[发明专利]一种基于谐波分析的级联逆变器H桥单元故障检测方法

说明书

技术领域

本发明属于高压大功率电力电子技术在电力系统中的应用技术领域，涉及基于开关频率谐波分析的载波移相PWM（脉宽调制）方式下的级联型逆变器H桥单元短路故障检测方法。

背景技术

近年来，随着工业与电力技术的发展，H桥级联结构在并网逆变、储能、电力电子变压器等领域成为了研究的热点。H桥级联型逆变器具有功率容量大、开关器件应力小、谐波含量低等优点，因此被广泛应用在各种电气装置中。

级联型逆变器在结构上易于模块化实现，并具有较低开关损耗和谐波输出。但由于其采用了多个H桥单元串联的结构，其结构复杂性和控制复杂性增加了其发生故障的可能性。级联型逆变器常应用于风力发电机、电力电子变压器等重要场合，如果其发生故障却未得到及时有效的处理，其带来的后果非常严重。这就对级联型逆变器的冗余技术提出了更高的要求，而冗余技术的前提是故障检测，包括故障判断和故障定位，即能根据一定特征判断级联型逆变器是否发生故障，并确定故障的位置。

H桥级联型逆变器的故障检测可以通过增加额外硬件电路方法得以实现，例如在每个H桥单元是输出侧装设电压传感器，但此方法不仅大大增加了成本，而且加大了系统复杂度，降低了装置的可靠性。在软件方法方面，针对级联型逆变器故障检测方面研究非常少，考虑到级联型逆变器的单相链节中的各个H桥单元由于三角载波分别移相了一定角度，那么各H桥单元的输出电压波形中的开关频率处的谐波也会分别移相一定角度，根据对级联型逆变器的单相输出电压的分析，得到开关频率附近的谐波幅值与相角，可对级联型逆变器的H桥单元短路故障进行判断与定位。

发明内容

发明目的：针对上述级联型逆变器故障检测的问题，本发明的目的在于提出一种基于谐波分析的级联逆变器H桥单元故障检测方法，该方法是基于开关频率谐波分析的用于载波移相PWM调制方式下的级联型逆变器H桥单元短路故障检测方法，该方法可以在不增加硬件电路的前提下进行故障判断与定位，提高装置的冗余性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于谐波分析的级联逆变器H桥单元故障检测方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：输出交流电压采样：

步骤1.1：利用电压传感器采集级联型逆变器的三相电压为v_xo，其中x代表x相，即x＝a,b,c，a,b,c为三相符号；将所述模拟信号v_xo通过低通滤波器进行滤波，滤波后的信号为v′_xo，低通滤波器的截止频率f_lp＝3f_sw，f_sw为级联型逆变器H桥单元输出电压的开关频率；

步骤1.2，对所述滤波后的模拟信号v′_xo进行A/D采样，采样频率f_s为H桥单元输出电压开关频率f_sw的整数倍，采样所得的离散信号记为v_x(k)，其中0≤k≤N-1，N为一个工频周期内采样点的个数；

步骤2：开关频率附近谐波提取与处理：

步骤2.1：计算所述离散信号v_x(k)在H桥单元输出电压开关频率f_sw附近的离散傅里叶变换结果，记为：

{V_x(n_sw-n₀),V_x(n_sw-n₀+1),…,V_x(n_sw),…,V_x(n_sw+n₀)}

其中n_sw＝f_sw/f₀，n_sw为开关频率谐波的次数，每相所取f_sw附近谐波个数为2n₀+1；H桥单元输出电压开关频率f_sw，f₀=50Hz。