一種電容故障的保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電容故障的保護(hù)電路，用于發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電系統(tǒng)包括通過直流母線連接直流源、半導(dǎo)體逆變器，逆變器另一端連接交流側(cè)；直流母線之間串聯(lián)有2或2個(gè)以上具有緩沖和濾波功能的電容；保護(hù)電路包括采樣電路、比較器和基準(zhǔn)電壓模塊；采樣電路與直流母線以及串聯(lián)電容的串接點(diǎn)進(jìn)行連接，并進(jìn)行電壓采樣；比較器分別連接采樣電路和基準(zhǔn)電壓模塊，通過判斷采樣電路采集的采樣電壓是否超過基準(zhǔn)電壓模塊中設(shè)置的基準(zhǔn)電壓范圍來做保護(hù)判斷，若是，則觸發(fā)保護(hù)功能。使用時(shí)，它可以一方面切斷前級(jí)的直流供電通路和后級(jí)的交流側(cè)供電通路，另一方面泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)中的電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的電能灌入剩下的電容。
【專利說明】
一種電容故障的保護(hù)電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種保護(hù)電路，特別是一種電容故障的保護(hù)電路，特別適用于新能源發(fā)電系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源發(fā)電系統(tǒng)的能效要求逐漸地提高，對(duì)新能源發(fā)電系統(tǒng)的能效至關(guān)重要的核心部件的半導(dǎo)體功率變換器和系統(tǒng)線路損耗提出了更高的要求。而降低線路中電流，是最有效提升能效的措施之一。于是新能源發(fā)電系統(tǒng)中的直流母線電壓也逐漸抬高，從600V被抬高到1000V，甚至有提高到1500V，以進(jìn)一步減小輸入電流，降低線路損耗，提升系統(tǒng)效率。
[0003]圖1所示為典型的新能源發(fā)電系統(tǒng)電路框圖，主要由新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源、電解電容CEl和CE2，和半導(dǎo)體逆變器三部分組成，其中新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流電源與后續(xù)的半導(dǎo)體逆變器都需要大容量的直流母線電解電容進(jìn)行緩沖和濾波。由于電解電容器的最高耐壓為500V，為符合不斷抬高的輸入電壓的要求，通常采用會(huì)至少2個(gè)500V電解電容進(jìn)行串聯(lián)，如圖1中的CEl和CE2所示，CEl和CE2串聯(lián)后分別連接至直流母線(+ )正端和直流母線(-)負(fù)端，然后級(jí)聯(lián)至半導(dǎo)體逆變器，以連接交流側(cè)進(jìn)行發(fā)電。
[0004]為符合1500V輸入電壓或者更高的輸入電壓的要求，就需要多個(gè)500V電解電容器進(jìn)行串聯(lián)，比如3個(gè)、4個(gè)串聯(lián)、或者更多個(gè)串聯(lián)，如圖2所示，由電解電容CE1、CE2、…和CEn多個(gè)電解電容串聯(lián)后跨接與直流母線(+ )正端和直流母線(_)負(fù)端之間。
[0005]另外，圖1和圖2中的半導(dǎo)體逆變器都可以為單相逆變器，也可以為三相逆變器。
[0006]下面先以圖1所示典型的2個(gè)電解電容串接的新能源發(fā)電系統(tǒng)電路為例，來闡述目前新能源發(fā)電系統(tǒng)存在的安全故障和人生安全問題。
[0007]當(dāng)圖1中的電解電容CEl失效發(fā)生故障，出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)，如圖3所示。直流母線電壓就會(huì)直接全部加至CE2，同時(shí)系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)所有的電能全部會(huì)集聚至電解電容CE2上，由電解電容CE2單獨(dú)承擔(dān)，這樣會(huì)至少造成電解電容CE2過壓擊穿炸裂，甚至冒煙和起火現(xiàn)象，造成安全故障及人身安全。然而，這樣的安全故障卻不足以觸發(fā)電解電容前級(jí)直流電源和半導(dǎo)體逆變器后級(jí)交流側(cè)常規(guī)的保護(hù)措施動(dòng)作，切斷直流電源側(cè)和逆變器交流側(cè)的電能灌入正常的電解電容器CE2。
[0008]當(dāng)CE2發(fā)生故障，出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)，如圖4所示，也是相同情況，直流母線電壓就會(huì)直接全部加至CEl，同時(shí)系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)所有的電能全部會(huì)集聚至電解電容CEl上，由電解電容CEl單獨(dú)承擔(dān)，這樣會(huì)至少造成電解電容CEl過壓擊穿炸裂，甚至冒煙和起火現(xiàn)象，造成安全故障及人身安全。然而，這樣的安全故障也不足以觸發(fā)電解電容前級(jí)直流電源和半導(dǎo)體逆變器后級(jí)交流側(cè)常規(guī)的保護(hù)措施動(dòng)作，切斷直流電源側(cè)和逆變器交流側(cè)的電能灌入電解電容器CEl。
