同幅值，包括：控制三相逆变器发波来将三个输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相同幅值。
一种三相逆变器的并网开关失效检测系统，所述三相逆变器中的三个输出滤波电容采用星形连接并且星形连接的中心点接回母线中点；所述三相逆变器的母线负极与地之间连接有一分压器；所述并网开关由三相开关s1和三相开关s2串联而成；
所述三相逆变器的并网开关失效检测系统，包括第一检测单元和第二检测单元；
所述第一检测单元，用于在三相逆变器停机并且三相开关s1和三相开关s2均断开的初始状态下，控制三相开关s2吸合，判断是否满足预设条件，若是，切换两三相开关的开关状态，再次判断是否满足所述预设条件；若再次判断时满足所述预设条件，触发所述第二检测单元；其中，所述预设条件是指所述并网开关两端ab线电压波形之间的偏差、所述并网开关两端bc线电压波形之间的偏差以及所述并网开关两端ca线电压波形之间的偏差均超出误差允许范围；
所述第二检测单元，用于将三个星形连接的输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相的第二预设值，然后判断所述分压器上的交流电压有效值是否大于第三预设值；若不大于第三预设值，再次切换两三相开关的开关状态，再次判断所述分压器上的交流电压有效值是否大于第三预设值；若再次判断时不大于第三预设值，判定并网开关无触头黏连的情况。
可选的，所述三相逆变器的并网开关失效检测系统还包括第三检测单元，用于将三个输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相同幅值，然后吸合三相开关s1和三相开关s2，判断是否满足上述预设条件，若否，判定并网开关无触头烧毁而常断的情况。
从上述的技术方案可以看出，本发明在三相逆变器启动前，在一个三相开关吸合、另一三相开关断开的情况下，根据并网开关两端相对应的任意两相线电压之间的差值大小判断出处于断开状态的三相开关是否存在任意两相或三相触头黏连，然后用同样的方式完成对另一三相开关的判断。若两三相开关均不存在任意两相或三相触头黏连，将三个输出滤波电容电压钳位到第二预设值，在一个三相开关吸合、另一三相开关断开的情况下，根据连接在母线负极与地之间的分压器上交流电压有效值判断出处于断开状态的三相开关是否存在任意一相触头黏连，然后用同样的方式完成对另一三相开关的判断，最终完成了对整个并网开关有无触头黏连的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术公开的一种直流电源并网发电系统结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种直流电源并网发电系统结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种三相逆变器的并网开关失效检测方法流程图；
图4为图2所示系统内的变压器二次侧绕组采用星形接法并且星形接法的中心点不接地时的结构示意图；
图5为图2所示系统内的变压器二次侧绕组采用三角形接法时的结构示意图；
图6为本发明实施例公开的又一种三相逆变器的并网开关失效检测方法流程图；
图7为本发明实施例公开的一种三相逆变器的并网开关失效检测系统结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
本发明实施例公开了一种三相逆变器的并网开关失效检测方法，应用于如图2所示的直流电源并网发电系统。
所述直流电源并网发电系统利用三相逆变器将直流电源(例如光伏阵列)输出的直流电转换成符合电网要求的交流电并送入电网。所述三相逆变器通过并网开关与电网连接，所述并网开关由三相开关s1和三相开关s2串联而成。所述三相逆变器包括逆变单元和输出滤波电路；所述输出滤波电路的拓扑结构可以是lc型、lcl型或llcl型等，并不局限，图2中仅以lc型拓扑结构作为示例；所述输出滤波电路中包含三个星形连接的输出滤波电容，分别是接在a相线上的电容cf1、接在b相线上的电容cf2和接在c相线上的电容cf3，星形连接的中心点o2接回母线中点o1。所述三相逆变器的母线负极与地之间还连接有一分压器cy，分压器cy例如可以采用电容形式、电阻形式或阻容形式的分压器，并不局限，图2中仅以采用电容形式的分压器作为示例。
如图3所示，所述三相逆变器的并网开关失效检测方法，包括：
步骤s01：在三相逆变器停机并且三相开关s1和三相开关s2均断开的初始状态下，控制三相开关s2吸合，进入步骤s02。
