T型三电平逆变器功率模块检测电路及检测方法

摘要

本发明公开了T型三电平逆变器功率模块检测电路，包括第一支撑电容、第二支撑电容、第一功率元件、第二功率元件、第三功率元件及第四功率元件，O点与直流电源的母线正极之间设有第一分压支路，O点与直流电源的母线负极之间设有第二分压支路，第一分压支路、第二分压支路中任意一个两端设有第一电压检测元件，N点与直流电源之间设有第二电压检测元件。通过在O点与直流电源母线负极、母线正极之间分别设置分压支路，在其中一条支路上并联第一电压检测元件，N点与母线负极或母线正极之间设置第二电压检测元件，通过分别控制分压支路、功率元件的断开或连接，将电压检测元件的检测值与各功率模块正常时的理论值进行比较，判断功率模块是否故障。

说明书

技术领域

本发明涉及T型三电平逆变器技术领域，具体涉及T型三电平逆变器功率模块检测电路及检测方法。

背景技术

三电平逆变器是目前应用较为广泛的一种逆变系统，逆变器在并网发电之前，通常会检测电网电压、频率、相序等参数，当逆变器输出参数与电网参数同步之后，才会并网发电。却忽略了对系统内部功率模块的检测，功率模块是逆变器的核心电路，如果不进行检测，可能会导致逆变器无法正常并网发电。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明提出的T型三电平逆变器功率模块检测电路及检测方法以解决现有技术的不足。

本发明主要通过以下技术方案来实现：

本发明提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路，包括第一支撑电容、第二支撑电容、第一功率元件、第二功率元件、第三功率元件及第四功率元件，所述第四功率元件的第一端部与第一功率元件的第二端部连接，所述第一支撑电容与第二支撑电容串接后，所述第一支撑电容的第一端部与第一功率元件的第一端部连接，所述第二支撑电容的第二端部与第四功率元件的第二端部连接，所述第三功率元件的第一端部与第二功率元件的第一端部连接，所述第三功率元件的第二端部与第一支撑电容、第二支撑电容之间的连接线的N点连接，所述第二功率元件的第二端部与第一功率元件、第四功率元件之间连接线的O点连接，所述第一支撑电容、第二支撑电容串接后并联在直流电源的两侧。

所述O点与直流电源的母线正极之间设有第一分压支路，所述O点与直流电源的母线负极之间设有第二分压支路，所述第一分压支路、第二分压支路中任意一个两端设有第一电压检测元件，所述N点与直流电源的母线负极或母线正极之间设有第二电压检测元件。

进一步地，所述第一分压支路包括串接的第一匹配电阻和第一开关，所述第一匹配电阻与第一功率元件的第一端部连接，所述第一开关与O点连接，所述第二分压支路包括串接的第二匹配电阻和第二开关，所述第二匹配电阻与O点连接，所述第二开关与第四功率元件的第二端部连接。

进一步地，所述第一功率元件、第二功率元件、第三功率元件及第四功率元件均为一个IGBT管反并联一个二极管。

进一步地，所述第一功率元件、第二功率元件、第三功率元件及第四功率元件的第三端部均连接驱动单元。

进一步地，所述第一开关、第二开关分别与控制器连接。

进一步地，所述IGBT管可替换为MOSFET。

进一步地，所述第一开关、第二开关为电子开关或机械开关。

进一步地，所述电子开关为IGBT管或MOSFET或三极管，所述机械开关为继电器或可控接触器。

本发明还提供一种T型三电平逆变器功率模块检测方法，包括如下检测步骤：

设定直流电源的电压值为Vdc，N、O两点的电压值为V

分别获取各功率元件及分压支路正常导通时不同测试状态下第一电压检测元件、第二电压检测元件的各理论值；

关断各功率元件和各分压支路，将获取的第一电压检测元件的检测值与相同检测状态下的理论电压值a进行比较，其中a为1/2Vdc，若相同进入下一步骤，若不同则停止检测；

检测第一功率元件时，控制第一功率元件导通，其他功率元件均关断，断开各分压支路，将获取的第一电压检测元件的检测值与相同检测状态下的理论电压值b进行比较，其中b为Vdc，若相同则第一功率元件正常，若不同则第一功率元件故障，停止检测；