[0009]還有另一種情況也會(huì)引起電解電容的過壓擊穿炸裂，最終導(dǎo)致冒煙和起火現(xiàn)象。當(dāng)電解電容CEl和CE2隨著時(shí)間推移，電解液會(huì)不斷揮發(fā)，引起電解電容的容值減少，但是CEl和CE2容量減少程度往往會(huì)不同，即使采用均壓電路，但電解電容容量變化超出均壓電路的能力范圍后，也會(huì)引起CEl和CE2承擔(dān)的電壓差異變大，其中一個(gè)電解電容器超出的額定電壓500V，引起相關(guān)電解電容的過壓擊穿炸裂現(xiàn)象，也會(huì)導(dǎo)致冒煙和起火現(xiàn)象，造成安全故障及人身安全。同樣這樣的安全故障也不足以觸發(fā)常規(guī)的保護(hù)措施動(dòng)作，切斷直流輸入側(cè)和逆變器交流側(cè)的電能灌入未失效的電解電容器。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種電容故障的保護(hù)電路，主要用于解決發(fā)電系統(tǒng)電路中直流側(cè)的電容的失效故障引起的安全問題，使用時(shí)，它可以給前級(jí)發(fā)電系統(tǒng)的直流電源和后級(jí)半導(dǎo)體逆變器發(fā)送觸發(fā)信號(hào)來實(shí)施電解電容保護(hù)功能；當(dāng)串聯(lián)電容中的其中一個(gè)電解電容失效時(shí)，一方面切斷前級(jí)的直流供電通路和后級(jí)的交流側(cè)供電通路，另一方面泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)中的電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的電能灌入剩下的電容，發(fā)生過壓擊穿炸裂的現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)對(duì)剩下的電容的保護(hù)，避免發(fā)生更嚴(yán)重的安全故障及人身安全問題。
[0011 ]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的。
[0012]—種電容故障的保護(hù)電路，用于發(fā)電系統(tǒng)中，所述的發(fā)電系統(tǒng)包括通過直流母線連接直流源、半導(dǎo)體逆變器，逆變器另一端連接交流側(cè);直流母線之間串聯(lián)有2或2個(gè)以上具有緩沖和濾波功能的電容;其特征在于:所述的保護(hù)電路包括采樣電路、比較器和基準(zhǔn)電壓模塊;其中:
[0013]所述的采樣電路與直流母線以及串聯(lián)電容的串接點(diǎn)進(jìn)行連接，并進(jìn)行電壓采樣；
[0014]所述的比較器分別連接采樣電路和基準(zhǔn)電壓模塊，通過判斷采樣電路采集的采樣電壓是否超過基準(zhǔn)電壓模塊中設(shè)置的基準(zhǔn)電壓范圍來做保護(hù)判斷，若是，則觸發(fā)保護(hù)功能。
[0015]所述的電容故障的保護(hù)電路，其特征在于:所述的保護(hù)功能包括通過比較器發(fā)出的保護(hù)觸發(fā)信號(hào)切斷前級(jí)的直流源的供電通路和后級(jí)的交流側(cè)的供電通路。
[0016]所述的電容故障的保護(hù)電路，其特征在于:所述的保護(hù)功能包括通過比較器發(fā)出的保護(hù)觸發(fā)信號(hào)控制后級(jí)半導(dǎo)體逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導(dǎo)通，來泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)中的電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的電能灌入剩下的電容。
[0017]所述的電容故障的保護(hù)電路，其特征在于:所述的半導(dǎo)體逆變器為單相逆變器或三相逆變器。
[0018]本發(fā)明提出的發(fā)電系統(tǒng)中電容故障保護(hù)電路，可以解決常規(guī)的保護(hù)電路和裝置無法辨識(shí)電容故障的缺陷，確保發(fā)電系統(tǒng)安全運(yùn)行；同時(shí)增加的保護(hù)電路簡(jiǎn)單可靠容易實(shí)現(xiàn)，是一種性價(jià)比高的解決方案。
【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有的新能源發(fā)電系統(tǒng)電路框圖。
[0020]圖2是現(xiàn)有的多個(gè)電解電容器串接的新能源發(fā)電系統(tǒng)電路框圖。
[0021]圖3是CEl失效故障短路下的新能源發(fā)電系統(tǒng)電路框圖。
[0022]圖4是CE2失效故障短路下的新能源發(fā)電系統(tǒng)電路框圖。
