一種電容故障的保護電路的制作方法
【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、半導體逆變器，逆變器另一端連接交流側；直流母線之間串聯(lián)有2或2個以上具有緩沖和濾波功能的電容；保護電路包括采樣電路、比較器和基準電壓模塊；采樣電路與直流母線以及串聯(lián)電容的串接點進行連接，并進行電壓采樣；比較器分別連接采樣電路和基準電壓模塊，通過判斷采樣電路采集的采樣電壓是否超過基準電壓模塊中設置的基準電壓范圍來做保護判斷，若是，則觸發(fā)保護功能。使用時，它可以一方面切斷前級的直流供電通路和后級的交流側供電通路，另一方面泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側中的電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側的電能灌入剩下的電容。
【專利說明】
一種電容故障的保護電路
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種保護電路，特別是一種電容故障的保護電路，特別適用于新能源發(fā)電系統(tǒng)中。
【背景技術】
[0002]隨著新能源發(fā)電系統(tǒng)的能效要求逐漸地提高，對新能源發(fā)電系統(tǒng)的能效至關重要的核心部件的半導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)的半導體逆變器都需要大容量的直流母線電解電容進行緩沖和濾波。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，通常采用會至少2個500V電解電容進行串聯(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(-)負端，然后級聯(lián)至半導體逆變器，以連接交流側進行發(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500V電解電容器進行串聯(lián)，比如3個、4個串聯(lián)、或者更多個串聯(lián)，如圖2所示，由電解電容CE1、CE2、…和CEn多個電解電容串聯(lián)后跨接與直流母線(+ )正端和直流母線(_)負端之間。
[0005]另外，圖1和圖2中的半導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，如圖3所示。直流母線電壓就會直接全部加至CE2，同時系統(tǒng)中直流側和交流側所有的電能全部會集聚至電解電容CE2上，由電解電容CE2單獨承擔，這樣會至少造成電解電容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)電解電容前級直流電源和半導體逆變器后級交流側常規(guī)的保護措施動作，切斷直流電源側和逆變器交流側的電能灌入正常的電解電容器CE2。
[0008]當CE2發(fā)生故障，出現(xiàn)短路現(xiàn)象時，如圖4所示，也是相同情況，直流母線電壓就會直接全部加至CEl，同時系統(tǒng)中直流側和交流側所有的電能全部會集聚至電解電容CEl上，由電解電容CEl單獨承擔，這樣會至少造成電解電容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)電解電容前級直流電源和半導體逆變器后級交流側常規(guī)的保護措施動作，切斷直流電源側和逆變器交流側的電能灌入電解電容器CEl。
[0009]還有另一種情況也會引起電解電容的過壓擊穿炸裂，最終導致冒煙和起火現(xiàn)象。當電解電容CEl和CE2隨著時間推移，電解液會不斷揮發(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，也會引起CEl和CE2承擔的電壓差異變大，其中一個電解電容器超出的額定電壓500V，引起相關電解電容的過壓擊穿炸裂現(xiàn)象，也會導致冒煙和起火現(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)的保護措施動作，切斷直流輸入側和逆變器交流側的電能灌入未失效的電解電容器。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種電容故障的保護電路，主要用于解決發(fā)電系統(tǒng)電路中直流側的電容的失效故障引起的安全問題，使用時，它可以給前級發(fā)電系統(tǒng)的直流電源和后級半導體逆變器發(fā)送觸發(fā)信號來實施電解電容保護功能；當串聯(lián)電容中的其中一個電解電容失效時，一方面切斷前級的直流供電通路和后級的交流側供電通路，另一方面泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側中的電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側的電能灌入剩下的電容，發(fā)生過壓擊穿炸裂的現(xiàn)象，以實現(xiàn)對剩下的電容的保護，避免發(fā)生更嚴重的安全故障及人身安全問題。
[0011 ]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。
[0012]—種電容故障的保護電路，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、半導體逆變器，逆變器另一端連接交流側;直流母線之間串聯(lián)有2或2個以上具有緩沖和濾波功能的電容;其特征在于:所述的保護電路包括采樣電路、比較器和基準電壓模塊;其中:
[0013]所述的采樣電路與直流母線以及串聯(lián)電容的串接點進行連接，并進行電壓采樣；
[0014]所述的比較器分別連接采樣電路和基準電壓模塊，通過判斷采樣電路采集的采樣電壓是否超過基準電壓模塊中設置的基準電壓范圍來做保護判斷，若是，則觸發(fā)保護功能。
