一种在线预测光伏逆变器母线电容寿命的电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型利用大功率光伏逆变器自身的软起电路，提供一种在线预测大功率光伏逆变器直流侧电容寿命的电路，其中在线预测大功率光伏逆变器直流侧电容寿命的电路，包括软启保护熔丝Fs，软启限流电阻R1、R2，软启接触器S4，直流侧断路器S1，交流侧断路器S3，三相整流桥，直流侧电容，直流电流检测，三相电网等。该电路非常便捷，不增加任何成本，能准确预测直流侧电容寿命，效率高，减小大功率光伏并网逆变器因母线电容引起的安全隐患。
【专利说明】
一种在线预测光伏逆变器母线电容寿命的电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种在线预测光伏逆变器母线电容寿命的电路，尤其涉及一种在线预测大功率光伏逆变器直流侧电容寿命的电路。
【背景技术】
[0002]在电力电子领域，特别是大功率(250kW以上)光伏逆变器、风电变流器产品中，电容作为关键的储能元器件，在电路中起到储能和滤波的作用，抑制母线电压波动，减小直流纹波。大功率光伏逆变器是大型地面光伏电站的核心发电装置，发电装置是否能够长期可靠无故障运行、及时发现故障减小故障维护时间，直接关系电站业主的经济效益。近些年，大多数电站业主及行业专家越来越重视大功率光伏逆变器中母线电容、IGBT模块、电感、风扇等核心部件的使用情况和寿命预测。
[0003]在大功率光伏逆变器中，母线电容一般选用高压薄膜电容，多个电容组并联使用，价格昂贵，对售后维护人员要求高。在不增加光伏逆变器成本的情况下，一种在线预测大功率光伏逆变器直流侧电容寿命的方法及电路，能准确检测大功率光伏并网逆变器直流侧电容器现存容量，初步解决寿命预测问题。采用测量直流侧电容器现存容量与原始容量(或额定容量)百分比比值的方式预测直流侧电容器的有效寿命，可有效提高效率。当光伏并网逆变器通过此方法检测到母线电容现存容量小于80%原始容量时，能及时通过自身的显示屏和通信接口向用户和后台监控中心告警，提出电容器需要更换的信息并提示更换原因。但现有技术中存在预测不过准确，不能及时发现安全隐患的问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型利用大功率光伏逆变器自身的软起电路，提供一种在线预测大功率光伏逆变器直流侧电容寿命的电路，该电路非常便捷，不增加任何成本，能准确预测直流侧电容寿命，效率高，减小大功率光伏并网逆变器因母线电容引起的安全隐患。
[0005]本实用新型的目的在于克服大功率光伏并网逆变器中现有技术预测直流侧电容寿命不够准确，且成本过高的问题，能及时发现直流侧电容性能下降引起的安全隐患，及时提醒售后人员维护，减小大功率光伏逆变器因故障停机的发电量损失，实现电站业主经济效益的最大化。
[0006]本实用新型采用夜间光伏逆变器停机后启动检测，不影响光伏逆变器白天发电时间，利用光伏逆变器系统中已有的软启动回路，来预测检测光伏逆变器直流侧电容寿命;不用增加硬件成本，又方便售后维护人员检修，减小因直流侧电容性能下降引起的安全隐患。
[0007]本实用新型提供一种在线预测大功率光伏逆变器直流侧电容寿命的电路，包括软启保护熔丝Fs，软启限流电阻Rl、R2，软启接触器S4，直流侧断路器SI，交流侧断路器S3，三相整流桥，直流侧电容，直流电流检测，三相电网，其中软启保护熔丝Fs与软启接触器S4连接，软启限流电阻Rl、R2与三相整流桥连接，直流侧断路器SI与直流侧电容连接，交流侧断路器S3与三相电网连接。
[0008]本实用新型的电路，可预估直流侧电容可充电的电压值U s = s qr t (2) *Max (Uab，Ubc1Uca)，其中Max(Uab，Ubc，Uca)为三相线电压中的最大线电压值；
[0009]并检测获得直流侧母线电容电压参数Uc和电容电流参数Ic，电容初始状态Uc(O)= OVJc(O)=OA;