[0023]圖5是本發(fā)明保護(hù)電路應(yīng)用于新能源發(fā)電系統(tǒng)電路框圖。
[0024]圖6是本發(fā)明中保護(hù)電路的內(nèi)部電路框圖。
[0025]圖7是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖8是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖9是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖10是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中:A:新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源;M:直流母線(+);N:直流母線(-);C:半導(dǎo)體逆變器(單相或三相逆變器);B:交流側(cè)；1:保護(hù)電路；11:觸發(fā)信號(hào);21:電解電容CEl; 22:電解電容CE2; 23:電解電容CEn-1; 24:電解電容CEn; 31:基準(zhǔn)電壓Vref; 32:比較器;33:采樣電路；34:保護(hù)電路;51:半導(dǎo)體逆變器;52:驅(qū)動(dòng)電路;53:控制板;61:晶體管Ql; 62:晶體管Q2; 63:晶體管Q3；64:晶體管Q4；65:電感LI ；66:電容Cl ；71:橋臂A;72:橋臂B；73:橋臂C；81:晶體管Qal ； 82:晶體管QbI ； 83:晶體管Qcl ；84:晶體管Qa2 ； 85:晶體管Qb2 ； 86:晶體管Qc2 ；91:電感La;92:電感Lb;93:電感Lc;94:電容Ca;95:電容Cb;96:電容Ce。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明公開了一種直流發(fā)電側(cè)電解電容故障的保護(hù)電路，如圖5所示:該保護(hù)電路通過檢測(cè)直流母線電壓Vin各個(gè)串聯(lián)電解電容的連接點(diǎn)電壓Vd、Vc2、Vcn-1^PVcn，與保護(hù)電路中的保護(hù)點(diǎn)設(shè)置范圍進(jìn)行比較，給前級(jí)新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流電源和后級(jí)半導(dǎo)體逆變器發(fā)送觸發(fā)信號(hào)來實(shí)施電解電容保護(hù)功能；當(dāng)串聯(lián)電解電容中的其中一個(gè)電解電容失效時(shí)，各連接點(diǎn)電壓會(huì)超出保護(hù)電路中設(shè)置的保護(hù)范圍，保護(hù)電路就會(huì)向前級(jí)新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級(jí)半導(dǎo)體逆變器輸出“觸發(fā)信號(hào)”，一方面切斷前級(jí)的直流供電通路和后級(jí)的交流側(cè)供電通路，另一方面同時(shí)控制后級(jí)半導(dǎo)體逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導(dǎo)通，來泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)中的電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的電能灌入剩下的電解電容，發(fā)生過壓擊穿炸裂的現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)對(duì)剩下的電解電容的保護(hù)，避免發(fā)生更嚴(yán)重的安全故障及人身安全問題。圖5所示的半導(dǎo)體逆變器可以為單相逆變器，也可以為三相逆變器。
[0031]為解決新能源發(fā)電系統(tǒng)中跨接直流母線的電解電容失效故障引起的安全問題，本發(fā)明提出一種直流母線電解電容失效故障的保護(hù)電路，與新能源發(fā)電系統(tǒng)的具體連接方式如圖7所示，其中保護(hù)電路一端與直流母線(+ )電壓“Vin”和各電解電容的連接點(diǎn)V&……V。—和V?相連，另一端分別與前級(jí)的新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級(jí)的半導(dǎo)體逆變器中的控制板或晶體管的驅(qū)動(dòng)器相連。
[0032]本發(fā)明提出的保護(hù)電路通過采樣直流母線(+)電壓“Vin”和多個(gè)串聯(lián)電解電容CE1、CE2、……CEn-1和CEn之間對(duì)應(yīng)的連接點(diǎn)電壓Vc2、……Vcrrf和Vcn，經(jīng)保護(hù)電路內(nèi)部的比較器，與保護(hù)電路內(nèi)部設(shè)置的保護(hù)范圍進(jìn)行比較判斷，當(dāng)各連接點(diǎn)電壓超出設(shè)置的保護(hù)范圍后，保護(hù)電路就會(huì)向前級(jí)直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級(jí)半導(dǎo)體逆變器輸出“觸發(fā)信號(hào)”，一方面切斷直流側(cè)的直流供電通路和交流側(cè)供電通路，另一方面同時(shí)控制后級(jí)半導(dǎo)體逆變器中跨接與直流母線間的晶體管橋臂的導(dǎo)通，以泄放新能源發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能灌入剩下的電解電容，發(fā)生過壓擊穿炸裂的現(xiàn)象，造成安全故障及人身安全，以實(shí)現(xiàn)對(duì)剩下的電解電容進(jìn)行保護(hù)，避免發(fā)生更嚴(yán)重的安全故障及人身安全問題。