检测第四功率元件时，控制第四功率元件导通，其他功率元件均关断，断开各分压支路，将获取的第一电压检测元件的检测值与相同检测状态下的理论电压值c进行比较，其中c为0，若相同则第四功率元件正常，若不同则第四功率元件故障，停止检测；

检测第三功率元件时，在第一分压支路与第一功率元件并联且完成阻抗匹配的基础上，关断各功率元件，断开第二分压支路，将获取的第一电压检测元件的检测值与相同检测状态下的理论电压值d进行比较，并且将获取的第二电压检测元件的检测值与相同检测状态下的理论电压值1/2Vdc进行比较，若均相同进入下一步骤，若不同则停止检测；

控制第三功率元件导通，达到电压平衡后，将获取的第一电压检测元件的检测值与相同检测状态下的理论电压值e进行比较，其中e为V

检测第二功率元件时，在第二分压支路与第四功率元件并联且完成阻抗匹配的基础上，关断各功率元件，断开第一分压支路，将获取的第一电压检测元件的检测值与相同检测状态下的理论电压值f进行比较，并且将获取的第二电压检测元件的检测值与相同检测状态下的理论电压值1/2Vdc进行比较，若均相同进入下一步骤，若不同则停止检测；

控制第二功率元件导通，达到电压平衡后，将获取的第一电压检测元件的检测值与相同检测状态下的理论电压值g进行比较，其中gV

进一步地，通过对待检测的功率元件分别施加脉冲信号使其导通。

进一步地，所述的分别获取各功率元件及分压支路正常导通时不同测试状态下第一电压检测元件、第二电压检测元件的各理论值，包括如下步骤：

断开各功率元件和分压支路，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值a＝1/2Vdc，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

控制第一功率元件T1导通，其他功率元件和各分压支路均关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值b＝Vdc，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

控制第四功率元件T4导通，其他功率元件和各分压支路均关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值c＝0，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

控制第一分压支路与第一功率元件T1并联，其他分压支路及各功率元件均关断，匹配第一分压支路的阻抗，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值d＝＝s1*Vdc，s1∈(1/2，1)，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

在上一步骤的条件下，控制第三功率元件T3导通，其他功率元件和分压支路均关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值e，由于e将从d逐渐降低，同时第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，这个理论电压值将从1/2Vdc逐渐升高，直至V

控制第二分压支路与第四功率元件T4并联，其他分压支路及各功率元件均关断，匹配第二分压支路的阻抗，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值f＝＝s2*Vdc，s2∈(0，1/2)，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

在上一步骤的条件下，控制第二功率元件T1导通，其他功率元件和分压支路关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值g，由于g将从f逐渐升高，同时第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，这个理论电压值将从1/2Vdc逐渐降低，直至V

与现有技术比较本发明技术方案的有益效果为：

本发明提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路及检测方法，通过在O点与直流电源母线正极、母线负极之间分别设置分压支路，在其中至少一条支路上并联第一电压检测元件，N点与母线负极或母线正极之间设置第二电压检测元件，通过分别控制各功率元件的导通、断开，及分压支路分别与对应的功率元件断开或并联，将两个电压检测元件的检测值与各功率模块正常且检测状态相同时的理论值进行比较，判断功率模块是否故障，能在逆变器并网前预防性的对功率模块进行检测，使用的电压检测元件较少，电路结构简洁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路的电路原理图；

图2是本发明实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中功率模块及开关均断开时的脉冲测试图；

图3(a)是本发明实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第一功率元件导通时的电路原理图；

图3(b)是图3(a)中第一功率元件的脉冲测试图；

图4(a)是本发明实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第四功率元件导通时的电路原理图；

图4(b)是图4(a)中第四功率元件的脉冲测试图；

图5(a)是本发明实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第一开关闭合时的电路原理图；

图5(b)是图5(a)中第一开关的脉冲测试图；

图6(a)是本发明实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第一开关闭合、第三功率元件导通时的电路原理图；

图6(b)是图6(a)中第一开关、第三功率元件的脉冲测试图；

图7(a)是本发明实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第二开关闭合时的电路原理图；

图7(b)是图7(a)中第二开关的脉冲测试图；

图8(a)是本发明实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第二开关闭合、第二功率元件导通时的电路原理图；

