Igbt反向并聯二極管的故障檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種IGBT反向并聯二極管的故障檢測方法及裝置，其中，所述故障檢測方法包括：獲取預充電過程中的電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電過程中實際流經IGBT反向并聯二極管上的電流測量值；計算流經所述IGBT反向并聯二極管的電流計算值；根據所述電網電壓值、所述直流母線電壓值、所述電流測量值以及所述電流計算值，確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障。本發明IGBT反向并聯二極管的故障檢測方法與現有技術相比，檢測方法更加簡單，另外，在預充電過程中，預充電回路的電路結構較為簡單，受到變流器其他部件的影響較小，因此，基于預充電過程中所采集的電流和電壓值進行故障判斷，其判斷結果會更加準確。
【專利說明】IGBT反向并聯二極管的故障檢測方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子元器件的故障檢測方法及裝置，尤其涉及IGBT反向并聯二極管的故障檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002]在風力發電機的變流器的IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)模塊中設置有IGBT反向并聯二極管，其目的是為了防止IGBT遇到反向高壓被擊穿，起保護作用，如果該二極管存在故障，則保護作用不在，易造成IGBT被反向擊穿，如果無法及時檢測到該二極管是否存在故障，將直接影響到IGBT正常的工作，從而影響到變流器的穩定性，因此，需要一種能夠針對風力發電機的變流器的IGBT反向并聯二極管的故障檢測方法。
【發明內容】
[0003]本發明的實施例的目的在于提供一種IGBT反向并聯二極管的故障檢測方法，其能夠簡單、準確地確定IGBT反向并聯二極管是否出現故障。
[0004]為了實現上述目的，本發明的實施例提供了一種IGBT反向并聯二極管的故障檢測方法，包括:獲取預充電過程中的電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電過程中實際流經IGBT反向并聯二極管上的電流測量值；根據所述電網電壓值、所述直流母線電壓值以及預充電電阻值，計算流經所述IGBT反向并聯二極管的電流計算值；根據所述電網電壓值、所述直流母線電壓值、所述電流測量值以及所述電流計算值，確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障。
[0005]本發明的實施例還提供了一種IGBT反向并聯二極管的故障檢測裝置，包括:數據采集模塊，用于獲取預充電過程中的電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電過程中實際流經IGBT反向并聯二極管上的電流測量值；電流計算模塊，根據所述電網電壓值、所述直流母線電壓值以及預充電電阻值，計算流經所述IGBT反向并聯二極管的電流計算值；判定模塊，用于根據所述電網電壓值、所述直流母線電壓值、所述電流測量值以及所述電流計算值，確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障。
[0006]本發明的故障檢測方法及裝置，充分利用了變流器預充電過程的電路特性，基于獲取的電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電過程中實際流經IGBT反向并聯二極管上的電流測量值，就能夠對IGBT反向并聯二極管是否存在故障進行判斷，與現有技術的檢測方法相比，檢測方法更加簡單，另外，在預充電過程中，預充電回路的電路結構較為簡單，受到變流器其他部件的影響較小，因此，基于預充電過程中所采集的電流和電壓值進行故障判斷，其判斷結果會更加準確。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為本發明實施例的變流器拓撲結構示意圖；
[0008]圖2為本發明實施例的單相預充電回路的結構示意圖；
[0009]圖3為本發明實施例一的IGBT反向并聯二極管故障檢測方法的流程示意圖；
[0010]圖4為圖3所不的流程中步驟303的具體流程不意圖；
[0011]圖5為本發明實施例二的IGBT反向并聯二極管的故障檢測裝置的結構示意圖。
[0012]標號說明:
