一种逆变器自检方法与流程

1.本发明涉及一种光储逆变器或光伏逆变器的自检方法。


背景技术：

2.光储逆变器在现场开机或者维修开机的时候可能会由于内部潜在的故障导致机器损坏。传统的光储逆变器在开机时只做常规的过压过流等保护，在出现故障时不能提前预知，通常会导致机器出现严重的损坏。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：传统的光储逆变器在开机时只做常规的过压过流等保护，在出现故障时不能提前预知，通常会导致机器出现严重的损坏。
4.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种逆变器自检方法，用于检测逆变器开关机时内部关键电路是否存在故障，所述逆变器包括pv升压电路、母线电容、逆变电路以及电池变换电路，其特征在于，所述逆变器自检方法包括以下步骤：
5.步骤1、工作条件自检：
6.为逆变器供电后判断电池电压以及电网电压是否在正常工作范围内，符合要求后，进入步骤2，否则退出整个自检流程；
7.步骤2、按照预定的检测顺序，分别进行pv升压电路检测、母线电容检测、逆变电路检测和/或电池变换电路检测，其中：
8.进行pv升压电路检测时：
9.判断逆变器的pv电压是否在工作范围内：
10.若不在工作范围内，则跳过pv升压电路检测；
11.若在工作范围内，则使得逆变器的pv输入端强制短路后，基于pv输入的电压以及电流判断pv升压电路是否正常；
12.进行母线电容检测时：
13.将母线电压从初始电压v0跌落至指定电压vt所对应的放电时间的检测值t与母线电压从初始电压v0跌落至指定电压vt所对应的放电时间的计算值t进行比较，从而判断母线电容是否老化或者故障；
14.进行逆变电路检测时：
15.对逆变电路的开关管进行开环控制发波，基于逆变输出电压的有效值和峰值判断逆变电路是否异常；
16.进行电池变换电路检测时：
17.使电池变换电路中的buckboost电路运行pwm波后，基于中间母线电压与母线电压之间的差异判断电池变换电路是否故障。
18.优选地，在步骤1中，通过pv或者电池或者电网为所述逆变器供电，从而使得所述逆变器的辅助电源电路能正常工作。
19.优选地，在步骤1中，逆变器的辅助电源电路通过电池供电来工作，关闭交流隔离启动电源电路。
20.优选地，在步骤2中，进行所述母线电容检测时，关闭逆变器的逆变电路、电池变换电路，并使得逆变器的pv升压电路中所有的开关管保持导通状态，交流隔离启动电源电路关闭，同时，逆变器的辅助电源电路通过电池供电；此时，母线电压在母线电压保持电路中的母线放电电阻的作用下缓慢放电，直至母线电压跌落到小于母线电压阈值v0后，开通交流隔离启动电源电路，母线电压保持电路中的母线电容通过交流隔离启动电源电路给母线充电，母线电压充电至初始电压v0后交流隔离启动电源电路停止充电，母线电压在母线的母线放电电阻的放电作用下再次缓慢下降至指定电压vt，实时检测母线电压和母线电压从初始电压v0跌落至指定电压vt所对应的放电时间的检测值t，并计算得到母线电压从初始电压v0跌落至指定电压vt所对应的放电时间的计算值t，当t/t《0.7时，则认为检测值t明显小于计算值t，判断为母线电容老化或者故障。
21.优选地，在步骤2中，进行pv升压电路检测时：
22.判断逆变器的pv电压是否在工作范围内：
23.若不在工作范围内，则跳过pv升压电路检测；
24.若在工作范围内，则关闭逆变器的逆变电路、电池变换电路，持续导通光储逆变器中pv升压电路的开关管，使得逆变器的pv输入端通过导通的pv升压电路的开关管强制短路；随后检测pv输入的电压以及电流：若pv输入的电压为零且pv输入的电流不为零，则判断pv升压电路正常；若pv输入的电压不为零，则判断pv升压电路异常。
25.优选地，在步骤2中，进行逆变电路检测时：逆变器的pv升压电路中所有的开关管保持导通状态，并且关闭逆变器的电池变换电路，打开逆变器的交流隔离启动电源电路，对母线电压进行充电，母线电压充电到指定值后，关闭交流隔离启动电源电路，此时逆变器的控制和采样电路对逆变电路的开关管进行开环控制发波，控制和采样电路对逆变输出电压和母线电压同时进行测量，测量逆变输出电压的有效值和峰值：若逆变输出电压的有效值和峰值在规格范围内，则判断逆变电路正常；否则判断逆变电路异常。