[0015]所述的電容故障的保護電路，其特征在于:所述的保護功能包括通過比較器發(fā)出的保護觸發(fā)信號切斷前級的直流源的供電通路和后級的交流側的供電通路。
[0016]所述的電容故障的保護電路，其特征在于:所述的保護功能包括通過比較器發(fā)出的保護觸發(fā)信號控制后級半導體逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導通，來泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側中的電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側的電能灌入剩下的電容。
[0017]所述的電容故障的保護電路，其特征在于:所述的半導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)中電容故障保護電路，可以解決常規(guī)的保護電路和裝置無法辨識電容故障的缺陷，確保發(fā)電系統(tǒng)安全運行；同時增加的保護電路簡單可靠容易實現(xiàn)，是一種性價比高的解決方案。
【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)明保護電路應用于新能源發(fā)電系統(tǒng)電路框圖。
[0024]圖6是本發(fā)明中保護電路的內部電路框圖。
[0025]圖7是本發(fā)明實施例1的結構示意圖。
[0026]圖8是本發(fā)明實施例2的結構示意圖。
[0027]圖9是本發(fā)明實施例3的結構示意圖。
[0028]圖10是本發(fā)明實施例4的結構示意圖。
[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:半導體逆變器(單相或三相逆變器);B:交流側；1:保護電路；11:觸發(fā)信號;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:基準電壓Vref; 32:比較器;33:采樣電路；34:保護電路;51:半導體逆變器;52:驅動電路;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。
【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明公開了一種直流發(fā)電側電解電容故障的保護電路，如圖5所示:該保護電路通過檢測直流母線電壓Vin各個串聯(lián)電解電容的連接點電壓Vd、Vc2、Vcn-1^PVcn，與保護電路中的保護點設置范圍進行比較，給前級新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流電源和后級半導體逆變器發(fā)送觸發(fā)信號來實施電解電容保護功能；當串聯(lián)電解電容中的其中一個電解電容失效時，各連接點電壓會超出保護電路中設置的保護范圍，保護電路就會向前級新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級半導體逆變器輸出“觸發(fā)信號”，一方面切斷前級的直流供電通路和后級的交流側供電通路，另一方面同時控制后級半導體逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導通，來泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側中的電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側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，以實現(xiàn)對剩下的電解電容的保護，避免發(fā)生更嚴重的安全故障及人身安全問題。圖5所示的半導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，其中保護電路一端與直流母線(+ )電壓“Vin”和各電解電容的連接點V&……V?！蚔?相連，另一端分別與前級的新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級的半導體逆變器中的控制板或晶體管的驅動器相連。
[0032]本發(fā)明提出的保護電路通過采樣直流母線(+)電壓“Vin”和多個串聯(lián)電解電容CE1、CE2、……CEn-1和CEn之間對應的連接點電壓Vc2、……Vcrrf和Vcn，經保護電路內部的比較器，與保護電路內部設置的保護范圍進行比較判斷，當各連接點電壓超出設置的保護范圍后，保護電路就會向前級直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級半導體逆變器輸出“觸發(fā)信號”，一方面切斷直流側的直流供電通路和交流側供電通路，另一方面同時控制后級半導體逆變器中跨接與直流母線間的晶體管橋臂的導通，以泄放新能源發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側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，以實現(xiàn)對剩下的電解電容進行保護，避免發(fā)生更嚴重的安全故障及人身安全問題。
[0033]圖6為保護電路的內部電路框圖，其中包括電壓采樣電路、基準電壓Vref和比較器三部分。本發(fā)明提出的保護電路通過采樣直流母線(+ )電壓“Vin ”和電解電容各連接點電壓Vc2,……V?！停?。?后，經采樣電路處理后分別連接至比較器，再通過比較器與基準電壓Vref設置的保護范圍進行比較判斷，當各連接點的采樣電壓超出保護電路設置的保護范圍時，比較器就會輸出“觸發(fā)信號”給前級的前級直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級半導體逆變器，一方面切斷直流側的直流供電通路和交流側供電通路，另一方面同時控制后級半導體逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導通，以泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側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，以實現(xiàn)對剩下的電解電容進行保護，避免發(fā)生更嚴重的安全故障及人身安全問題。