[0013]1:發電機；2:發電機側主控開關；3:功補電容；4:二極管整流橋；5:斬波升壓電路；6:直流母線；7:放電回路；8:制動單元；9:網側逆變橋；10:電抗器；11:網側主控開關；12:預充電回路；13:變壓器；901:單相網側逆變橋；14:單相電抗器；1202:單相預充電電阻；1201:單相預充電開關。
【具體實施方式】
[0014]以下，將參照附圖來詳細說明本發明的實施例，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
[0015]本發明的IGBT反向并聯二極管的故障檢測方法的技術原理是利用變流器的預充電過程的特性，對預充電回路中的電壓數據進行采集，進而進行IGBT反向并聯二極管是否故障的判斷。
[0016]實施例一
[0017]如圖1所示，其為本發明實施例的變流器的拓撲結構示意圖，其整體結構如下:發電機I經發電機側主控開關2同二極管整流橋4連接，功補電容3并聯在二極管整流橋4上，二極管整流橋4經斬波升壓電路5后同直流母線6相連，放電電路7、制動回路8和網側逆變橋9跨接在直流母線6正負極之間，網側逆變橋9通過電抗器10同網側主控開關11相連接，預充電電路12同網側主控開關11并聯，網側主控開關11經變壓器13同電網相連接。
[0018]基于上述變流器的拓撲結構，本發明實施例的單相預充電回路如圖2所示，其示出了圖1中一相電路的單相預充電回路示意圖，圖1中另外兩相各自預充電電路與圖2是相同的，該單相預充電回路包括:變壓器13、預充電電阻1202、預充電開關1201、直流母線6以及為圖1中作為網側逆變橋9的一部分的單相網側逆變橋901，單相網側逆變橋901中包括IGBT反向并聯二極管D11、D12、D21以及D22。基于上述結構，單相預充電電路工作流程包括:預充電開關1201閉合，電網變壓器13上的電流通過預充電電阻1202，流經電抗器14，通過IGBT反向并聯二極管(D11、D12、D21、D22)對直流母線6的兩個電容進行充電。本發明實施例所要檢測的IGBT反向并聯二極管就位于單相網側逆變橋901的IGBT模塊中。
[0019]基于圖1和圖2的電路結構，并參閱圖3，本發明的實施例的IGBT反向并聯二極管的故障檢測方法包括:
[0020]數據獲取步驟301:獲取預充電過程中的電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電過程中實際流經IGBT反向并聯二極管上的電流測量值。其中，直流母線電壓值包括圖2所示的直流母線6兩端的電壓值Udc.和Udc;_，可以從直流母線6的兩端直接測得，電網電壓值可以從變壓器13上測量獲得，在一般的變流器中，直流母線6和電網變壓器13上均設有電壓測量模塊，而IGBT反向并聯二極管上的電流測量值可以通過IGBT內部的電流互感器測量，也可以在外部設置電流互感器進行測量。
[0021]電流計算步驟302:根據電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電電阻值，計算流經IGBT反向并聯二極管的電流計算值。
[0022]故障判定步驟303:根據電網電壓值、直流母線電壓值、電流測量值以及電流計算值，確定IGBT反向并聯二極管是否存在故障。
[0023]本發明的故障檢測方法，充分利用了變流器預充電過程的電路特性，基于獲取的電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電過程中實際流經IGBT反向并聯二極管上的電流測量值，就能夠對IGBT反向并聯二極管是否存在故障進行判斷，與現有技術相比，檢測方法更加簡單，另外，在預充電過程中，預充電回路的電路結構較為簡單，受到變流器其他部件的影響較小，因此，基于預充電過程中所采集的電流和電壓值進行故障判斷，其判斷結果會更加準確。此外，對于上述各個電流值和電壓值的獲取，可以由變流器內部已有的數據采集器和測量模塊來完成，無需額外的電流和電壓檢測設備。
[0024]具體地，圖2中的IGBT反向并聯二極管D21與Dll位置相同，功能相同；圖2中的IGBT反向并聯二極管D22與對D12位置相同，功能相同。因此，在本實施例中僅選取圖2中IGBT反向并聯二極管Dll與D12的故障檢測做詳細說明，D21與D22的故障檢測方法與Dll與D12是相同的。
[0025]在單相預充電電路預充電過程中，獲取實際流經IGBT反向并聯二極管(D11、D12)上的電流測量值(In、I12)、電網電壓值E和直流母線電壓值(仏。+、仏。_)，其中，仏。+為正向直流母線電壓值，udc;_為負向直流母線電壓值，結合已知的預充電電阻阻值R，可以采用下式
(I)或式(2)計算流經IGBT反向并聯二極管的電流計算值I' η或I' 12:
