一种用于三电平逆变电路的半母线短路故障检测电路的制作方法

1.本实用新型涉及电路故障检测技术领域，尤其是一种用于三电平逆变电路的半母线短路故障检测电路。


背景技术：

2.逆变器是将直流电能转变成定频定压或调频调压的交流电的转换器，其由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，广泛应用在家用或工业电器中。由于光伏发电需要将直流电转成交流电进行使用，所以，在光伏发电设备中也存在逆变器，因为光照强度变化等各种因素的影响，光伏发电设备中的光伏板产生的电压并不稳定，因此绝大多数的逆变器的前级或汇流箱都会对输入的直流电利用boost电路进行升压再进行逆变，经过升压后的直流电，需要经过t型三电平逆变电路将直流电转换为交流电，在逆变器的实际使用中，由于逆变电路中的igbt需要承受高压且进行频繁开关，容易造成失效，当igbt失效时，其将处于持续导通状态，在此种情况下，可能造成半母线短路的现象，而升压之后的直流母线的电压较高，一旦出现短路将会对整体电路造成较大损坏。半母线短路时，母线高压直接接到母线的电容和电解电容上，使得电容过压，由于母线电容电压较高，一旦所接电容过压，电容极有可能发生爆炸，甚至发生电弧燃烧，造成逆变器故障的进一步恶化，甚至引发严重后果。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用于三电平逆变电路的可以防止母线短路引起的电容过压而导致故障恶化的半母线短路故障检测电路。
4.本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
5.一种用于三电平逆变电路的半母线短路故障检测电路，包括故障检测电路，所述故障检测电路连接有boost升压电路和三电平逆变电路，所述boost升压电路用于将输入的直流电压进行升压处理，所述三电平逆变电路用于将直流电转换为交流电，所述故障检测电路用于检测母线的短路情况；
6.所述boost升压电路包括光伏电池pv1，所述光伏电池pv1两端连接有正母线和负母线，所述正母线上设置有二极管d1和电感l1，在正母线和负母线之间连接有电容c1和晶体管t1，所述电容c1和晶体管t1并联，设置在正母线和负母线之间还有电容c2和电容c3的串联，设置电容c2与电容c3的连接线中点为中性点，中性点的延长线为中性线；
7.所述三电平逆变电路包括设置在正母线和负母线上的三相逆变电路，所述三相逆变电路的三相组成结构相同，其中r相上包括晶体管v1、晶体管v2、晶体管v3和晶体管v4，所述晶体管v1与晶体管v4串联在正母线和负母线两端，所述晶体管v2和晶体管v3串联，并与晶体管v1或晶体管v4并联，在正母线和负母线之间还连接有电容c4和电容c5的串联，设置电容c4与电容c5的连接线中点为中性点，其在中性线上；
8.所述故障检测电路包括检测控制电路，所述检测控制电路的一端连接正母线，一端连接负母线，一端连接中性线，所述检测控制电路还连接有继电器k1，所述继电器k1设置
在中性线上，其一端连接所述boost升压电路的中性点，另一端连接所述三电平逆变电路的晶体管v2。
9.优选的，所述检测控制电路为用于检测母线电压的电路，通过测量正母线和负母线与中性线的电压值，判断半母线短路情况。
10.优选的，所述晶体管v1与正母线的交点处的母线电压为v
bus
，电容c2、电容c3、电容c4和电容c5的耐压值为v
cmax
，v
cmax
大于v
bus
的二分之一。
11.优选的，所述正母线上设置有测试点test1，负母线上设置有测试点测试点test3，中性线上设置有测试点test2，所述测试点test1、测试点test2和测试点test3上连接有电压采样电路，所述电压采样电路用于获取相应测试点的电压值。
12.优选的，所述测试点test2位于所述检测控制电路与中性线的交点处。
13.优选的，所述检测控制电路判定半母线短路的阈值电压为um，um大于v
bus
的二分之一。
14.优选的，所述阈值电压um为0.6v
bus
至0.8v
bus
。
15.本实用新型的优点和积极效果是：
16.本实用新型在三电平逆变电路的晶体管v2和母线电容之间增加一个继电器k1，继电器k1连接有检测控制电路，继电器k1的开启和关断动作通过检测控制电路进行控制，检测控制电路通过测量母线两侧与中性线点的电压值，从而判断是否出现半母线短路的情况，一旦检测到出现半母线短路故障，则控制继电器k1断开，避免母线电容过压，整个电路仅使用了少量的元器件就完成了对半母线短路所导致的电容过压情况的预防，且不影响母线电压，可以使辅助电源正常工作，提高了电路系统的安全性。
附图说明
17.图1是本实用新型的电路原理示意图。
18.图中：
19.1、boost升压电路；2、三电平逆变电路；3、故障检测电路。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
21.以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：