[0033]圖6為保護(hù)電路的內(nèi)部電路框圖，其中包括電壓采樣電路、基準(zhǔn)電壓Vref和比較器三部分。本發(fā)明提出的保護(hù)電路通過采樣直流母線(+ )電壓“Vin ”和電解電容各連接點(diǎn)電壓Vc2,……V。—和￥。?后，經(jīng)采樣電路處理后分別連接至比較器，再通過比較器與基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍進(jìn)行比較判斷，當(dāng)各連接點(diǎn)的采樣電壓超出保護(hù)電路設(shè)置的保護(hù)范圍時(shí)，比較器就會(huì)輸出“觸發(fā)信號(hào)”給前級(jí)的前級(jí)直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級(jí)半導(dǎo)體逆變器，一方面切斷直流側(cè)的直流供電通路和交流側(cè)供電通路，另一方面同時(shí)控制后級(jí)半導(dǎo)體逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導(dǎo)通，以泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能灌入剩下的電解電容，發(fā)生過壓擊穿炸裂的現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)對(duì)剩下的電解電容進(jìn)行保護(hù)，避免發(fā)生更嚴(yán)重的安全故障及人身安全問題。
[0034]其中圖6中的基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍為從中心值為Vref的電壓變化范圍，比如從50 % Vref到150 % Vref的變化范圍。
[0035 ] 其中圖6中的基準(zhǔn)電壓Vref可以為固定的參考電壓，也可以為Vin/n，Vin為直流母線電壓，“η”為跨接與直流母線的串聯(lián)電解電容的個(gè)數(shù)η。當(dāng)基準(zhǔn)電壓Vrrf = Vin/n時(shí)，基準(zhǔn)電壓Vrrf就會(huì)隨著直流母線電壓Vin的變化而變化，這樣可以使保護(hù)電路更適用于大范圍的輸入電壓變化應(yīng)用。
[0036]其中圖6中的采樣電壓點(diǎn)可以不需要同時(shí)采集直流母線(+)電壓Vin和串聯(lián)電解電容連接點(diǎn)的所有各點(diǎn)電壓Vd、……Vt1和V?，即使只包括部分采樣點(diǎn)也可以實(shí)現(xiàn)同樣的保護(hù)功能。
[0037]其中圖6中的比較器可以通過硬件實(shí)現(xiàn)比較判斷功能，也可以通過軟件實(shí)現(xiàn)比較判斷功能。
[0038]實(shí)施例1
[0039]圖7為一種單相新能源直流發(fā)電系統(tǒng)帶中電解電容故障保護(hù)電路的框圖，其中包括四部分:新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源、電解電容CEl和CE2，、半導(dǎo)體逆變器和保護(hù)電路。電解電容CE I和CE2串接后跨接與直流母線之間，電解電容CE I的正極接直流母線(+)，電解電容CE2的負(fù)極接正極接直流母線(-);電解電容CE I和CE2的前級(jí)接新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源，后級(jí)接單相全橋逆變器，再通過電感LI和電容Cl組成的濾波器連接至交流側(cè)電網(wǎng)的火線L和零線N，或負(fù)載;電解電容CEl的正極與直流母線(+ )的連接點(diǎn)電壓“Vin”，和電解電容CEl和CE2的串接中點(diǎn)電壓Vc2，分別連接至保護(hù)電路中的采樣電路，經(jīng)采樣電路處理后與基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍進(jìn)行比較判斷是否超出范圍；保護(hù)電路中比較器的輸出接至新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和半導(dǎo)體逆變器中的控制板或驅(qū)動(dòng)電路，以根據(jù)需要控制直流源供電回路和半導(dǎo)體逆變器交流側(cè)供電回路的切斷，和半導(dǎo)體逆變器中橋臂晶體管的導(dǎo)通。
