逆变器监测系统

1.本技术涉及逆变器监测技术领域，特别是涉及一种逆变器监测系统。


背景技术：

2.近年来，随着新能源技术及轻型直流输电系统的发展，一种新型电压源型多电平逆变器拓扑结构：模块化多电平逆变器(modular multilevel converter，mmc)因其具有模块化程度高、易于拓展，输出电压谐波特性好，等效开关频率高等优点而受到日益广泛的关注。
3.目前，对于模块化多电平逆变器进行状态监测存在多种算法，而这些算法的准确性和可靠性，都需要加以验证。而如何验证模块化多电平逆变器的状态监测算法，则成为了亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够验证多电平逆变器状态检测算法的逆变器监测系统。
5.一种逆变器监测系统，逆变器监测系统包括多电平逆变器、信息采集部件和控制器；信息采集部件与控制器连接；
6.多电平逆变器，用于接收直流信号，并对直流信号进行逆变处理得到交流信号；交流信号为阶梯波；
7.信息采集部件，用于通过霍尔效应采集多电平逆变器的状态信息；状态信息用于表征多电平逆变器的运行状态；
8.控制器，用于获取信息采集部件采集到的状态信息，并根据状态信息进行监测算法的仿真验证。
9.在其中一个实施例中，多电平逆变器包括多个子模块；信息采集部件包括多个电压采集组件；电压采集组件与子模块一一连接；
10.子模块，用于根据直流信号和子模块的位置产生对应的电平；
11.电压采集组件，用于通过霍尔效应采集对应连接的子模块的电压信息。
12.在其中一个实施例中，子模块包括电容器；电压采集组件包括霍尔电压传感器；霍尔电压传感器与电容器连接；
13.霍尔电压传感器，用于采集电容器的电容电压。
14.在其中一个实施例中，子模块包括绝缘栅双极型晶体管，信息采集部件还包括结温采集组件；
15.结温采集组件，用于采集绝缘栅双极型晶体管的结温。
16.在其中一个实施例中，结温采集组件包括红外温度传感器、光纤温度传感器中的至少一种。
17.在其中一个实施例中，子模块还包括调理组件；
18.调理组件，用于对子模块的电压信息和/或绝缘栅双极型晶体管的结温进行调理，并将调理后的电压信息和/或调理后的结温输入到控制器。
19.在其中一个实施例中，多电平逆变器包括桥臂；信息采集部件包括桥臂电流采集组件；
20.桥臂电流采集组件，用于通过霍尔效应采集桥臂的电流信息。
21.在其中一个实施例中，桥臂电流采集组件包括霍尔电流传感器。
22.在其中一个实施例中，多电平逆变器包括桥臂；信息采集部件包括桥臂电压采集组件；
23.桥臂电压采集组件，用于通过霍尔效应采集桥臂的电压信息。
24.在其中一个实施例中，系统还包括转接部件；转接部件在信息采集部件与控制器之间，分别与信息采集部件和控制器连接；
25.转接部件，用于获取信息采集部件输出的状态信息，并将状态信息转发到控制器。
26.上述逆变器监测系统包括多电平逆变器、信息采集部件和控制器，其中，多电平逆变器接收直流信号，并对直流信号进行逆变处理得到交流信号；信息采集部件通过霍尔效应采集多电平逆变器的状态信息；控制器获取信息采集部件采集到的状态信息，并根据状态信息进行监测算法的仿真验证。本技术实施例中，通过霍尔效应采集多电平逆变器的状态信息，不仅无需在多电平逆变器中增加监测器件，还可以为监测算法的仿真验证提供实测数据，从而提高监测算法的准确性和可靠性。
附图说明
27.图1为一个实施例中逆变器监控系统的结构示意图；
28.图2为一个实施例中多电平逆变器的结构示意图；
29.图3为另一个实施例中逆变器监控系统的结构示意图；
30.图4为一个实施例中逆变器监控系统的实物图。
具体实施方式
31.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
32.本技术实施例提供了一种逆变器监测系统，如图1所示，该逆变器监测系统包括多电平逆变器10、信息采集部件20和控制器30；信息采集部件20与控制器30连接；多电平逆变器10，用于接收直流信号，并对直流信号进行逆变处理得到交流信号；交流信号为阶梯波；信息采集部件20，用于通过霍尔效应采集多电平逆变器10的状态信息；状态信息用于表征多电平逆变器10的运行状态；控制器30，用于获取信息采集部件20采集到的状态信息，并根据状态信息进行监测算法的仿真验证。