26.优选地，在步骤2中，进行pv升压电路检测时，通过所述逆变器自带的pv电压采样电路判断pv电压是否在工作范围内，且利用逆变器现有的pv检测电路检测所述pv输入的电压以及电流；
27.在进行母线电容检测时，通过逆变器本身的母线电压检测电路实时检测母线电压和对应的放电时间；
28.在进行逆变电路检测时，控制和采样电路利用逆变器本身的逆变电压采样电路对逆变输出电压进行测量，同时利用逆变器本身的母线电压采样电路对母线电压进行测量。
29.优选地，在步骤2中，进行电池变换电路检测时：逆变器的pv升压电路中所有的开关管保持导通状态，并且关闭逆变器的电池变换电路，打开逆变器的交流隔离启动电源电路，对母线电压进行充电；母线电压充电到指定值后，关闭交流隔离启动电源电路，此时，电池变换电路中的buckboost电路运行50％占空比pwm波，同时对母线电压和中间母线电压进行测量，若中间母线电压与母线电压的一半之间的差异过大，则判断电池变换电路故障，否则电池变换电路正常。
30.优选地，在步骤2中，进行逆变电路检测时，获得的逆变输出电压的有效值为
vinv
rms
、峰值为vinv
pk
，则若vinv
pk
/vbus大于0.9或者小于0.7，vinv
rms
/vbus大于0.65或者小于0.45，判断逆变电路故障，其中，vbus为母线电压。
31.优选地，在步骤2中，进行电池变换电路检测时，若vmid
bus
/vbus大于0.6或者小于0.4，则认为中间母线电压与母线电压的一半的差异过大，其中，vbus为母线电压，vmid
bus
为中间母线电压。
32.本发明提供了一种内部关键电路的检测方案在不增加额外的硬件电路条件下，利用机器现有的采样电路通过适当的逻辑时序控制来检测逆变器内部关键电路和关键器件是否存在故障。利用本发明提供的技术方案可以在开机前对机器的关键电路进行自检，避免直接开机导致机器产生严重的损坏，同时可以定位出故障是哪一部分电路，便于后续维修。
附图说明
33.图1为光储逆变器的电路框图；
34.图2示意了光储逆变器的电路拓扑；
35.图3示意了本发明的自检逻辑；
36.图4示意了pv升压电路检测的原理(为图2的pv boost部分电路)；
37.图5示意了母线电容检测的原理(为图2的bus circuit部分电路)；
38.图6为图2中bus circuit部分以及inv circuit部分的电路拓扑；
39.图7为图2中buckboost部分的电路拓扑。
具体实施方式
40.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
41.如图1所示，光储逆变器通常具备pv升压电路、逆变电路、电池变换电路、母线电压保持电路、辅助电源电路、交流隔离启动电源电路、控制和采样电路以及各部分电路的电压电流检测功能。pv升压电路通常由boost升压电路构成。逆变电路通常由h桥或者heric等电路构成。电池变换电路通常由buckboost电路或llc电路加buckboost电路构成。母线电压保持电路通常由母线电容和放电电阻组成。辅助电源电路通常由反激电路构成。交流隔离启动电源电路通常由继电器控制电路或者是隔离电源构成。控制和采样电路所实现的采样功能通常包括pv电压采样、母线电压采样、逆变电压采样、电池电压采样、中间母线电压采样、pv电流采样、逆变电流采样、buckboost电流采样等。
42.图1所示光储逆变器的电路拓扑如图2所示，图2中pv输入为2路，根据本领域技术人员的常识，pv输入也可以是一路或者多路(2路以上)。图2中，pv boost为pv升压电路，其中，pv-l1、pv-l2为电感，pv-d1、pv-d2为二极管，pv-t1、pv-t2为开关管，pv1 voltage sampling、pv2 voltage sampling为pv电压采样电路，htc1、htc2为pv电流检测端口。图2中，bus circuit为母线电压保持电路，其中，c1为母线电容，r1为母线放电电阻，bus voltage sampling为母线电压采样电路。图2中，inv circuit为逆变电路，其中，inv-t1至