[0040]圖7中，半導(dǎo)體逆變器為單相全橋逆變器，由晶體管Ql和Q4，Q2和Q3分別組成2個(gè)橋臂跨接與直流母線之間。由晶體管Ql和Q4組成的一個(gè)橋臂A，橋臂A的中點(diǎn)連接至電容Cl和交流側(cè)零線N;由晶體管Q2和Q3組成的另一個(gè)橋臂B，橋臂B的中點(diǎn)與電感LI相連后，經(jīng)電感LI和電容Cl連接后連接至交流側(cè)火線L。晶體管Ql、Q2、Q3和Q4由驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制板或保護(hù)電路的信號(hào)控制晶體管的導(dǎo)通和關(guān)閉。
[0041 ]當(dāng)圖7中電解電容CE I和CE2其中一個(gè)發(fā)生故障失效時(shí)，電解電容連接點(diǎn)Vc I的電壓信號(hào)會(huì)超過基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍后，圖7中的保護(hù)電路中的比較器就會(huì)向前級(jí)直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級(jí)單相全橋逆變器輸出“觸發(fā)信號(hào)”，一方面切斷直流側(cè)的直流供電通路和交流側(cè)供電通路，另一方面同時(shí)控制后級(jí)單相全橋逆變器中跨接與直流母線的一個(gè)或2個(gè)晶體管橋臂的導(dǎo)通，以泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能灌入剩下的電解電容，發(fā)生過壓擊穿炸裂的現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)對(duì)剩下的電解電容進(jìn)行保護(hù)，避免發(fā)生更嚴(yán)重的安全故障及人身安全問題。
[0042]其中圖7中的基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍為從中心值為Vref的電壓變化范圍，比如從50 % Vref到150 % Vref的變化范圍。
[0043]其中圖7中的基準(zhǔn)電壓Vref可以為固定的參考電壓，也可以為Vin/2，Vin為直流母線電壓。當(dāng)基準(zhǔn)電壓Vrrf = Vin/2時(shí)，基準(zhǔn)電壓Vre3f就會(huì)隨著直流母線電壓Vin的變化而變化，這樣可以使保護(hù)電路更適用于大范圍的輸入電壓變化應(yīng)用。
[0044]其中圖7中的采樣電壓點(diǎn)可以不需要同時(shí)采集直流母線(+)電壓Vin和串聯(lián)電解電容連接點(diǎn)的Vc2，即使只包括部分采樣點(diǎn)電壓也可以實(shí)現(xiàn)同樣的保護(hù)功能。
[0045]其中圖7中的比較器可以通過硬件實(shí)現(xiàn)比較判斷功能，也可以通過軟件實(shí)現(xiàn)比較判斷功能。
[0046]實(shí)施例2
[0047]當(dāng)新能源直流發(fā)電系統(tǒng)中的直流母線電壓升高到必須采用2個(gè)以上電解電容串接來達(dá)到直流母線絕緣耐壓的要求時(shí)，對(duì)串接電解電容的失效故障檢測(cè)尤為重要，必須采用專門的保護(hù)電路進(jìn)行失效故障保護(hù)。
[0048]圖8為一種單相新能源直流發(fā)電系統(tǒng)帶中多個(gè)電解電容故障保護(hù)電路的框圖，其中包括四部分:新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源、多個(gè)電解電容CE 1、CE2、…、CEn-1和CEn、半導(dǎo)體逆變器和保護(hù)電路。電解電容CE 1、CE2、…、CEn-1和CEn串接后跨接與直流母線之間，電解電容CE I的正極接直流母線(+)，電解電容CEn的負(fù)極接正極接直流母線(-);電解電容CE I到CEn組成電解電容串的前級(jí)接新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源，后級(jí)接單相全橋逆變器，再通過電感LI和電容Cl組成的濾波器連接至交流側(cè)電網(wǎng)的火線L和零線N，或負(fù)載;電解電容CEl的正極與直流母線(+ )連接點(diǎn)電壓Vin、電解電容CEl和CE2的串接中點(diǎn)電壓Vc2、...、電解電容CEn-2和CEn-1的串接中點(diǎn)Vcn-1和電解電容CEn-1和CEn的串接中點(diǎn)Vcn分別接至保護(hù)電路中的采樣電路，經(jīng)采樣電路處理后與基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍進(jìn)行比較判斷是否超出范圍;保護(hù)電路中比較器的輸出接至新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和半導(dǎo)體逆變器中的控制板或驅(qū)動(dòng)電路，以根據(jù)需要控制直流源供電回路和半導(dǎo)體逆變器交流側(cè)供電回路的切斷，和半導(dǎo)體逆變器中橋臂晶體管的導(dǎo)通。