图8(b)是图8(a)中第二开关、第二功率元件的脉冲测试图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，从而对本发明要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本发明的某些具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本发明构思的某些具体实施方式仅是本发明的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本发明，各具体特征并不当然、直接地限定本发明的实施范围。本领域技术人员在本发明构思的指导下所作的常规选择和替换，均应视为在本发明要求保护的范围内。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本发明提供了T型三电平逆变器功率模块检测电路，包括第一支撑电容C1、第二支撑电容C2、第一功率元件T1、第二功率元件T2、第三功率元件T3及第四功率元件T4，第四功率元件T4的第一端部与第一功率元件T1的第二端部连接，第一支撑电容C1与第二支撑电容C2串接后，第一支撑电容C1的第一端部与第一功率元件T1的第一端部连接，第二支撑电容C2的第二端部与第四功率元件T4的第二端部连接，第三功率元件T3的第一端部与第二功率元件T2的第一端部连接，第三功率元件T3的第二端部与第一支撑电容C1、第二支撑电容C2之间的连接线的N点连接，第二功率元件T2的第二端部与第一功率元件T1、第四功率元件T4之间连接线的O点连接，第一支撑电容C1、第二支撑电容C2串接后并联在直流电源DC的两侧。O点与直流电源DC的母线正极之间设有第一分压支路，O点与直流电源DC的母线负极之间设有第二分压支路，第一分压支路、第二分压支路中任意一个两端设有第一电压检测元件V1，N点与直流电源DC的母线负极或母线正极之间设有第二电压检测元件V2。其中，直流电源DC为可调直流电源。C1、C2的电容值相等。

具体的，第一功率元件T1、第二功率元件T2、第三功率元件T3及第四功率元件T4均为一个IGBT管反并联一个二极管。

较佳地，IGBT管可替换为MOSFET。

优选地，第一分压支路包括串接的第一匹配电阻R1和第一开关K1，第一匹配电阻R1与第一功率元件T1的第一端部连接，第一开关K1与O点连接，第二分压支路包括串接的第二匹配电阻R2和第二开关K2，第二匹配电阻R2与O点连接，第二开关K2与第四功率元件T4的第二端部连接。

具体的，第一功率元件T1、第二功率元件T2、第三功率元件T3及第四功率元件T4的第三端部均连接驱动单元。

较佳地，第一开关K1、第二开关K2为电子开关或机械开关，电子开关为IGBT管或MOSFET或三极管，机械开关为继电器或可控接触器。

具体的，第一开关K1、第二开关K2分别与控制器连接，控制开关导通。

功率模块的自检步骤如下：

1)直流电源DC预设电压值为Vdc，N、O两点的电压值为V

2)IGBT管(T1)自检：

IGBT管(T1，T2，T3，T4)关断，开关(K1，K2)断开，若第一电压检测元件V1检测电压值和理论电压值a相同，且为1/2Vdc，在以上条件下对应的驱动单元施加驱动脉冲使IGBT管(T1)导通，此时第一电压检测元件V1检测电压值和理论电压值b相同，且为Vdc；即IGBT管(T1)完好；否则IGBT管(T1)故障，停止检测。

3)IGBT管(T4)自检：

在确定IGBT管(T1)正常的条件下，将IGBT管(T1)关断，再由对应的驱动单元施加驱动脉冲使IGBT管(T4)导通，此时第一电压检测元件V1检测电压值和理论电压值c相同，且为0；即IGBT管(T4)完好；否则IGBT管(T4)故障，停止检测。

4)IGBT管(T3)自检：

开关(K1)闭合，开关(K2)断开，IGBT管(T1，T2，T3，T4)关断，第一电压检测元件V1检测电压值和理论电压值相同，且为d＝s1*Vdc，s1∈(1/2，1)，第二电压检测元件V2检测电压值和理论电压值相同，为1/2Vdc；在以上条件下对应的驱动单元施加驱动脉冲使IGBT管(T3)导通，达到电压平衡，此时第一电压检测元件V1检测电压值和理论电压值e相同，且为V

5)IGBT管(T2)自检：

开关(K2)闭合，开关(K1)断开，IGBT管(T1，T2，T3，T4)关断，第一电压检测元件V1检测电压值和理论电压值相同，且为f＝s2*Vdc，s2∈(0，1/2)，第二电压检测元件V2检测电压值和理论电压值相同，为1/2Vdc；在以上条件下对应的驱动单元施加驱动脉冲使将IGBT管(T2)导通，达到电压平衡，此时第一电压检测元件V1检测电压值和理论电压值g相同，且为V