33.本技术实施例中，逆变器监测系统包括多电平逆变器10、信息采集部件20和控制器30。其中，多电平逆是一种新型逆变器。一般的逆变器采用等幅脉冲宽度调制的方法，即对应正弦波幅值大的部分脉冲宽度宽一些，幅值小的部分脉冲宽度窄一些。而多电平逆变器根据正弦波的幅值大小采用阶梯波形去逼近正弦波，阶梯越多，越逼近正弦波，可有三、
五、七电平等。多电平逆变器的优点是功率开关元件工作在较低的频率上，功率开关元件的损耗较少，产生的电磁干扰较小，逆变器效率较高。多电平逆变器10可以连接电源部件，从电源部件接收直流信号，然后对直流信号进行逆变处理得到多个阶梯电平，并由多个阶梯电平组成阶梯波的交流信号。
34.信息采集部件20包括霍尔器件。当多电平逆变器10处于运行状态时，信息采集部件20中霍尔器件产生霍尔效应，利用霍尔效应采集多电平逆变器10的状态信息。例如，利用霍尔效应采集多电平逆变器10中的电容电压、桥臂电流等。本技术实施例对状态信息不做限定。
35.控制器30与信息采集部件20连接，信息采集部件20采集到多电平逆变器10的状态信息后，控制器30获取信息采集部件20采集到的状态信息，并根据状态信息进行监测算法的仿真验证。
36.上述逆变器监测系统，多电平逆变器接收直流信号，并对直流信号进行逆变处理得到交流信号；信息采集部件通过霍尔效应采集多电平逆变器的状态信息；控制器获取信息采集部件采集到的状态信息，并根据状态信息进行监测算法的仿真验证。本技术实施例中，通过霍尔效应采集多电平逆变器的状态信息，不仅无需在多电平逆变器中增加监测器件，还可以为监测算法的仿真验证提供实测数据，从而提高监测算法的准确性和可靠性。
37.在一个实施例中，多电平逆变器10包括多个子模块；信息采集部件20包括多个电压采集组件；电压采集组件与子模块一一连接；子模块，用于根据直流信号和子模块的位置产生对应的电平；电压采集组件，用于通过霍尔效应采集对应连接的子模块的电压信息。
38.本技术实施例中，多电平逆变器10可以包括多个子模块，信息采集部件20包括多个电压采集组件，电压采集组件与子模块一一对应连接。
39.如图2所示，多电平逆变器包括子模块sm
p1
、sm
p2
……
sm
pn
和sm
n1
、sm
n2
……
sm
nn
，图中多个子模块的连接方式是串联。在实际应用中，也可以采取其他连接方式，本技术实施例对此不做限定。
40.每个子模块都可以根据直流信号和子模块的位置产生对应的电平，不同位置的子模块产生不同的电平，这样，多个子模块可以产生多个阶梯电平，从而由多个阶梯电平构成阶梯波的交流信号。同时，多电平逆变器10中还可以设置冗余的子模块，用来提高多电平逆变器10的可靠性。
41.对于每个子模块，在子模块运行过程中，对应连接的电压采集组件产生霍尔效应，通过霍尔效应采集子模块的电压信息。
42.上述实施例中，子模块根据直流信号和子模块的位置产生对应的电平；电压采集组件通过霍尔效应采集对应连接的子模块的电压信息。本技术实施例中，通过霍尔效应采集子模块的电压信息，可以为监测算法的仿真验证提供子模块电压的实测数据，从而提高监测算法的准确性和可靠性。
43.在一个实施例中，子模块包括电容器；电压采集组件包括霍尔电压传感器；霍尔电压传感器与电容器连接；霍尔电压传感器，用于采集电容器的电容电压。
44.本技术实施例中，子模块中的电容器可以是金属化膜电容器，电压采集组件包括霍尔电压传感器。在子模块运行过程中，金属化膜电容器会被充电，霍尔电压传感器产生霍尔效应，通过霍尔效应采集金属化膜电容器充电后的电容电压。
45.在一个实施例中，子模块包括绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)，信息采集部件20包括结温采集组件；结温采集组件，用于采集绝缘栅双极型晶体管的结温。
46.本技术实施例中，子模块包括igbt，信息采集部件20还包括结温采集器件。在子模块运行过程中，igbt中的pn结由于电子和空穴的运动而产生温度，结温采集器件采集igbt的结温。
47.在其中一个实施例中，结温采集组件包括红外温度传感器、光纤温度传感器中的至少一种。
48.可以通过红外温度传感器来采集igbt的结温，也可以通过光纤温度传感器来采集igbt的结温，本技术实施例对此不做限定，可以根据实际情况进行设置。