[0049]圖8中，半導(dǎo)體逆變器為單相全橋逆變器，由晶體管Ql和Q4，Q2和Q3分別組成2個(gè)橋臂跨接與直流母線之間。由晶體管Ql和Q4組成的一個(gè)橋臂A，橋臂A的中點(diǎn)連接至電容Cl和交流側(cè)零線N;由晶體管Q2和Q3組成的另一個(gè)橋臂B，橋臂B的中點(diǎn)與電感LI相連后，經(jīng)電感LI和電容Cl連接后連接至交流側(cè)火線L。晶體管Ql、Q2、Q3和Q4由驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制板或保護(hù)電路的信號(hào)控制晶體管的導(dǎo)通和關(guān)閉。
[0050]當(dāng)圖8中電解電容CEl到CEn組成的電解電容串中的其中一個(gè)電解電容器發(fā)生故障短路失效時(shí)，電解電容對(duì)應(yīng)的連接點(diǎn)的電壓信號(hào)會(huì)超過基準(zhǔn)電壓Vre3f設(shè)置的保護(hù)范圍后，圖8中的保護(hù)電路中的比較器就會(huì)向前級(jí)直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級(jí)單相全橋逆變器輸出“觸發(fā)信號(hào)”，一方面切斷直流側(cè)的直流供電通路和交流側(cè)供電通路，另一方面同時(shí)控制后級(jí)單相全橋逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導(dǎo)通，以泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能灌入剩下的電解電容，發(fā)生過壓擊穿炸裂的現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)對(duì)剩下的電解電容進(jìn)行保護(hù)，避免發(fā)生更嚴(yán)重的安全故障及人身安全問題。
[0051]其中圖8中的基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍為從中心值為Vref的電壓變化范圍，比如從50 % Vref到150 % Vref的變化范圍。
[0052 ] 其中圖8中的基準(zhǔn)電壓Vref可以為固定的參考電壓，也可以為Vin/n，Vin為直流母線電壓，“η”為跨接與直流母線的串聯(lián)電解電容的個(gè)數(shù)η。當(dāng)基準(zhǔn)電壓Vrrf = Vin/n時(shí)，基準(zhǔn)電壓Vrrf就會(huì)隨著直流母線電壓Vin的變化而變化，這樣可以使保護(hù)電路更適用于大范圍的輸入電壓變化應(yīng)用。
[0053]其中圖8中的采樣電壓點(diǎn)可以不需要同時(shí)采集直流母線(+)電壓Vin和串聯(lián)電解電容連接點(diǎn)的所有各點(diǎn)電壓Vc2、…、Vcn-1和Vcn，即使只包括部分采樣點(diǎn)也可以實(shí)現(xiàn)同樣的保護(hù)功能。
[0054]其中圖8中的比較器可以通過硬件實(shí)現(xiàn)比較判斷功能，也可以通過軟件實(shí)現(xiàn)比較判斷功能。
[0055]實(shí)施例3
[0056]圖9為一種三相新能源直流發(fā)電系統(tǒng)帶中電解電容故障保護(hù)電路的框圖，其中包括四部分:新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源、電解電容CEl和CE2，、半導(dǎo)體逆變器和保護(hù)電路。電解電容CE I和CE2串接后跨接與直流母線之間，電解電容CE I的正極接直流母線(+)，電解電容CE2的負(fù)極接正極接直流母線(-);電解電容CE I和CE2的前級(jí)接新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源，后級(jí)接三相全橋逆變器，再通過電感La、電感Lb、電感Lc、電容Ca、電容Cb和電容Ce組成的濾波器連接至交流側(cè)UVW三相電網(wǎng)或負(fù)載；電解電容CE I的正極與直流母線(+)的連接點(diǎn)電壓Vin和電解電容CE I與CE2的串接中點(diǎn)電壓Vc 2分別接至保護(hù)電路中的采樣電路，經(jīng)采樣電路處理后與基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍進(jìn)行比較判斷是否超出范圍；保護(hù)電路中比較器的輸出接至新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和半導(dǎo)體逆變器中的控制板或驅(qū)動(dòng)電路，以根據(jù)需要切斷直流源供電回路和半導(dǎo)體逆變器交流側(cè)供電回路，和半導(dǎo)體逆變器中橋臂晶體管的同時(shí)導(dǎo)通。
[0057]圖9中，半導(dǎo)體逆變器為三相全橋逆變器，由晶體管Qal和Qa2，Qbl和Qb2，Qcl和Qc2分別組成3個(gè)橋臂A、B和C，跨接與直流母線之間；晶體管Qal和Qa2組成的橋臂A，橋臂A的中點(diǎn)與電感La相連后，經(jīng)電感La與電容Ca、電容Ce和交流側(cè)U相相連；晶體管Qbl和Qb2組成的橋臂B，橋臂B的中點(diǎn)與電感Lb相連后，經(jīng)電感Lb與電容Ca、電容Cb和交流側(cè)V相相連;晶體管Qc I和Qc2組成的橋臂C，橋臂C的中點(diǎn)與電感Lc相連后，經(jīng)電感Lb與電容Cb、電容Ce和交流側(cè)W相相連。