[0026]I，n = (E-Udc+)/2R(其中，E 彡 Udc+>0).................................式(I)
[0027]I’ 12 = (E-UdcJ /2R(其中，E 彡 UdcXO).................................式(2)
[0028]相應地，電流偏差(Λ Ιη、Λ I12)的計算米用式⑶或式⑷:
[0029]Δ I11 = I I11-1'I1..................................................................式(3)
[0030]Δ I12 = Il12-1j12..................................................................式(4)
[0031]在此假設流入IGBT的電流方向為正方向。此外，由于充電回路上的電抗器14的電感值一般在零點幾毫亨內，可以忽略不計。
[0032]進一步地，如圖4所示，上述故障判定步驟303可以具體分為如下兩種情況:
[0033]I)針對Dll的判定步驟3031:在預充電回路上，Dll與直流母線的正向對應，直流母線的正向的充電條件為電網電壓值E大于正向直流母線電壓值Ud。+。即只有在E>Ud。+時，Dll才導通，而當0〈E ( Ud。+和E彡O的情況下Dll的電流測量值I11應該為零。因此，對于Dll的判斷步驟可以包括如下兩種情況:
[0034](I)當E>Ud。+時，如果I11不等于零，則需要計算電流測量值I11與電流計算值I’η之間的電流偏差值Λ I11,根據Λ I11來確定IGBT反向并聯二極管是否存在故障。具體方式可以為將Λ I11與預設的閾值進行比較，如果Λ I11超過預設的閾值，則確定IGBT反向并聯二極管存在故障。例如，優選地，將閾值設定為10%的電流計算值，即如果AI11^ 10% X |Γη |，則確定IGBT反向并聯二極管Dll正常，反之，確定IGBT反向并聯二極管Dll故障。如果I11等于零，則說明Dll存在故障，在這種情況下，一般為Dll斷路。
[0035](2)當E彡Udc+時，如果I11不等于零，則確定Dll存在故障，在這種情況下，一般為Dll短路。
[0036]2)針對D12的判定步驟3032:在預充電回路上，D12與直流母線的負向對應，直流母線的負向的充電條件為電網電壓值E小于負向直流母線電壓值Udc_。即只有在E〈Udc;_時，D12才導通，即當Ude_〈E〈0和E彡O的情況下D12的電流測量值I12應該為零。因此，對于D12的判斷可以包括如下兩種情況:
[0037](I)當E〈Udc;_時，如果I12不等于零，則需要計算電流測量值I12與電流計算值I’12之間的電流偏差值Λ I12，根據Λ I12來確定IGBT反向并聯二極管是否存在故障。具體方式可以為將Λ I12與預設的閾值進行比較，如果Λ I12超過預設的閾值，則確定IGBT反向并聯二極管存在故障。例如，優選地，將閾值設定為10%的電流計算值，即如果AI12^ 10% X |1’121，則確定IGBT反向并聯二極管D12正常，反之，確定IGBT反向并聯二極管D12故障。如果I12等于零，則說明D12存在故障，在這種情況下，一般為D12斷路。
[0038](2)當Udc_彡E時，如果I12不等于零，則確定D12存在故障，在這種情況下，一般為Dll短路。
[0039]需要說明的是，上述判定步驟3031和3032是相互獨立的，可以同時存在也可以僅存在其中一個分支。判定步驟3031和3032中的兩種情形(I)和(2)也可以分別獨立存在或者同時存在。
[0040]通過上述技術方案，基于預充電過程中采集的測量數據，可以判斷出IGBT反向并聯二極管(Dll、D12)是否存在故障，同理可以對IGBT反向并聯二極管(D21、D22)進行判定。對于三相電路中的其他兩相上的IGBT反向并聯二極管可以采用同樣的方式進行判斷。
[0041]實施例二
[0042]如圖5所示，其為本發明實施例三的IGBT反向并聯二極管的故障檢測裝置的結構示意圖，其包括:數據采集模塊501，用于獲取預充電過程中的電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電過程中實際流經IGBT反向并聯二極管上的電流測量值；電流計算模塊502，根據電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電電阻值，計算流經IGBT反向并聯二極管的電流計算值；判定模塊503，用于根據電網電壓值、直流母線電壓值、電流測量值以及電流計算值，確定IGBT反向并聯二極管是否存在故障。