[0034]其中圖6中的基準電壓Vref設置的保護范圍為從中心值為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)電解電容的個數(shù)η。當基準電壓Vrrf = Vin/n時，基準電壓Vrrf就會隨著直流母線電壓Vin的變化而變化，這樣可以使保護電路更適用于大范圍的輸入電壓變化應用。
[0036]其中圖6中的采樣電壓點可以不需要同時采集直流母線(+)電壓Vin和串聯(lián)電解電容連接點的所有各點電壓Vd、……Vt1和V?，即使只包括部分采樣點也可以實現(xiàn)同樣的保護功能。
[0037]其中圖6中的比較器可以通過硬件實現(xiàn)比較判斷功能，也可以通過軟件實現(xiàn)比較判斷功能。
[0038]實施例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，、半導體逆變器和保護電路。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的負極接正極接直流母線(-);電解電容CE I和CE2的前級接新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源，后級接單相全橋逆變器，再通過電感LI和電容Cl組成的濾波器連接至交流側電網(wǎng)的火線L和零線N，或負載;電解電容CEl的正極與直流母線(+ )的連接點電壓“Vin”，和電解電容CEl和CE2的串接中點電壓Vc2，分別連接至保護電路中的采樣電路，經采樣電路處理后與基準電壓Vref設置的保護范圍進行比較判斷是否超出范圍；保護電路中比較器的輸出接至新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和半導體逆變器中的控制板或驅動電路，以根據(jù)需要控制直流源供電回路和半導體逆變器交流側供電回路的切斷，和半導體逆變器中橋臂晶體管的導通。
[0040]圖7中，半導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個橋臂跨接與直流母線之間。由晶體管Ql和Q4組成的一個橋臂A，橋臂A的中點連接至電容Cl和交流側零線N;由晶體管Q2和Q3組成的另一個橋臂B，橋臂B的中點與電感LI相連后，經電感LI和電容Cl連接后連接至交流側火線L。晶體管Ql、Q2、Q3和Q4由驅動電路根據(jù)控制板或保護電路的信號控制晶體管的導通和關閉。
[0041 ]當圖7中電解電容CE I和CE2其中一個發(fā)生故障失效時，電解電容連接點Vc I的電壓信號會超過基準電壓Vref設置的保護范圍后，圖7中的保護電路中的比較器就會向前級直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級單相全橋逆變器輸出“觸發(fā)信號”，一方面切斷直流側的直流供電通路和交流側供電通路，另一方面同時控制后級單相全橋逆變器中跨接與直流母線的一個或2個晶體管橋臂的導通，以泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側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，以實現(xiàn)對剩下的電解電容進行保護，避免發(fā)生更嚴重的安全故障及人身安全問題。
[0042]其中圖7中的基準電壓Vref設置的保護范圍為從中心值為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。當基準電壓Vrrf = Vin/2時，基準電壓Vre3f就會隨著直流母線電壓Vin的變化而變化，這樣可以使保護電路更適用于大范圍的輸入電壓變化應用。
[0044]其中圖7中的采樣電壓點可以不需要同時采集直流母線(+)電壓Vin和串聯(lián)電解電容連接點的Vc2，即使只包括部分采樣點電壓也可以實現(xiàn)同樣的保護功能。
[0045]其中圖7中的比較器可以通過硬件實現(xiàn)比較判斷功能，也可以通過軟件實現(xiàn)比較判斷功能。
[0046]實施例2
[0047]當新能源直流發(fā)電系統(tǒng)中的直流母線電壓升高到必須采用2個以上電解電容串接來達到直流母線絕緣耐壓的要求時，對串接電解電容的失效故障檢測尤為重要，必須采用專門的保護電路進行失效故障保護。
[0048]圖8為一種單相新能源直流發(fā)電系統(tǒng)帶中多個電解電容故障保護電路的框圖，其中包括四部分:新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源、多個電解電容CE 1、CE2、…、CEn-1和CEn、半導體逆變器和保護電路。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接新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源，后級接單相全橋逆變器，再通過電感LI和電容Cl組成的濾波器連接至交流側電網(wǎng)的火線L和零線N，或負載;電解電容CEl的正極與直流母線(+ )連接點電壓Vin、電解電容CEl和CE2的串接中點電壓Vc2、...、電解電容CEn-2和CEn-1的串接中點Vcn-1和電解電容CEn-1和CEn的串接中點Vcn分別接至保護電路中的采樣電路，經采樣電路處理后與基準電壓Vref設置的保護范圍進行比較判斷是否超出范圍;保護電路中比較器的輸出接至新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和半導體逆變器中的控制板或驅動電路，以根據(jù)需要控制直流源供電回路和半導體逆變器交流側供電回路的切斷，和半導體逆變器中橋臂晶體管的導通。