[0010]通过预定义直流侧母线电容寿命保护值门限对应电容容量Cp，实际检测直流母线电容容值C，其中直流侧电容额定容量为Cn，额定寿命为T;
[0011]预测直流侧电容寿命Tc = T*(C-Cp)/(Cn-Cp)。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的一个实施方式的原理图。
[0013]图2是利用本实用新型电路的光伏逆变器直流侧母线电容在线检测流程图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图详细描述本实用新型的实施方式。
[0015]本实用新型的实施原理图由软启保护熔丝Fs，软启限流电阻R1、R2，软启接触器S4，直流侧断路器SI，交流侧断路器S3，三相整流桥，直流侧电容，直流电流检测，三相电网等组成。
[0016]本实用新型的工作逻辑如下:早晨太阳升起时，光伏逆变器直流侧电容电压Uc随前端光伏电池板输出电压升高而慢慢升高，当直流侧电压升高到光伏逆变器开机点电压，光伏逆变器开机并网发电；傍晚太阳降落时，前端光伏电池板输出功率减小，光伏逆变器直流侧电容电压随前端光伏电池板输出电压降低而慢慢降低，当光伏电池板功率减小及输出电压降低到光伏逆变器关机电压点时，光伏逆变器关机，直流侧电容电压最后降低到OV左右。光伏逆变器M⑶检测到光伏逆变器处于关机状态且直流侧电容电压在-5V〈Uc〈5V(检测误差冗余)时，MCU开始计数，计数达到设定值(例如30分钟)，光伏逆变器开始直流侧母线电容在线检测。检测软件流程如图2所示。在线检测到直流侧母线电容性能下降时，通知业主检修维护;在线检测直流侧母线电容满足要求时，继续正常运行逻辑，等待第二天白天开机运行。
[0017]本实用新型电容(:计算公式基于电容基本特性:1c(t) =C*dUc(t)/dt，dUc(t)为相邻两次直流侧电容电压采样值之差值，dt为采样周期值，Ic(t)为当前采样时刻直流侧直流电流1(直流电流1等于电容电流Ic)，直流母线电容容值C由电容电压、电容电流按照一定函数关系(即Ic(t) =C*dUc(t)/dt)计算得出，再经Tc = T*(C-Cp)/(Cn-Cp)预测直流侧母线电容寿命Tc。
[0018]根据本实用新型的方法包括如下步骤:
[00?9 ] 本实用新型的电路，可预估直流侧电容可充电的电压值U s = s qr t (2) *Max (Uab，Ubc1Uca)，其中Max(Uab，Ubc，Uca)为三相线电压中的最大线电压值；
[0020]并检测获得直流侧母线电容电压参数Uc和电容电流参数Ic，电容初始状态Uc(O)= OVJc(O)=OA;
[0021]通过预定义直流侧母线电容寿命保护值门限对应电容容量Cp，实际检测直流母线电容容值C，其中直流侧电容额定容量为Cn，额定寿命为T;
[0022]预测直流侧电容寿命Tc = T*(C-Cp)/(Cn-Cp)。
[0023]具体电路运行情况是:
[0024]B1:白天光伏逆变器正常运行时，S1、S2、S3闭合，S4断开;随着日照减弱，PV电池板输出能量减小，直到输出功能量为0，光伏逆变器从运行状态进入夜间关机状态。
[0025]B2:夜间关机状态下，S1、S3闭合，S2断开；当M⑶检测到PV电池电压持续30分钟小于等于5V，S4闭合，M⑶开始直流侧电容电压Uc采样、直流侧电流1采样。直到Us与直流侧电容电压采样值Uc的差值小于等于30V，断开S4，结束采样，采样总次数为N。
[0026]B3:直流侧电容电压Uc采样，MCU采样值为Uc(k)，k为l、2、3."N;Uc(l)为直流侧电容电压Uc第一次采样值;Uc (2)为直流侧电容电压Uc第二次采样值;Uc (N)为直流侧电容电压此第阶欠采样值;直流侧电流10采样，1?^采样值为10(10，1^为1、2、3-#;10(1)为直流电流1第一次采样值;1(2)为直流电流1第二次采样值;1(N)为直流电流1第N次采样值；[0027 ] B4:直流母线电容预测计算，按照函数关系IC (t) = OdUc (t) /dt，计算直流母线电容容值c ο采样周期值dt恒定，第一次采样值uc (l)ao(i)与初始状态值Uc (O)=Ovac(O) =0A，有如下函数关系:Ic(l)-1c(0) =C(1 )*(U(l)-U(0))/dt;C(1) = (Ic(l)-1c(O) )*dt/(U