49.在实际应用中，上述信息采集部件20可以是信息采集板，信息采集板上设置霍尔电压传感器、红外温度传感器和光纤温度传感器中的至少一种；并且，将信息采集板集成在子模块中。本技术实施例对此不做限定。
50.上述实施例中，霍尔电压传感器采集电容器的电容电压；结温采集组件采集绝缘栅双极型晶体管的结温。本技术实施例可以为监测算法的仿真验证提供电容器电压的实测数据和igbt结温的实测数据，从而提高监测算法的准确性和可靠性。
51.在一个实施例中，子模块还包括调理组件；调理组件，用于对子模块的电压信息和/或绝缘栅双极型晶体管的结温进行调理，并将调理后的电压信息和/或调理后的结温输入到控制器30。
52.子模块还可以包括调理组件，调理组件与信息采集部件20连接，从信息采集部件20获取子模块的电压信息、igbt的结温等，然后对子模块的电压信息、igbt的结温等进行调理，再把调理后的电压信息、调理后的结温等传输到控制器30。本技术实施例对调理方式不做限定。
53.在实际应用中，调理组件与控制器30之间可以采用同轴电缆连接，调理组件在对子模块的电压信息、igbt的结温等进行调理后，通过同轴电缆将调理后的电压信息和调理后的结温等传输到控制器30。
54.在其中一个实施例中，子模块还包括驱动组件，驱动组件与控制器30连接。控制器30在进行监测算法的仿真验证过程中，会根据多电平逆变器10的状态信息产生控制信号。控制器30将控制信号发送到驱动组件，驱动组件根据控制信号生驱动信号，对子模块中的igbt进行驱动。
55.在实际应用中，驱动组件可以通过光纤与控制器30连接，控制器30在产生控制信号后，通过光纤将控制信号发送到驱动组件。
56.上述实施例中，子模块还可以包括调理组件、驱动组件等，调理组件对子模块的电压信息和/或绝缘栅双极型晶体管的结温进行调理，并将调理后的电压信息和/或调理后的结温输入到控制器；驱动组件根据控制信号生驱动信号，对子模块中的igbt进行驱动。本技术实施例中，调理组件可以对电压信息和结温进行调理，使得提供给控制器的实测数据更加准确，进而使监测算法的仿真验证更加准确；驱动组件根据控制信号对igbt进行驱动，可以实时调整子模块的运行状态，从而对监测算法进行仿真验证。
57.在一个实施例中，如图2所示，多电平逆变器10包括桥臂；信息采集部件20包括桥
臂电流采集组件；桥臂电流采集组件，用于通过霍尔效应采集桥臂的电流信息。
58.多电平逆变器10的桥臂电流也是需要监测的状态信息。信息采集部件20包括桥臂电流采集组件，在多电平逆变器10运行过程中，桥臂电流采集组件产生霍尔效应，通过霍尔效应采集桥臂的电流信息。
59.在其中一个实施例中，桥臂电流采集组件包括霍尔电流传感器。
60.在一个实施例中，多电平逆变器10包括桥臂；信息采集部件20包括桥臂电压采集组件；桥臂电压采集组件，用于通过霍尔效应采集桥臂的电压信息。
61.多电平逆变器10的桥臂电压也是需要监测的状态信息。信息采集部件20包括桥臂电压采集组件，在多电平逆变器10运行过程中，桥臂电压采集组件产生霍尔效应，通过霍尔效应采集桥臂的电压信息。
62.在其中一个实施例中，桥臂电压采集组件包括霍尔电压传感器。
63.上述实施例中，信息采集部件包括桥臂电流采集组件和桥臂电压采集组件，桥臂电流采集组件通过霍尔效应采集桥臂的电流信息；桥臂电压采集组件通过霍尔效应采集桥臂的电压信息。本技术实施例中，利用霍尔效应采集桥臂的电流信息和电压信息，不仅无需在多电平逆变器中增加监测器件，还可以为监测算法的仿真验证提供桥臂电流的实测数据以及桥臂电压实测数据，从而提高监测算法的准确性和可靠性。
64.在一个实施例中，如图3所示，系统还包括转接部件40；转接部件40在信息采集部件20与控制器30之间，分别与信息采集部件20和控制器30连接；转接部件40，用于获取信息采集部件20输出的状态信息，并将状态信息转发到控制器30。
65.逆变器监测系统还包括转接部件40，信息采集部件20与转接部件40连接，转接部件40再与控制器30连接。信息采集部件20采集到状态信息后，将状态信息传输到转接部件40。转接部件40接收到状态信息后，可以对状态信息进行处理，例如，剔除掉异常信息，或者是转换信息格式等等。之后，转接部件40将处理后的状态信息传输到控制器30。