[0049]圖8中，半導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個橋臂跨接與直流母線之間。由晶體管Ql和Q4組成的一個橋臂A，橋臂A的中點連接至電容Cl和交流側零線N;由晶體管Q2和Q3組成的另一個橋臂B，橋臂B的中點與電感LI相連后，經電感LI和電容Cl連接后連接至交流側火線L。晶體管Ql、Q2、Q3和Q4由驅動電路根據(jù)控制板或保護電路的信號控制晶體管的導通和關閉。
[0050]當圖8中電解電容CEl到CEn組成的電解電容串中的其中一個電解電容器發(fā)生故障短路失效時，電解電容對應的連接點的電壓信號會超過基準電壓Vre3f設置的保護范圍后，圖8中的保護電路中的比較器就會向前級直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級單相全橋逆變器輸出“觸發(fā)信號”，一方面切斷直流側的直流供電通路和交流側供電通路，另一方面同時控制后級單相全橋逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導通，以泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側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，以實現(xiàn)對剩下的電解電容進行保護，避免發(fā)生更嚴重的安全故障及人身安全問題。
[0051]其中圖8中的基準電壓Vref設置的保護范圍為從中心值為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)電解電容的個數(shù)η。當基準電壓Vrrf = Vin/n時，基準電壓Vrrf就會隨著直流母線電壓Vin的變化而變化，這樣可以使保護電路更適用于大范圍的輸入電壓變化應用。
[0053]其中圖8中的采樣電壓點可以不需要同時采集直流母線(+)電壓Vin和串聯(lián)電解電容連接點的所有各點電壓Vc2、…、Vcn-1和Vcn，即使只包括部分采樣點也可以實現(xiàn)同樣的保護功能。
[0054]其中圖8中的比較器可以通過硬件實現(xiàn)比較判斷功能，也可以通過軟件實現(xiàn)比較判斷功能。
[0055]實施例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，、半導體逆變器和保護電路。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的負極接正極接直流母線(-);電解電容CE I和CE2的前級接新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源，后級接三相全橋逆變器，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UVW三相電網(wǎng)或負載；電解電容CE I的正極與直流母線(+)的連接點電壓Vin和電解電容CE I與CE2的串接中點電壓Vc 2分別接至保護電路中的采樣電路，經采樣電路處理后與基準電壓Vref設置的保護范圍進行比較判斷是否超出范圍；保護電路中比較器的輸出接至新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和半導體逆變器中的控制板或驅動電路，以根據(jù)需要切斷直流源供電回路和半導體逆變器交流側供電回路，和半導體逆變器中橋臂晶體管的同時導通。
[0057]圖9中，半導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的中點與電感La相連后，經電感La與電容Ca、電容Ce和交流側U相相連；晶體管Qbl和Qb2組成的橋臂B，橋臂B的中點與電感Lb相連后，經電感Lb與電容Ca、電容Cb和交流側V相相連;晶體管Qc I和Qc2組成的橋臂C，橋臂C的中點與電感Lc相連后，經電感Lb與電容Cb、電容Ce和交流側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由驅動電路根據(jù)控制板或保護電路的信號控制晶體管的導通和關閉。
[0059]當圖9中電解電容CEl和CE2其中一個發(fā)生故障失效時，電解電容連接點Vc2的電壓信號會超過基準電壓Vref設置的保護范圍后，圖9中的保護電路中的比較器就會向前級直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級三相全橋逆變器輸出“觸發(fā)信號”，一方面切斷直流側的直流供電通路和交流側供電通路，另一方面同時控制后級三相全橋逆變器中跨接與直流母線的一個或多個晶體管橋臂的導通，以泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側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，以實現(xiàn)對剩下的電解電容進行保護，避免發(fā)生更嚴重的安全故障及人身安全問題。
[0060]其中圖9中的基準電壓Vref設置的保護范圍為從中心值為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。當基準電壓Vrrf = Vin/2時，基準電壓Vre3f就會隨著直流母線電壓Vin的變化而變化，這樣可以使保護電路更適用于大范圍的輸入電壓變化應用。
[0062]其中圖9中的采樣電壓點可以不需要同時采集直流母線(+)電壓Vin和串聯(lián)電解電容連接點的電壓Vc2，即使只包括部分采樣點也可以實現(xiàn)同樣的保護功能。