步骤s02：判断是否满足预设条件，若否，进入步骤s09，若是，进入步骤s03。其中，所述预设条件是指所述并网开关两端ab线电压波形之间的偏差、所述并网开关两端bc线电压波形之间的偏差以及所述并网开关两端ca线电压波形之间的偏差均超出误差允许范围。
具体的，并网开关首端三个线电压是指三相开关s1左端三个线电压uab、ubc和uca，并网开关末端三个线电压是指三相开关s2右端三个线电压u'ab、u'bc和u'ca。并网开关两端ab线电压波形之间的偏差为uab波形与u'ab波形之间的偏差，并网开关两端bc线电压波形之间的偏差为ubc波形与u'bc波形之间的偏差，所述并网开关两端ca线电压波形之间的偏差为uca波形与u'ca波形之间的偏差。
考虑到并网开关首端可能存在悬浮电压，上述判断两线电压波形之间的偏差时若采用两线电压有效值之差进行判断可能存在误差，因此本发明实施例推荐采用两线电压瞬时值之差的有效值进行判断，此时所述预设条件是指所述并网开关两端ab线电压瞬时值之差的有效值(记为δuab)、所述并网开关两端bc线电压瞬时值之差的有效值(记为δubc)以及所述并网开关两端ca线电压瞬时值之差的有效值(记为δuca)均大于第一预设值。
三相开关发生触头黏连时，有三种情况：
1、任意一相触头黏连(即该相上的单相开关常通)，另外两相触头正常；
2、任意两相触头黏连(即这两相上的单相开关均常通)，另外一相触头正常；
3、三相触头黏连(即这三相上的单相开关均常通)。
在三相逆变器停机、三相开关s2吸合且三相开关s1断开的情况下，有：
如果三相开关s1发生上述情况1，则δuab、δubc和δuca均大于零，前者是后者的充分不必要条件，因为后者也有可能出现在三相开关s1正常或者三相开关s2触头烧毁而常断的情况下；
如果三相开关s1发生上述情况2，则δuab、δubc或δuca的值为零，前者是后者的充要条件；具体的：如果三相开关s1的a、b两相触头黏连，则δuab为零；如果三相开关s1的b、c两相触头黏连，则δubc为零；如果三相开关s1的a、c两相触头黏连，则δuca为零；
如果三相开关s1的三相触头黏连，则δuab、δubc、δuca均为零，前者是后者的充要条件。
基于此，在三相逆变器停机、三相开关s2吸合并且三相开关s1断开的情况下：如果发现δuab、δubc和δuca中至少一个为零，即可确认三相开关s1存在上述情况2或情况3；如果发现δuab、δubc和δuca均大于零，则说明三相开关s1可能存在上述情况1，也可能不存在，需通过下述步骤s07～s08进行确认。
上述判断过程是以零作为门限值，在实际工程应用中为了避免误判，该门限值应留有充分的裕量，因此，本发明实施例在实际工程应用中以一略大于零的值也即第一预设值作为该门限值。
步骤s03：切换三相开关s1和三相开关s2的开关状态，进入步骤s04。
步骤s04：判断是否满足所述预设条件，若否，进入步骤s09，若是，进入步骤s05。
具体的，本发明实施例在三相逆变器停机、三相开关s2吸合并且三相开关s1断开的状态下检测完三相开关s1是否存在上述情况2或情况3(参见步骤s01～s02)之后，切换三相开关s2和三相开关s1的开关状态，按照同样的方式检测三相开关s2是否存在上述情况2或情况3(参见步骤s03～s04)。步骤s03～s04的原理与步骤s01～s02相同，此处不再赘述。
其中，在切换三相开关s2和三相开关s1的开关状态时，本发明实施例推荐按照先断开三相开关s2，再吸合三相开关s1的顺序执行，这是因为：如果按照先吸合三相开关s1，再断开三相开关s2的顺序执行，那么在吸合三相开关s1后、尚未断开三相开关s2前，会存在三相开关s1和三相开关s2同时吸合的情况，此时三相线路上的器件可能受到来自电网的大电流冲击而损坏。
步骤s05：将三个星形连接的输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相的第二预设值，所述第二预设值的幅值大于零。
具体的，本发明实施例在三相开关s1吸合并且三相开关s2断开的状态下，将三个星形连接的输出滤波电容电压钳位到第二预设值。具体实现方式可以是通过启动三相逆变器，控制三相逆变器发波来将三个星形连接的输出滤波电容电压钳位到第二预设值；也可以是通过外接充电电路来将三个星形连接的输出滤波电容电压钳位到第二预设值。相比较而言，前者无需外接充电电路，可以节省成本，为更优选的实现方式。