由以上可知，IGBT管(T1)、IGBT管(T4)的检测顺序可以替换，在检测其中一个IGBT管完好前，需先关断各IGBT管、各开关，然后对电压检测元件V1进行检测，如果IGBT管正常，然后关闭当前的IGBT管，继续导通另外一个IGBT管进行检测。IGBT管(T1)、IGBT管(T4)、IGBT管(T3)自检、IGBT管(T2)自检的顺序2-5可以任意替换。

其中，S1、S2均为电压系数。S1、S2会根据R1、R2的阻值变化而变化，分压支路的阻抗不同，对应并联的功率元件上分担的电压也不同。

如图2-8所示，本发明还提供T型三电平逆变器功率模块检测方法，包括如下检测步骤：

设定直流电源DC的电压值为Vdc，N、O两点的电压值为V

分别获取各功率元件及分压支路正常导通时不同测试状态下第一电压检测元件、第二电压检测元件的各理论值；

关断各功率元件和各分压支路，将获取的第一电压检测元件V1的检测值与相同检测状态下的理论电压值a进行比较，其中a为1/2Vdc，若相同进入下一步骤，若不同则停止检测；

检测第一功率元件T1时，控制第一功率元件T1导通，其他功率元件均关断，断开各分压支路，将获取的第一电压检测元件V1的检测值与相同检测状态下的理论电压值b进行比较，其中b为Vdc，若相同则第一功率元件T1正常，若不同则第一功率元件T1故障，停止检测；

检测第四功率元件T4时，控制第四功率元件T4导通，其他功率元件均关断，断开各分压支路，将获取的第一电压检测元件V1的检测值与相同检测状态下的理论电压值c进行比较，其中c为0，若相同则第四功率元件T4正常，若不同则第四功率元件T4故障，停止检测；

检测第三功率元件时，在第一分压支路与第一功率元件T1并联且完成阻抗匹配的基础上，关断各功率元件，断开第二分压支路，将获取的第一电压检测元件V1的检测值与相同检测状态下的理论电压值d进行比较，并且将获取的第二电压检测元件V2的检测值与相同检测状态下的理论电压值1/2Vdc进行比较，若均相同进入下一步骤，若不同则停止检测；

控制第三功率元件T3导通，达到电压平衡后，将获取的第一电压检测元件V1的检测值与相同检测状态下的理论电压值e进行比较，其中e为V

检测第二功率元件时，在第二分压支路与第四功率元件T4并联且完成阻抗匹配的基础上，关断各功率元件，断开第一分压支路，将获取的第一电压检测元件V1的检测值与相同检测状态下的理论电压值f进行比较，并且将获取的第二电压检测元件V2的检测值与相同检测状态下的理论电压值1/2Vdc进行比较，若均相同进入下一步骤，若不同则停止检测；

控制第二功率元件T2导通，达到电压平衡后，将获取的第一电压检测元件V1的检测值与相同检测状态下的理论电压值g进行比较，其中g为V

具体的，通过对待检测的功率元件分别施加脉冲信号使其导通。

具体的，分别获取各功率元件及分压支路正常导通时不同测试状态下第一电压检测元件V1、第二电压检测元件V2的各理论值，包括如下步骤：

断开各功率元件和分压支路，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值a＝1/2Vdc，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

控制第一功率元件T1导通，其他功率元件和各分压支路均关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值b＝Vdc，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

控制第四功率元件T4导通，其他功率元件和各分压支路均关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值c＝0，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

控制第一分压支路与第一功率元件T1并联，其他分压支路及各功率元件均关断，匹配第一分压支路的阻抗，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值d＝＝s1*Vdc，s1∈(1/2，1)，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

在上一步骤的条件下，控制第三功率元件T3导通，其他功率元件和分压支路均关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值e，由于e将从d逐渐降低，同时第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，这个理论电压值将从1/2Vdc逐渐升高，直至V

控制第二分压支路与第四功率元件T4并联，其他分压支路及各功率元件均关断，匹配第二分压支路的阻抗，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值f＝＝s2*Vdc，s2∈(0，1/2)，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

在上一步骤的条件下，控制第二功率元件T1导通，其他功率元件和分压支路均关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值g，由于g将从f逐渐升高，同时第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，这个理论电压值将从1/2Vdc逐渐降低，直至V

理论上在没有前提条件的限制下，各功率元件的检测顺序可进行更换。任意一个功率元件发生故障，均停止检测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。