(1)-U(O));第二次采样值Uc(2)、1(2)与第一次采样值Uc(I)，Ic(I)，有如下函数关系:Ic
(2)-1C(l)=C(2)*(U(2)-U(l))/dt;C(2)= (IC(2)-1C(l))*dt/(U(2)-U(l));第三次采样值1^(3)、10(3)与第二次采样值1^(2)，1(3(2)，有如下函数关系:1(:(3)-1(3(2)=(:(3)*(1]
(3)-1](2))/扣;(:(3)= (1(3(3)-1(3(2))*(^/(1](3)-1](2));第阶欠采样值1](30)、100)与第^1次采样值Uc(N-1)，Ic(N-1)，有如下函数关系:Ic(N)-1c(N-1) = C(N)*(U(N)-U(N-l))/dt;C(幻=(1。(幻-1。0-1))*此/(1](幻-1]0-1));求取阶欠平均值0=(0(1)+(:(2)+(:(3) +."+〇(N)) /N，C即为直流母线电容容值。
[0028]本实用新型在不增加光伏逆变器系统硬件成本的情况下，能准确、高效检测预测直流侧母线电容寿命，方便业主、售后人员及时维护直流侧母线电容，减小安全隐患，实现光伏逆变器系统发电经济效益最大化。
[0029]上述实施方式仅是示例性的示出本实用新型，并不企图限制本实用新型。另外对于没有详细描述的步骤属于本领域技术人员熟知的技术内容。对于涵盖在本实用新型构思内的相应的变换和更改均在本实用新型范围内。
【主权项】
1.一种在线预测大功率光伏逆变器直流侧电容寿命的电路，包括软启保护熔丝Fs，软启限流电阻Rl、R2，软启接触器S4，直流侧断路器SI，交流侧断路器S3，三相整流桥，直流侧电容，直流电流检测，三相电网，其中软启保护熔丝Fs与软启接触器S4连接，软启限流电阻Rl、R2与三相整流桥连接，直流侧断路器SI与直流侧电容连接，交流侧断路器S3与三相电网连接。2.根据权利要求1所述的电路，其特征是还包括光伏逆变器MCU，当光伏逆变器MCU检测到光伏逆变器处于关机状态且直流侧电容电压在-5V〈Uc〈5V时，M⑶开始计数，计数达到设定值后，光伏逆变器开始直流侧母线电容在线检测。3.根据权利要求2所述的电路，其特征是直流母线电容容值C由电容电压、电容电流按照Ic(t) = C*dUc(t)/dt计算得出，dUc(t)为相邻两次直流侧电容电压采样值之差值，dt为采样周期值，Ic(t)为当前采样时刻直流侧直流电流1，直流电流1等于电容电流Ic。4.根据权利要求1所述的电路，其特征是可预估直流侧电容可充电的电压值Us= sqrt(2)*Max(Uab，Ubc，Uca)，其中Max(Uab，Ubc，Uca)为三相线电压中的最大线电压值； 并检测获得直流侧母线电容电压参数Uc和电容电流参数Ic，电容初始状态Uc(O)=OV,Ic(O) =0A； 通过预定义直流侧母线电容寿命保护值门限对应电容容量Cp，实际检测直流母线电容容值C，其中直流侧电容额定容量为Cn，额定寿命为T; 预测直流侧电容寿命Tc = T* (C-Cp) / (Cn-Cp)。
【文档编号】H02J3/38GK205693379SQ201620405722
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月6日 公开号201620405722.X, CN 201620405722, CN 205693379 U, CN 205693379U, CN-U-205693379, CN201620405722, CN201620405722.X, CN205693379 U, CN205693379U
【发明人】朱建国, 刘远涛
【申请人】永联科技南和有限公司