[0063]其中圖9中的比較器可以通過硬件實現(xiàn)比較判斷功能，也可以通過軟件實現(xiàn)比較判斷功能。
[0064]實施例4
[0065]當新能源直流發(fā)電系統(tǒng)中的直流母線電壓升高到必須采用2個以上電解電容串接來達到直流母線絕緣耐壓的要求時，對串接電解電容的失效故障檢測尤為重要，必須采用專門的保護電路進行失效故障保護。
[0066]圖10為一種三相新能源直流發(fā)電系統(tǒng)帶中多個電解電容故障保護電路的框圖，其中包括四部分:新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源、多個電解電容CEl、CE2、…、Cn-l和Cn、半導體逆變器和保護電路。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接新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源，后級接三相全橋逆變器，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UVW三相電網(wǎng)或負載;電解電容CEl正極與直流母線(+ )的連接點電壓Vin、電解電容CEl和CE2的串接中點電壓Vc2、…、電解電容CEn-2和CEn-1的串接中點電壓Vcn-1、電解電容CEn-1和CEn的串接中點電壓Vcn分別接至保護電路中的采樣電路，經采樣電路處理后與基準電壓Vref設置的保護范圍進行比較判斷是否超出范圍;保護電路中比較器的輸出接至新能源發(fā)電系統(tǒng)的直流源和半導體逆變器中的控制板或驅動電路，以根據(jù)需要控制直流源供電回路和半導體逆變器交流側供電回路的切斷，和半導體逆變器中橋臂晶體管的導通。
[0067]圖10中，半導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的中點與電感La相連后，經電感La與電容Ca、電容Ce和交流側U相相連；晶體管Qbl和Qb2組成的橋臂B，橋臂B的中點與電感Lb相連后，經電感Lb與電容Ca、電容Cb和交流側V相相連;晶體管Qcl和Qc2組成的橋臂C，橋臂C的中點與電感Lc相連后，經電感Lb與電容Cb、電容Ce和交流偵押相相連。
[0068]當圖10中電解電容CEl到CEn組成的電解電容串其中一個發(fā)生故障失效時，電解電容對應的連接點的電壓信號會超過基準電壓Vre3f設置的保護范圍后，圖10中的保護電路中的比較器就會向前級直流發(fā)電系統(tǒng)的直流源和后級三相全橋逆變器輸出“觸發(fā)信號”，一方面切斷直流側的直流供電通路和交流側供電通路，另一方面同時控制后級三相全橋逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導通，以泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側的剩余電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側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，以實現(xiàn)對剩下的電解電容進行保護，避免發(fā)生更嚴重的安全故障及人身安全問題。
[0069]其中圖10中的基準電壓Vref設置的保護范圍為從中心值為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)電解電容的個數(shù)η。當基準電壓Vrrf = Vin/n時，基準電壓Vrrf就會隨著直流母線電壓Vin的變化而變化，這樣可以使保護電路更適用于大范圍的輸入電壓變化應用。
[0071]其中圖10中的采樣電壓點可以不需要同時采集直流母線(+)電壓Vin和串聯(lián)電解電容連接點的所有各點電壓Vc2、…、Vcn-1和Vcn，即使只包括部分采樣點也可以實現(xiàn)同樣的保護功能。
[0072]其中圖10中的比較器可以通過硬件實現(xiàn)比較判斷功能，也可以通過軟件實現(xiàn)比較判斷功能。
[0073]綜上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內容所作的等效變化與修飾，都應為本發(fā)明的技術范疇。
【主權項】
1.一種電容故障的保護電路，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、半導體逆變器，逆變器另一端連接交流側;直流母線之間串聯(lián)有2或2個以上具有緩沖和濾波功能的電容;其特征在于:所述的保護電路包括采樣電路、比較器和基準電壓模塊;其中: 所述的采樣電路與直流母線以及串聯(lián)電容的串接點進行連接，并進行電壓采樣； 所述的比較器分別連接采樣電路和基準電壓模塊，通過判斷采樣電路采集的采樣電壓是否超過基準電壓模塊中設置的基準電壓范圍來做保護判斷，若是，則觸發(fā)保護功能。2.根據(jù)權利要求1所述的電容故障的保護電路，其特征在于:所述的保護功能包括通過比較器發(fā)出的保護觸發(fā)信號切斷前級的直流源的供電通路和后級的交流側的供電通路。3.根據(jù)權利要求1或2所述的電容故障的保護電路，其特征在于:所述的保護功能包括通過比較器發(fā)出的保護觸發(fā)信號控制后級半導體逆變器中跨接與直流母線的晶體管橋臂的導通，來泄放發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側中的電能，避免發(fā)電系統(tǒng)中直流側和交流側的電能灌入剩下的電容。4.根據(jù)權利要求1所述的電容故障的保護電路，其特征在于:所述的半導體逆變器為單相逆變器或三相逆變器。
【文檔編號】H02H7/16GK105958436SQ201610490063
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】李衛(wèi)春, 黃敏超
【申請人】李衛(wèi)春