[0058]圖9中，三相全橋逆變器中的晶體管0&1、0&2、0131、0匕2、0(31和如2由驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制板或保護(hù)電路的信號(hào)控制晶體管的導(dǎo)通和關(guān)閉。
[0059]當(dāng)圖9中電解電容CEl和CE2其中一個(gè)發(fā)生故障失效時(shí)，電解電容連接點(diǎn)Vc2的電壓信號(hào)會(huì)超過基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍后，圖9中的保護(hù)電路中的比較器就會(huì)向前級(jí)直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級(jí)三相全橋逆變器輸出“觸發(fā)信號(hào)”，一方面切斷直流側(cè)的直流供電通路和交流側(cè)供電通路，另一方面同時(shí)控制后級(jí)三相全橋逆變器中跨接與直流母線的一個(gè)或多個(gè)晶體管橋臂的導(dǎo)通，以泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能灌入剩下的電解電容，發(fā)生過壓擊穿炸裂的現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)對(duì)剩下的電解電容進(jìn)行保護(hù)，避免發(fā)生更嚴(yán)重的安全故障及人身安全問題。
[0060]其中圖9中的基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍為從中心值為Vref的電壓變化范圍，比如從50 % Vref到150 % Vref的變化范圍。
[0061 ] 其中圖9中的基準(zhǔn)電壓Vref可以為固定的參考電壓，也可以為Vin/2，Vin為直流母線電壓。當(dāng)基準(zhǔn)電壓Vrrf = Vin/2時(shí)，基準(zhǔn)電壓Vre3f就會(huì)隨著直流母線電壓Vin的變化而變化，這樣可以使保護(hù)電路更適用于大范圍的輸入電壓變化應(yīng)用。
[0062]其中圖9中的采樣電壓點(diǎn)可以不需要同時(shí)采集直流母線(+)電壓Vin和串聯(lián)電解電容連接點(diǎn)的電壓Vc2，即使只包括部分采樣點(diǎn)也可以實(shí)現(xiàn)同樣的保護(hù)功能。
[0063]其中圖9中的比較器可以通過硬件實(shí)現(xiàn)比較判斷功能，也可以通過軟件實(shí)現(xiàn)比較判斷功能。
[0064]實(shí)施例4
[0065]當(dāng)新能源直流發(fā)電系統(tǒng)中的直流母線電壓升高到必須采用2個(gè)以上電解電容串接來達(dá)到直流母線絕緣耐壓的要求時(shí)，對(duì)串接電解電容的失效故障檢測(cè)尤為重要，必須采用專門的保護(hù)電路進(jìn)行失效故障保護(hù)。
[0066]圖10為一種三相新能源直流發(fā)電系統(tǒng)帶中多個(gè)電解電容故障保護(hù)電路的框圖，其中包括四部分:新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源、多個(gè)電解電容CEl、CE2、…、Cn-l和Cn、半導(dǎo)體逆變器和保護(hù)電路。電解電容CE 1、CE2、…、Cn-1和Cn串接后跨接與直流母線之間，電解電容CE I的正極接直流母線(+)，電解電容CEn的負(fù)極接正極接直流母線(-);電解電容CE I到CEn組成電解電容串的前級(jí)接新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源，后級(jí)接三相全橋逆變器，再通過電感La、電感Lb、電感Lc、電容Ca、電容Cb和電容Ce組成的濾波器連接至交流側(cè)UVW三相電網(wǎng)或負(fù)載;電解電容CEl正極與直流母線(+ )的連接點(diǎn)電壓Vin、電解電容CEl和CE2的串接中點(diǎn)電壓Vc2、…、電解電容CEn-2和CEn-1的串接中點(diǎn)電壓Vcn-1、電解電容CEn-1和CEn的串接中點(diǎn)電壓Vcn分別接至保護(hù)電路中的采樣電路，經(jīng)采樣電路處理后與基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍進(jìn)行比較判斷是否超出范圍;保護(hù)電路中比較器的輸出接至新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和半導(dǎo)體逆變器中的控制板或驅(qū)動(dòng)電路，以根據(jù)需要控制直流源供電回路和半導(dǎo)體逆變器交流側(cè)供電回路的切斷，和半導(dǎo)體逆變器中橋臂晶體管的導(dǎo)通。
[0067]圖10中，半導(dǎo)體逆變器為三相全橋逆變器，由晶體管Qal和Qa2，Qbl和Qb2，QcI和Qc2分別組成3個(gè)橋臂A、B和C，跨接與直流母線之間；晶體管Qal和Qa2組成的橋臂A，橋臂A的中點(diǎn)與電感La相連后，經(jīng)電感La與電容Ca、電容Ce和交流側(cè)U相相連；晶體管Qbl和Qb2組成的橋臂B，橋臂B的中點(diǎn)與電感Lb相連后，經(jīng)電感Lb與電容Ca、電容Cb和交流側(cè)V相相連;晶體管Qcl和Qc2組成的橋臂C，橋臂C的中點(diǎn)與電感Lc相連后，經(jīng)電感Lb與電容Cb、電容Ce和交流偵押相相連。
