一種在線預測光伏逆變器母線電容壽命的電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型利用大功率光伏逆變器自身的軟起電路，提供一種在線預測大功率光伏逆變器直流側電容壽命的電路，其中在線預測大功率光伏逆變器直流側電容壽命的電路，包括軟啟保護熔絲Fs，軟啟限流電阻R1、R2，軟啟接觸器S4，直流側斷路器S1，交流側斷路器S3，三相整流橋，直流側電容，直流電流檢測，三相電網等。該電路非常便捷，不增加任何成本，能準確預測直流側電容壽命，效率高，減小大功率光伏并網逆變器因母線電容引起的安全隱患。
【專利說明】
一種在線預測光伏逆變器母線電容壽命的電路
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種在線預測光伏逆變器母線電容壽命的電路，尤其涉及一種在線預測大功率光伏逆變器直流側電容壽命的電路。
【背景技術】
[0002]在電力電子領域，特別是大功率(250kW以上)光伏逆變器、風電變流器產品中，電容作為關鍵的儲能元器件，在電路中起到儲能和濾波的作用，抑制母線電壓波動，減小直流紋波。大功率光伏逆變器是大型地面光伏電站的核心發電裝置，發電裝置是否能夠長期可靠無故障運行、及時發現故障減小故障維護時間，直接關系電站業主的經濟效益。近些年，大多數電站業主及行業專家越來越重視大功率光伏逆變器中母線電容、IGBT模塊、電感、風扇等核心部件的使用情況和壽命預測。
[0003]在大功率光伏逆變器中，母線電容一般選用高壓薄膜電容，多個電容組并聯使用，價格昂貴，對售后維護人員要求高。在不增加光伏逆變器成本的情況下，一種在線預測大功率光伏逆變器直流側電容壽命的方法及電路，能準確檢測大功率光伏并網逆變器直流側電容器現存容量，初步解決壽命預測問題。采用測量直流側電容器現存容量與原始容量(或額定容量)百分比比值的方式預測直流側電容器的有效壽命，可有效提高效率。當光伏并網逆變器通過此方法檢測到母線電容現存容量小于80%原始容量時，能及時通過自身的顯示屏和通信接口向用戶和后臺監控中心告警，提出電容器需要更換的信息并提示更換原因。但現有技術中存在預測不過準確，不能及時發現安全隱患的問題。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型利用大功率光伏逆變器自身的軟起電路，提供一種在線預測大功率光伏逆變器直流側電容壽命的電路，該電路非常便捷，不增加任何成本，能準確預測直流側電容壽命，效率高，減小大功率光伏并網逆變器因母線電容引起的安全隱患。
[0005]本實用新型的目的在于克服大功率光伏并網逆變器中現有技術預測直流側電容壽命不夠準確，且成本過高的問題，能及時發現直流側電容性能下降引起的安全隱患，及時提醒售后人員維護，減小大功率光伏逆變器因故障停機的發電量損失，實現電站業主經濟效益的最大化。
[0006]本實用新型采用夜間光伏逆變器停機后啟動檢測，不影響光伏逆變器白天發電時間，利用光伏逆變器系統中已有的軟啟動回路，來預測檢測光伏逆變器直流側電容壽命;不用增加硬件成本，又方便售后維護人員檢修，減小因直流側電容性能下降引起的安全隱患。
[0007]本實用新型提供一種在線預測大功率光伏逆變器直流側電容壽命的電路，包括軟啟保護熔絲Fs，軟啟限流電阻Rl、R2，軟啟接觸器S4，直流側斷路器SI，交流側斷路器S3，三相整流橋，直流側電容，直流電流檢測，三相電網，其中軟啟保護熔絲Fs與軟啟接觸器S4連接，軟啟限流電阻Rl、R2與三相整流橋連接，直流側斷路器SI與直流側電容連接，交流側斷路器S3與三相電網連接。
[0008]本實用新型的電路，可預估直流側電容可充電的電壓值U s = s qr t (2) *Max (Uab，Ubc1Uca)，其中Max(Uab，Ubc，Uca)為三相線電壓中的最大線電壓值；
[0009]并檢測獲得直流側母線電容電壓參數Uc和電容電流參數Ic，電容初始狀態Uc(O)= OVJc(O)=OA;