22.如图1所示，本实用新型所述的一种用于三电平逆变电路的半母线短路故障检测电路，包括故障检测电路3，故障检测电路3连接有boost升压电路1和三电平逆变电路2，boost升压电路1用于将输入的直流电压进行升压处理，三电平逆变电路2用于将直流电转换为交流电，故障检测电路3用于检测母线的短路情况，boost升压电路1将光伏板的直流电进行升压后传输至三电平逆变电路2中进行逆变处理，将直流电转换为交流电，故障检测电路3检测电路系统中的母线短路状况，并在母线发生短路情况时，做出相应处理，防止更加危害的事故发生。
23.下面将对boost升压电路1、三电平逆变电路2和故障检测电路3做进一步表述：
24.boost升压电路1包括光伏电池pv1，光伏电池pv1两端连接有正母线和负母线，正母线上设置有二极管d1和电感l1，在正母线和负母线之间连接有电容c1和晶体管t1，电容c1和晶体管t1并联，设置在正母线和负母线之间还有电容c2和电容c3的串联，设置电容c2与电容c3的连接线中点为中性点，中性点的延长线为中性线。
25.三电平逆变电路2包括设置在正母线和负母线上的三相逆变电路，三相逆变电路的三相组成结构相同，其中r相上包括晶体管v1、晶体管v2、晶体管v3和晶体管v4，晶体管v1与晶体管v4串联在正母线和负母线两端，晶体管v2和晶体管v3串联，并与晶体管v1或晶体管v4并联，在正母线和负母线之间还连接有电容c4和电容c5的串联，设置电容c4与电容c5的连接线中点为中性点，其在中性线上。
26.如图1，本实施例中，当晶体管v1、晶体管v2和晶体管v3损坏时，晶体管v1、晶体管v2和晶体管v3形成通路，此时，电容c2和电容c4被旁路，电容c3和电容c5直接承受母线电压，电容c3和电容c5发生过压，造成电容损坏，同理，当晶体管v2、晶体管v3和晶体管v4损坏时，电容c2和电容c4发生过压，造成损坏，所以，在中性线上设置有继电器k1，当检测控制电路检测检测到电容c2、电容c3、电容c4、电容c5上的电压超过阈值电压时，则判定母线短路，发生母线短路时，控制继电器k1断开，保护电容。
27.故障检测电路3包括检测控制电路，检测控制电路的一端连接正母线，一端连接负母线，一端连接中性线，检测控制电路还连接有继电器k1，继电器k1设置在中性线上，其一端连接boost升压电路1的中性点，另一端连接三电平逆变电路2的晶体管v2，继电器k1的开启和关断通过检测控制电路进行控制操作，检测控制电路为用于检测母线电压的电路，通过测量正母线和负母线与中性线的电压值，判断半母线短路情况，检测控制电路采用现有技术中检测母线电压的电路即可，其不属本方案的技术点，但属于保护点，其内部器件的构成，在此不再赘述，当检测控制电路检测到电路出现半母线短路情况时，便控制继电器k1断开，从而避免母线电容c1过压，并将故障信号发送到与其连接的外部主控电路中。
28.检测控制电路判定半母线短路的阈值电压为um，由于c2,c3,c4,c5在长久使用后可能出现电容参数变化导致其上电压不均衡，所以um大于v
bus
的二分之一，通常将阈值电压um设置为0.6v
bus
至0.8v
bus
之间。
29.晶体管v1与正母线的交点处的母线电压为v
bus
，电容c2、电容c3、电容c4和电容c5的耐压值为v
cmax
，v
cmax
大于v
bus
的二分之一。
30.正母线上设置有测试点test1，负母线上设置有测试点测试点test3，中性线上设置有测试点test2，测试点test1、测试点test2和测试点test3上连接有电压采样电路，电压
采样电路用于获取相应测试点的电压值，测试点test2位于检测控制电路与中性线的交点处，电压采样电路采用的是电阻分压网络获取所需的采样电压，该点电压进行ad转换之后输入外部的dsp中，dsp判断u1=u
test1-u
test2
、u2=u
test2-u
test3
的大小来判断是否发生半母线短路，当u1》um或者u2》um时判定发生半母线短路。
31.具体实施时，检测控制电路检测母线上的短路情况，如发生短路，则控制继电器k1断开，由于电容c2和电容c3,电容c4和电容c5采用的元器件特性相同，这些电容两端的电压依旧为1/2 v
bus
。为保证继电器k1的安全，在继电器k1打开之后应当发送信号关闭晶体管v1、晶体管v2、晶体管v3和晶体管v4。
32.本实用新型在三电平逆变电路2的晶体管v2和母线电容之间增加一个继电器k1，继电器k1连接有检测控制电路，继电器k1的开启和关断动作通过检测控制电路进行控制，检测控制电路通过测量母线两侧与中性线点的电压值，从而判断是否出现半母线短路的情况，一旦检测到出现半母线短路故障，则控制继电器k1断开，避免母线电容过压，整个电路仅使用了少量的元器件就完成了对半母线短路所导致的电容过压情况的预防，且不影响母线电压，可以使辅助电源正常工作，提高了电路系统的安全性。
33.需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。