[0043]進一步地，與上述實施例一相對應地，針對Dl I與D12存在不同的故障檢測機制(D21和D22的檢測方式與Dll與D12相同)，具體如下:
[0044]I)針對Dl I而言，直流母線電壓值為正向直流母線電壓值Ud。+，IGBT反向并聯二極管為與直流母線的正向對應的IGBT反向并聯二極管，則判定模塊503可以包括:
[0045]第一判定單元，用于在電網電壓值大于直流母線電壓值并且電流測量值不為零的情況下，則計算電流測量值與電流計算值之間的電流偏差值，根據電流偏差值確定IGBT反向并聯二極管是否存在故障；
[0046]第二判定單元，用于在電網電壓值大于直流母線電壓值并且電流測量值為零的情況下，確定IGBT反向并聯二極管存在故障。
[0047]進一步地，判定模塊503還可以包括:第三判定單元，用于在電網電壓值小于或等于直流母線電壓值并且電流測量值不為零的情況下，確定IGBT反向并聯二極管存在故障。
[0048]2)針對D12而言，直流母線電壓值為負向直流母線電壓值Udc_，IGBT反向并聯二極管為與直流母線的負向對應的IGBT反向并聯二極管，則判定模塊503可以包括:
[0049]第四判定單元，用于在電網電壓值小于直流母線電壓值并且電流測量值不為零的情況下，計算電流測量值與電流計算值之間的電流偏差值，根據電流偏差值確定IGBT反向并聯二極管是否存在故障；
[0050]第五判定單元，用于在電網電壓值小于直流母線電壓值并且電流測量值為零的情況下，確定IGBT反向并聯二極管存在故障。
[0051 ] 判定模塊503還可以包括:第六判定單元，用于在電網電壓值大于或等于直流母線電壓值并且電流測量值不為零的情況下，確定IGBT反向并聯二極管存在故障。
[0052]需要說明的是，在上述的判定單元中，根據電流偏差值確定IGBT反向并聯二極管是否存在故障可以具體為:如果電流偏差值與電流計算值的比值超過預設的閾值，則確定IGBT反向并聯二極管存在故障。優選地，預設的閾值為10%。
[0053]本實施例的故障檢測裝置，充分利用了變流器預充電過程的電路特性，基于獲取的電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電過程中實際流經IGBT反向并聯二極管上的電流測量值，就能夠對IGBT反向并聯二極管是否存在故障進行判斷，與現有技術相比，檢測方法更加簡單，另外，在預充電過程中，預充電回路的電路結構較為簡單，受到變流器其他部件的影響較小，因此，基于預充電過程中所采集的電流和電壓值進行故障判斷，其判斷結果會更加準確。
[0054]以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種IGBT反向并聯二極管的故障檢測方法，其特征在于，包括: 獲取預充電過程中的電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電過程中實際流經IGBT反向并聯二極管上的電流測量值； 根據所述電網電壓值、所述直流母線電壓值以及預充電電阻值，計算流經所述IGBT反向并聯二極管的電流計算值； 根據所述電網電壓值、所述直流母線電壓值、所述電流測量值以及所述電流計算值，確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障。
2.根據權利要求1所述的故障檢測方法，其特征在于，所述直流母線電壓值為正向直流母線電壓值，所述IGBT反向并聯二極管為與所述直流母線的正向對應的IGBT反向并聯二極管，則所述根據電網電壓值、所述直流母線電壓值、所述電流測量值以及所述電流計算值，確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障包括: 如果所述電網電壓值大于所述直流母線電壓值并且所述電流測量值不為零，則計算所述電流測量值與所述電流計算值之間的電流偏差值，根據所述電流偏差值確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障； 如果所述電網電壓值大于所述直流母線電容的電壓值并且所述電流測量值為零，則確定所述IGBT反向并聯二極管存在故障。
3.根據權利要求2所述的故障檢測方法，其特征在于，所述根據電網電壓值、所述直流母線電壓值、所述電流測量值以及所述電流計算值，確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障還包括: 如果所述電網電壓值小于或等于所述直流母線電壓值并且所述電流測量值不為零，則確定為所述IGBT反向并聯二極管存在故障。