inv-t6为开关管(它们在控制和采样电路的控制下按照50hz或者60hz开环的工作模式工作)，inv-l1、inv-l2为电感，inv-c1为电容，inv voltage sampling为逆变电压采样电路，htc3为电流检测端口。图2中，llc+buckboost为电池变换电路，其中，bat-c1、bb-c1、llc-c1为电容，lv-t1至lv-t4、hv-t1至hv-t4、bb-t2、bb-t1为开关管，tx1为变压器，bb-l1为电感，mid-bus voltage sampling为中间母线电压采样电路，htc4为电流检测端口。前述符号说明沿用至其他附图。
43.基于上述光储逆变器的结构以及工作原理，本实施例公开的一种光储逆变器自检方法所实现的主要的自检逻辑如下：
44.步骤1、工作条件自检：
45.光储逆变器通过pv或者电池或者电网供电，使得光储逆变器的辅助电源能正常工作。光储逆变器的控制和采样电路对逆变器电池电压以及电网电压进行采样检测，确保处于逆变器的正常工作范围内，若逆变器电池电压以及电网电压不在正常工作范围内，则退出整个自检流程。光储逆变器的辅助电源电路通过电池供电来工作，关闭交流隔离启动电源电路。
46.步骤2、pv升压电路检测：
47.通过光储逆变器自带的pv电压采样电路判断pv电压是否在工作范围内：
48.若不在工作范围内，则跳过pv升压电路检测；
49.若在工作范围内，则关闭逆变电路、电池变换电路，持续导通pv升压电路的开关管(即图2以及图4中的pv-t1和pv-t2)，使得pv输入端通过开关管强制短路。利用光储逆变器现有的pv检测电路(包括pv电压检测pv1/pv2voltage sampling和pv电流检测hct1和hct2)，检测pv输入的电压以及电流：若pv输入的电压为零且pv输入的电流不为零，则判断pv升压电路正常；若pv输入的电压不为零，则判断pv升压电路异常。
50.如图4所示，控制和采样电路把pv-t1或者pv-t2导通处于on的状态，然后通过现有的采样检测电路(pv voltage sampling和hct)检测对应的pv电压和电流。图4以及图2示意了两路pv输入的情况，更多路的pv输入也采用同样的检测方式。
51.步骤3、母线电容检测：
52.关闭逆变电路、电池变换电路，pv升压电路中所有的开关管(如图2及图4所示的pv-t1，pv-t2)保持导通状态，交流隔离启动电源电路关闭。光储逆变器的辅助电源电路通过电池供电。母线电压因为没有输入源，在如图2及图5所示的母线电压保持电路中的母线放电电阻r1的作用下缓慢放电。在母线电压跌落到较低电压后(小于60v即可，本实施例设为20v)，开通交流隔离启动电源电路，母线电压保持电路中的母线电容c1通过交流隔离启动电源电路给母线充电，充电至指定电压(比如60v)时交流隔离启动电源电路停止充电，母线电压在母线的母线放电电阻r1的放电作用下会缓慢下降。通过光储逆变器本身的母线电压检测电路(如图2以及图6所示的bus voltage sampling)实时检测母线的电压和对应的放电时间。母线电压从初始电压v0跌落到指定电压vt(比如30v)所需的时间为t，则可以由下式获得的t的计算值t：
[0053][0054]
若时间t的实测值明显小于计算值t时，判断为母线电容c1老化或者故障。本实施
例中，时间t的实测值用t表示，则当t/t《0.7时，则认为时间t的实测值明显小于计算值t。
[0055]
步骤4、逆变电路检测：
[0056]
pv升压电路中所有的开关管(如图2及图4所示的pv-t1，pv-t2)保持导通状态，并且关闭电池变换电路，打开交流隔离启动电源电路，对母线进行充电。母线充电到指定值(例如60v)后，关闭交流隔离启动电源电路，此时控制和采样电路对逆变电路的开关管(如图2以及图6所示的inv-t1～inv-t6)进行开环控制发波。控制和采样电路对逆变输出电压(利用如图2以及图6所示的逆变电压采样电路inv vpltage sampling)和母线电压(利用如图2以及图6所示的母线电压采样电路bus voltage sampling)同时进行测量，测量逆变输出电压的有效值和峰值。若逆变输出电压的有效值和峰值在规格范围内，则判断逆变电路正常；否则判断逆变电路异常。