[0068]當(dāng)圖10中電解電容CEl到CEn組成的電解電容串其中一個(gè)發(fā)生故障失效時(shí)，電解電容對(duì)應(yīng)的連接點(diǎn)的電壓信號(hào)會(huì)超過基準(zhǔn)電壓Vre3f設(shè)置的保護(hù)范圍后，圖10中的保護(hù)電路中的比較器就會(huì)向前級(jí)直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級(jí)三相全橋逆變器輸出“觸發(fā)信號(hào)”，一方面切斷直流側(cè)的直流供電通路和交流側(cè)供電通路，另一方面同時(shí)控制后級(jí)三相全橋逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導(dǎo)通，以泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的剩余電能灌入剩下的電解電容，發(fā)生過壓擊穿炸裂的現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)對(duì)剩下的電解電容進(jìn)行保護(hù)，避免發(fā)生更嚴(yán)重的安全故障及人身安全問題。
[0069]其中圖10中的基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)置的保護(hù)范圍為從中心值為Vref的電壓變化范圍，比如從50 % Vref到150 % Vref的變化范圍。
[0070]其中圖1O中的基準(zhǔn)電壓Vref可以為固定的參考電壓，也可以為Vin/n，Vir^直流母線電壓，“η”為跨接與直流母線的串聯(lián)電解電容的個(gè)數(shù)η。當(dāng)基準(zhǔn)電壓Vrrf = Vin/n時(shí)，基準(zhǔn)電壓Vrrf就會(huì)隨著直流母線電壓Vin的變化而變化，這樣可以使保護(hù)電路更適用于大范圍的輸入電壓變化應(yīng)用。
[0071]其中圖10中的采樣電壓點(diǎn)可以不需要同時(shí)采集直流母線(+)電壓Vin和串聯(lián)電解電容連接點(diǎn)的所有各點(diǎn)電壓Vc2、…、Vcn-1和Vcn，即使只包括部分采樣點(diǎn)也可以實(shí)現(xiàn)同樣的保護(hù)功能。
[0072]其中圖10中的比較器可以通過硬件實(shí)現(xiàn)比較判斷功能，也可以通過軟件實(shí)現(xiàn)比較判斷功能。
[0073]綜上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電容故障的保護(hù)電路，用于發(fā)電系統(tǒng)中，所述的發(fā)電系統(tǒng)包括通過直流母線連接直流源、半導(dǎo)體逆變器，逆變器另一端連接交流側(cè);直流母線之間串聯(lián)有2或2個(gè)以上具有緩沖和濾波功能的電容;其特征在于:所述的保護(hù)電路包括采樣電路、比較器和基準(zhǔn)電壓模塊;其中: 所述的采樣電路與直流母線以及串聯(lián)電容的串接點(diǎn)進(jìn)行連接，并進(jìn)行電壓采樣； 所述的比較器分別連接采樣電路和基準(zhǔn)電壓模塊，通過判斷采樣電路采集的采樣電壓是否超過基準(zhǔn)電壓模塊中設(shè)置的基準(zhǔn)電壓范圍來做保護(hù)判斷，若是，則觸發(fā)保護(hù)功能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容故障的保護(hù)電路，其特征在于:所述的保護(hù)功能包括通過比較器發(fā)出的保護(hù)觸發(fā)信號(hào)切斷前級(jí)的直流源的供電通路和后級(jí)的交流側(cè)的供電通路。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電容故障的保護(hù)電路，其特征在于:所述的保護(hù)功能包括通過比較器發(fā)出的保護(hù)觸發(fā)信號(hào)控制后級(jí)半導(dǎo)體逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導(dǎo)通，來泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)中的電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側(cè)和交流側(cè)的電能灌入剩下的電容。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容故障的保護(hù)電路，其特征在于:所述的半導(dǎo)體逆變器為單相逆變器或三相逆變器。
【文檔編號(hào)】H02H7/16GK105958436SQ201610490063
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】李衛(wèi)春, 黃敏超
【申請(qǐng)人】李衛(wèi)春