4.根據權利要求1所述的故障檢測方法，其特征在于，所述直流母線電壓值為負向直流母線電壓值，所述IGBT反向并聯二極管為與所述直流母線的負向對應的IGBT反向并聯二極管，則所述根據電網電壓值、所述直流母線電壓值、所述電流測量值以及所述電流計算值，確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障包括: 如果所述電網電壓值小于所述直流母線電壓值并且所述電流測量值不為零，則計算所述電流測量值與所述電流計算值之間的電流偏差值，根據所述電流偏差值確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障； 如果所述電網電壓值小于所述直流母線電壓值并且所述電流測量值為零，則確定所述IGBT反向并聯二極管存在故障。
5.根據權利要求4所述的故障檢測方法，其特征在于，所述根據電網電壓值、所述直流母線電壓值、所述電流測量值以及所述電流計算值，確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障還包括: 如果所述電網電壓值大于或等于所述直流母線電壓值并且所述電流測量值不為零，則確定為所述IGBT反向并聯二極管存在故障。
6.根據權利要求2至5任一所述的故障檢測方法，其特征在于，所述根據電流偏差值確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障包括:如果所述電流偏差值與所述電流計算值的比值超過預設的閾值，則確定所述IGBT反向并聯二極管存在故障。
7.根據權利要求6所述的故障檢測方法，其特征在于，所述預設的閾值為10%。
8.—種IGBT反向并聯二極管的故障檢測裝置，其特征在于，包括: 數據采集模塊，用于獲取預充電過程中的電網電壓值、直流母線電壓值以及預充電過程中實際流經IGBT反向并聯二極管上的電流測量值； 電流計算模塊，根據所述電網電壓值、所述直流母線電壓值以及預充電電阻值，計算流經所述IGBT反向并聯二極管的電流計算值； 判定模塊，用于根據所述電網電壓值、所述直流母線電壓值、所述電流測量值以及所述電流計算值，確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障。
9.根據權利要求8所述的故障檢測裝置，其特征在于，所述直流母線電壓值為正向直流母線電壓值，所述IGBT反向并聯二極管為與所述直流母線的正向對應的IGBT反向并聯二極管，所述判定模塊包括: 第一判定單元，用于在所述電網電壓值大于所述直流母線電壓值并且所述電流測量值不為零的情況下，則計算所述電流測量值與所述電流計算值之間的電流偏差值，根據所述電流偏差值確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障； 第二判定單元，用于在所述電網電壓值大于所述直流母線電壓值并且所述電流測量值為零的情況下，確定所述IGBT反向并聯二極管存在故障。
10.根據權利要求9所述的故障檢測裝置，其特征在于，所述判定模塊還包括: 第三判定單元，用于在所述電網電壓值小于或等于所述直流母線電壓值并且所述電流測量值不為零的情況下，確定所述IGBT反向并聯二極管存在故障。
11.根據權利要求8所述的故障檢測裝置，其特征在于，所述直流母線電壓值為負向直流母線電壓值，所述IGBT反向并聯二極管為與所述直流母線的負向對應的IGBT反向并聯二極管，所述判定模塊包括: 第四判定單元，用于在所述電網電壓值小于所述直流母線電壓值并且所述電流測量值不為零的情況下，計算所述電流測量值與所述電流計算值之間的電流偏差值，根據所述電流偏差值確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障； 第五判定單元，用于在所述電網電壓值小于所述直流母線電壓值并且所述電流測量值為零的情況下，確定所述IGBT反向并聯二極管存在故障。
12.根據權利要求11所述的故障檢測裝置，其特征在于，所述判定模塊還包括: 第六判定單元，用于在所述電網電壓值大于或等于所述直流母線電壓值并且所述電流測量值不為零的情況下，確定所述IGBT反向并聯二極管存在故障。
13.根據權利要求9至12任一所述的故障檢測裝置，其特征在于，所述根據電流偏差值確定所述IGBT反向并聯二極管是否存在故障包括:如果所述電流偏差值與所述電流計算值的比值超過預設的閾值，則確定所述IGBT反向并聯二極管存在故障。
14.根據權利要求13所述的故障檢測裝置，其特征在于，所述預設的閾值為10%。
【文檔編號】G01R31/27GK104166083SQ201410400758
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月14日 優先權日:2014年8月14日
【發明者】武立國, 尹進峰 申請人:北京天誠同創電氣有限公司