66.上述实施例中，逆变器监测系统还包括转接部件，转接部件获取信息采集部件20输出的状态信息，并将状态信息转发到控制器。本技术实施例中，可以在转接部件对状态信息进行处理，从而避免将异常数据或冗余数据传输给控制器，影响监测算法的仿真验证结果。
67.图4提供了一种逆变器监测系统的实物图。该系统的多电平逆变器与一台可编程直流电源连接，如图2中的v
dc
。该可编程直流电源型号为美恩斯xmc803824hb2，其最大输出电压为500v，最大输出功率15kw。
68.多电平逆变器还包括直流侧电容器，如图2中的c
dc
，由可编程直流电源为直流侧电容器充电。直流侧电容器的电容值为100mf，额定电压500v。两个直流侧电容器串联后，中点与负载连接，保证多电平逆变器上桥臂和下桥臂的电压基本均衡。
69.多电平逆变器可以包括多个子模块，如图2中的sm
p1
、sm
n1
等。各子模块包括igbt。igbt采用型号为ff150r12me3g，内部包含三个并联的半桥模块，共有三个上管igbt和三个下管igbt，还有六个反并联的二极管。其中，igbt和二极管均可以采用芯片。
70.子模块还可以包括调理组件。在实际应用中，采用开关电源经过隔离电源为调组组件供电。其中，开关电源将220v转换为24v，隔离电源将24v转换为
±
15v。逆变器监控系统配备一个开关电源，每个调理组件配备一个隔离电源。隔离电源的功率为75w，输出电压为
24v直流。
71.子模块还可以包括驱动组件，驱动组件采用concept公司的2sp0115t的双通道驱动器，该驱动器基于concept的scaletm
‑
2芯片组设计而成，是一款带有电气接口的双通道即插即用驱动器，它集成了igbt驱动所需要的所有元件和功能，可提供+15v/
‑
10v的驱动电压，可以安全可靠的驱动igbt，可用于多电平拓扑级联应用。
72.信号采集部件可以包括电压采集组件，电压采集组件与子模块中的电容器连接，利用霍尔电压传感器采集电容电压。其中，霍尔电压传感器型号为lv25
‑
p，其供电电压为
±
15v，原边输入额定电流为10ma，原边最大电流为14ma，副边额定电流为25ma，变比为2500：1000，原边绕组电阻为250ω，副边绕组电阻为110ω，输入电阻选用16kω，输出电阻选用300ω，电压测量范围为
±
227v，满功率运行时输出电压范围为
±
4.2v。电压采集组件通过同轴电缆将电容电压传输到控制器。
73.信号采集部件还可以包括桥臂电流采集组件，桥臂电流采集组件利用霍尔电流传感器采集上桥臂和下桥臂的电流信息。其中，霍尔电流传感器的型号为lem公司的la100
‑
p，其原边额定电流为100a，原边最大电流为150a，副边绕组电阻为120ω，输出电阻选用200ω，则电流测量范围为
±
80a。桥臂电流采集组件采集到的电流通过同轴电缆传输到控制器作。
74.控制器为利用rt
‑
lab的mmc平台控制器，型号为上海科梁公司的op5700。op5700是一款实时仿真平台，可以完成cpu上最小10微秒的实时计算，以及fpga上亚微秒级的实时计算，并可以通过高速数字io、模拟io和被测控制器进行实时的信号交互。该产品具有良好的接口扩展性，可以通过pcie接口扩展can、flexray、mil
‑
std
‑
1553等。op5700内部搭载2颗intel xeon cpu的主板、xilinx的fpga芯片和多个模拟和数字输入输出板卡，可以满足高精度实时仿真和大规模仿真需求。
75.上述实施例中提供了一种逆变器监测系统，该逆变器监测系统为多电平逆变器的状态监测搭建了一个试验平台，可以为监测算法的仿真验证提供实测数据，提高监测算法的准确性和可靠性。
76.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read
‑
only memory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。
77.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
78.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。