由于进入步骤s05前已事先通过步骤s01～s04确认了三相开关s1和三相开关s2均不存在上述情况2和情况3，所以在三相开关s1吸合、三相开关s2断开的状态下启动三相逆变器后，任意两相之间不会形成短路回路，确保了三相逆变器安全启动运行。
该第二预设值与电网电压同频同相，由于系统内器件基本都是按照电网电压等级配置，所以该第二预设值的幅值不宜超过电网电压幅值。该第二预设值的幅值不宜过高或过低，过高则对电容c2和分压器cy的耐压要求高，过低则在电压检测精度不高时会产生检测误差，本发明实施例中例如可以设置为电网电压幅值的一半。
步骤s06：判断分压器cy上的交流电压有效值是否大于第三预设值，若是，进入步骤s09，若否，进入步骤s07。
具体的，在三相开关s1吸合、三相开关s2断开、三个星形连接的输出滤波电容电压钳位到第二预设值的情况下：
如果三相开关s2出现上述情况1，假设是a相触头黏连，那么将有交流电流从电网的a相发出，依次经过三相开关s2的a相开关、三相开关s1的a相开关、电容cf1、电容c2、分压器cy最终流入大地，参见图2中用虚线箭头示出的交流电流回路，此时分压器cy上产生一交流电压；又由于电容cf1电压被钳位到第二预设值，所以电容c2与分压器cy上的交流电压之和等于并网开关末端的相电压ua减去第二预设值，电容c2与分压器cy按阻抗值大小分配该交流电压之和；b相或c相触头黏连时同理可得；
而如果三相开关s2不存在上述情况1，则由于三个输出滤波电容电压平衡所以o2点对地电压为零，分压器cy上不会产生交流电压。
综上，在三相开关s1吸合、三相开关s2断开，并且三个星形连接的输出滤波电容电压被钳位到第二预设值时，一旦发现分压器cy上有超过一定量的交流电压(即第三预设值)，即可确定三相开关s2存在上述情况1。
三相逆变器与电网之间通常连接有变压器，该变压器二次侧绕组(靠近三相逆变器这一侧的绕组)可以采用星形接法并且星形接法的中心点不接地(如图4所示)，也可以采用星形接法并且星形接法的中心点接地，也可以采用三角形接法(如图5所示)。
在变压器二次侧绕组采用星形接法并且星形接法的中心点不接地，或者变压器二次侧绕组采用三角形接法的情况下，如果三相开关s1吸合、三相开关s2断开但不去干预三个星形连接的输出滤波电容电压，那么当变压器二次侧绕组上接入三相不对称且中性点接地的负载(参见图4以及图5中示出的电阻r1～r3)后，阻抗低的一路的相电压就会相对较低。如果该相电压低至近似为零的程度，那么在三相开关s2出现上述情况1时，假设是a相触头黏连，虽然仍存在图2中示出的交流电流回路，但电容cf1上分配到的交流电压近似为零，这与三相开关s2正常时对电容cf1上的交流电压检测结果非常接近，所以无法再根据电容cf1上的交流电压大小准确判断三相开关s2是否出现了上述情况1。而本发明实施例通过将三个星形连接的输出滤波电容电压钳位到第二预设值，使得三相开关s2出现上述情况1时电容cf1上的交流电压不会低至近似为零的程度，所以能够根据电容cf1上的交流电压大小准确判断三相开关s2是否出现了上述情况1。
分压器cy上交流电压的大小，就是指分压器cy上交流电压的有效值。另外需要说明的是，分压器cy上始终叠加有直流电源负极施加的直流电压，由于直流电压的有效值和平均值相等，交流电压的有效值和平均值不等，所以可以判断分压器cy电压的有效值和平均值之差是否超过第四预设值来判断分压器cy上的交流电压有效值是否大于第三预设值，若分压器cy电压的有效值和平均值之差超过第四预设值，说明三相开关s2存在上述情况1。
步骤s07：切换回三相开关s1和三相开关s2的开关状态，之后进入步骤s08。
具体的，与上述步骤s04同理，步骤s07中推荐先断开三相开关s1，再吸合三相开关s2。
步骤s08：判断分压器cy上的交流电压有效值是否大于所述第三预设值，若是，进入步骤s09，若否，进入步骤s10。
具体的，在三相开关s2断开、三相开关s1吸合的开关状态下检测完三相开关s2不存在上述情况1(参见步骤s05～s06)后，切换三相开关s2和三相开关s1的开关状态，按照同样的方式检测三相开关s1是否存在上述情况1(参见步骤s05、s07～s08)。
步骤s09：报故障并结束检测。
步骤s10：判定三相开关s1和s2均不存在触头黏连的情况，结束检测。