[0057]
母线电压采样电路bus voltage sampling和逆变电压采样电路inv vpltage sampling同时工作采样。假设母线电压为vbus，逆变输出电压为vinv(对应的峰值电压为vinv
pk
，对应的有效值电压为vinv
rms
)，逆变开环发波调制比为0.8。正常工作下，侦测逆变电压输出峰值vinv
pk
＝0.8
×
vbus，逆变电压输出有效值vinv
rms
＝0.56
×
vbus，侦测到逆变峰值和有效值值过高或者过低判定逆变电路故障。比如逆变输出电压峰值vinv
pk
/vbus的结果大于0.9或者小于0.7，vinv
rms
/vbus的结果大于0.65或者小于0.45，判断逆变电路故障。
[0058]
控制和采样电路同时对逆变输出电压频率进行采样检测，逆变输出频率应该是50hz
±
1hz或者60hz
±
1hz，超出范围则判断逆变电路故障。
[0059]
步骤5、电池变换电路检测：
[0060]
pv升压电路中所有的开关管(如图2及图4所示的pv-t1，pv-t2)保持导通状态，并且关闭电池变换电路，打开交流隔离启动电源电路，对母线进行充电。母线充电到指定值(例如60v)后，关闭交流隔离启动电源电路，此时，电池变换电路中的buckboost电路运行50％占空比pwm波(即图2以及图7中的开关管bb-t1工作在50％的占空比)，同时对母线电压vbus和中间母线电压vmid
bus
进行测量。中间母线电压vmid
bus
应该等于母线电压vbus的一半，如果差异过大则判断电池变换电路故障。本实施例中，若vmid
bus
/vbus大于0.6或者小于0.4，则认为中间母线电压vmid
bus
与母线电压vbus的一半的差异过大。

技术特征：
1.一种逆变器自检方法，用于检测逆变器开关机时内部关键电路是否存在故障，所述逆变器包括pv升压电路、母线电容、逆变电路以及电池变换电路，其特征在于，所述逆变器自检方法包括以下步骤：步骤1、工作条件自检：为逆变器供电后判断电池电压以及电网电压是否在正常工作范围内，符合要求后，进入步骤2，否则退出整个自检流程；步骤2、按照预定的检测顺序，分别进行pv升压电路检测、母线电容检测、逆变电路检测和/或电池变换电路检测，其中：进行pv升压电路检测时：判断逆变器的pv电压是否在工作范围内：若不在工作范围内，则跳过pv升压电路检测；若在工作范围内，则使得逆变器的pv输入端强制短路后，基于pv输入的电压以及电流判断pv升压电路是否正常；进行母线电容检测时：将母线电压从初始电压v0跌落至指定电压vt所对应的放电时间的检测值t与母线电压从初始电压v0跌落至指定电压vt所对应的放电时间的计算值t进行比较，从而判断母线电容是否老化或者故障；进行逆变电路检测时：对逆变电路的开关管进行开环控制发波，基于逆变输出电压的有效值和峰值判断逆变电路是否异常；进行电池变换电路检测时：使电池变换电路中的buckboost电路运行pwm波后，基于中间母线电压与母线电压之间的差异判断电池变换电路是否故障。2.如权利要求1所述的一种逆变器自检方法，其特征在于，在步骤1中，通过pv或者电池或者电网为所述逆变器供电，从而使得所述逆变器的辅助电源电路能正常工作。3.如权利要求1所述的一种逆变器自检方法，其特征在于，在步骤1中，逆变器的辅助电源电路通过电池供电来工作，关闭交流隔离启动电源电路。4.如权利要求1所述的一种逆变器自检方法，其特征在于，在步骤2中，进行所述母线电容检测时，关闭逆变器的逆变电路、电池变换电路，并使得逆变器的pv升压电路中所有的开关管保持导通状态，交流隔离启动电源电路关闭，同时，逆变器的辅助电源电路通过电池供电；此时，母线电压在母线电压保持电路中的母线放电电阻的作用下缓慢放电，直至母线电压跌落到小于母线电压阈值v0后，开通交流隔离启动电源电路，母线电压保持电路中的母线电容通过交流隔离启动电源电路给母线充电，母线电压充电至初始电压v0后交流隔离启动电源电路停止充电，母线电压在母线的母线放电电阻的放电作用下再次缓慢下降至指定电压vt，实时检测母线电压和母线电压从初始电压v0跌落至指定电压vt所对应的放电时间的检测值t，并计算得到母线电压从初始电压v0跌落至指定电压vt所对应的放电时间的计算值t，当t/t<0.7时，则认为检测值t明显小于计算值t，判断为母线电容老化或者故障。5.如权利要求1所述的一种逆变器自检方法，其特征在于，在步骤2中，进行pv升压电路检测时：
判断逆变器的pv电压是否在工作范围内：若不在工作范围内，则跳过pv升压电路检测；若在工作范围内，则关闭逆变器的逆变电路、电池变换电路，持续导通光储逆变器中pv升压电路的开关管，使得逆变器的pv输入端通过导通的pv升压电路的开关管强制短路；随后检测pv输入的电压以及电流：若pv输入的电压为零且pv输入的电流不为零，则判断pv升压电路正常；若pv输入的电压不为零，则判断pv升压电路异常。6.如权利要求1所述的一种逆变器自检方法，其特征在于，在步骤2中，进行逆变电路检测时：逆变器的pv升压电路中所有的开关管保持导通状态，并且关闭逆变器的电池变换电路，打开逆变器的交流隔离启动电源电路，对母线电压进行充电，母线电压充电到指定值后，关闭交流隔离启动电源电路，此时逆变器的控制和采样电路对逆变电路的开关管进行开环控制发波，控制和采样电路对逆变输出电压和母线电压同时进行测量，测量逆变输出电压的有效值和峰值：若逆变输出电压的有效值和峰值在规格范围内，则判断逆变电路正常；否则判断逆变电路异常。7.如权利要求1所述的一种逆变器自检方法，其特征在于，在步骤2中，进行pv升压电路检测时，通过所述逆变器自带的pv电压采样电路判断pv电压是否在工作范围内，且利用逆变器现有的pv检测电路检测所述pv输入的电压以及电流；在进行母线电容检测时，通过逆变器本身的母线电压检测电路实时检测母线电压和对应的放电时间；在进行逆变电路检测时，控制和采样电路利用逆变器本身的逆变电压采样电路对逆变输出电压进行测量，同时利用逆变器本身的母线电压采样电路对母线电压进行测量。8.如权利要求1所述的一种逆变器自检方法，其特征在于，在步骤2中，进行电池变换电路检测时：逆变器的pv升压电路中所有的开关管保持导通状态，并且关闭逆变器的电池变换电路，打开逆变器的交流隔离启动电源电路，对母线电压进行充电；母线电压充电到指定值后，关闭交流隔离启动电源电路，此时，电池变换电路中的buckboost电路运行50％占空比pwm波，同时对母线电压和中间母线电压进行测量，若中间母线电压与母线电压的一半之间的差异过大，则判断电池变换电路故障，否则电池变换电路正常。9.如权利要求1所述的一种逆变器自检方法，其特征在于，在步骤2中，进行逆变电路检测时，获得的逆变输出电压的有效值为vinv
rms
、峰值为vinv
pk
，则若vinv
pk
/vbus大于0.9或者小于0.7，vinv
rms
/vbus大于0.65或者小于0.45，判断逆变电路故障，其中，vbus为母线电压。10.如权利要求1所述的一种逆变器自检方法，其特征在于，在步骤2中，进行电池变换电路检测时，若vmid
bus
/vbus大于0.6或者小于0.4，则认为中间母线电压与母线电压的一半的差异过大，其中，vbus为母线电压，vmid
bus
为中间母线电压。

技术总结
本发明的技术方案是公开了一种逆变器自检方法，其特征在于，包括以下步骤：对逆变器的电池电压以及电网电压进行采样检测，若电池电压以及电网电压不在正常工作范围内，则退出整个自检流程，否则，进入下一步；按照预定的检测顺序，分别进行PV升压电路检测、母线电容检测、逆变电路检测以及电池变换电路检测。本发明提供了一种内部关键电路的检测方案在不增加额外的硬件电路条件下，利用机器现有的采样电路通过适当的逻辑时序控制来检测逆变器内部关键电路和关键器件是否存在故障。利用本发明提供的技术方案可以在开机前对机器的关键电路进行自检，避免直接开机导致机器产生严重的损坏，同时可以定位出故障是哪一部分电路，便于后续维修。后续维修。后续维修。


技术研发人员：欧阳华奋 胡高宏 黄晖
受保护的技术使用者：上海正泰电源系统有限公司 浙江正泰电源系统有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/13