由以上描述可知，本发明实施例在三相逆变器启动前，在一个三相开关吸合、另一三相开关断开的情况下，根据并网开关两端相对应的任意两相线电压之间的差值大小判断出处于断开状态的三相开关是否存在任意两相或三相触头黏连，然后用同样的方式完成对另一三相开关的判断。若两三相开关均不存在任意两相或三相触头黏连，将三个输出滤波电容电压钳位到第二预设值，在一个三相开关吸合、另一三相开关断开的情况下，根据分压器cy上交流电压有效值判断出处于断开状态的三相开关是否存在任意一相触头黏连，然后用同样的方式完成对另一三相开关的判断，最终完成了对整个并网开关有无触头黏连的检测。
需要说明的是，上述实施例是按照先检测三相开关s2是否存在上述情况1、再检测三相开关s1是否存在上述情况1的顺序执行，但实际上该检测顺序是可随意调换的，上述实施例仅是作为一个示例。
并网开关失效除了包括三相开关s1和/或三相开关s2触头黏连的情况，还包括三相开关s1和/或三相开关s2触头烧毁而常断的情况。三相开关触头烧毁而常断，可能是任意一相触头烧毁而导致该相上的单相开关常断，也可能是任意两相触头烧毁而导致这两相上的单相开关均常断，也可能是三相触头烧毁而导致这三相上的单相开关均常断。
为了同时实现对三相开关s1和/或三相开关s2触头烧毁而常断的情况的检测，本发明实施例还公开了又一种三相逆变器的并网开关失效检测方法，在上述步骤s01～s10中任意一步骤执行之前或之后(例如在上述步骤s10执行之后，如图6所示)，还包括：
步骤s11：将三个输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相同幅值。钳位的具体实现方式参见前文描述，此处不再赘述。
步骤s12：吸合三相开关s1和三相开关s2；
步骤s13：判断是否满足上述预设条件，若否，说明三相开关s1和s2正常，进入步骤s14；若是，说明判定三相开关s1或s2存在触头烧毁而常断的情况，进入步骤s09。
步骤s14：判定并网开关无触头烧毁而常断的情况，结束检测。
需要说明的是，当通过控制三相逆变器发波来将三个输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相同幅值时，推荐将所述步骤s11～s14设置在步骤s10执行之后执行，因为此情况下，在步骤s14执行完毕后就直接无缝切换到了三相逆变器并网运行状态，三相逆变器开始并网发电以满足用户用电需求。
与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种三相逆变器的并网开关失效检测系统，所述三相逆变器中的三个输出滤波电容采用星形连接并且星形连接的中心点接回母线中点；所述三相逆变器的母线负极与地之间连接有一分压器；所述并网开关由三相开关s1和三相开关s2串联而成；
所述三相逆变器的并网开关失效检测系统，如图7所示，包括第一检测单元100和第二检测单元200；
所述第一检测单元100，用于在三相逆变器停机并且三相开关s1和三相开关s2均断开的初始状态下，控制三相开关s2吸合，判断是否满足预设条件，若否，报故障，若是，切换两三相开关的开关状态，再次判断是否满足所述预设条件，若再次判断时不满足所述预设条件，报故障；若再次判断时满足所述预设条件，触发所述第二检测单元200；其中，所述预设条件是指所述并网开关两端ab线电压波形之间的偏差、所述并网开关两端bc线电压波形之间的偏差以及所述并网开关两端ca线电压波形之间的偏差均超出误差允许范围；
所述第二检测单元200，用于将三个星形连接的输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相的第二预设值，然后判断所述分压器上的交流电压有效值是否大于第三预设值，若大于第三预设值，报故障；若不大于第三预设值，再次切换两三相开关的开关状态，再次判断所述分压器上的交流电压有效值是否大于第三预设值，若再次判断时大于第三预设值，报故障；若再次判断时不大于第三预设值，判定并网开关无触头黏连的情况。
可选的，仍参见图7，所述三相逆变器的并网开关失效检测系统，还包括第三检测单元300，用于将三个输出滤波电容电压钳位到与电网同频同相同幅值，然后吸合三相开关s1和三相开关s2，判断是否满足上述预设条件，若否，判定并网开关无触头烧毁而常断的情况；若是，报故障。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本发明各实施例均是基于三相逆变器依次经过三相开关s1、三相开关s2接入电网的情况进行描述，但实际上本发明各实施例同样适用于三相逆变器依次经过三相开关s2、三相开关s1接入电网的情况，原理相同，此处不再赘述。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。