[0010]通過預定義直流側母線電容壽命保護值門限對應電容容量Cp，實際檢測直流母線電容容值C，其中直流側電容額定容量為Cn，額定壽命為T;
[0011]預測直流側電容壽命Tc = T*(C-Cp)/(Cn-Cp)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的一個實施方式的原理圖。
[0013]圖2是利用本實用新型電路的光伏逆變器直流側母線電容在線檢測流程圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖詳細描述本實用新型的實施方式。
[0015]本實用新型的實施原理圖由軟啟保護熔絲Fs，軟啟限流電阻R1、R2，軟啟接觸器S4，直流側斷路器SI，交流側斷路器S3，三相整流橋，直流側電容，直流電流檢測，三相電網等組成。
[0016]本實用新型的工作邏輯如下:早晨太陽升起時，光伏逆變器直流側電容電壓Uc隨前端光伏電池板輸出電壓升高而慢慢升高，當直流側電壓升高到光伏逆變器開機點電壓，光伏逆變器開機并網發電；傍晚太陽降落時，前端光伏電池板輸出功率減小，光伏逆變器直流側電容電壓隨前端光伏電池板輸出電壓降低而慢慢降低，當光伏電池板功率減小及輸出電壓降低到光伏逆變器關機電壓點時，光伏逆變器關機，直流側電容電壓最后降低到OV左右。光伏逆變器M⑶檢測到光伏逆變器處于關機狀態且直流側電容電壓在-5V〈Uc〈5V(檢測誤差冗余)時，MCU開始計數，計數達到設定值(例如30分鐘)，光伏逆變器開始直流側母線電容在線檢測。檢測軟件流程如圖2所示。在線檢測到直流側母線電容性能下降時，通知業主檢修維護;在線檢測直流側母線電容滿足要求時，繼續正常運行邏輯，等待第二天白天開機運行。
[0017]本實用新型電容(:計算公式基于電容基本特性:1c(t) =C*dUc(t)/dt，dUc(t)為相鄰兩次直流側電容電壓采樣值之差值，dt為采樣周期值，Ic(t)為當前采樣時刻直流側直流電流1(直流電流1等于電容電流Ic)，直流母線電容容值C由電容電壓、電容電流按照一定函數關系(即Ic(t) =C*dUc(t)/dt)計算得出，再經Tc = T*(C-Cp)/(Cn-Cp)預測直流側母線電容壽命Tc。
[0018]根據本實用新型的方法包括如下步驟:
[00?9 ] 本實用新型的電路，可預估直流側電容可充電的電壓值U s = s qr t (2) *Max (Uab，Ubc1Uca)，其中Max(Uab，Ubc，Uca)為三相線電壓中的最大線電壓值；
[0020]并檢測獲得直流側母線電容電壓參數Uc和電容電流參數Ic，電容初始狀態Uc(O)= OVJc(O)=OA;
[0021]通過預定義直流側母線電容壽命保護值門限對應電容容量Cp，實際檢測直流母線電容容值C，其中直流側電容額定容量為Cn，額定壽命為T;
[0022]預測直流側電容壽命Tc = T*(C-Cp)/(Cn-Cp)。
[0023]具體電路運行情況是:
[0024]B1:白天光伏逆變器正常運行時，S1、S2、S3閉合，S4斷開;隨著日照減弱，PV電池板輸出能量減小，直到輸出功能量為0，光伏逆變器從運行狀態進入夜間關機狀態。
[0025]B2:夜間關機狀態下，S1、S3閉合，S2斷開；當M⑶檢測到PV電池電壓持續30分鐘小于等于5V，S4閉合，M⑶開始直流側電容電壓Uc采樣、直流側電流1采樣。直到Us與直流側電容電壓采樣值Uc的差值小于等于30V，斷開S4，結束采樣，采樣總次數為N。
[0026]B3:直流側電容電壓Uc采樣，MCU采樣值為Uc(k)，k為l、2、3."N;Uc(l)為直流側電容電壓Uc第一次采樣值;Uc (2)為直流側電容電壓Uc第二次采樣值;Uc (N)為直流側電容電壓此第階欠采樣值;直流側電流10采樣，1?^采樣值為10(10，1^為1、2、3-#;10(1)為直流電流1第一次采樣值;1(2)為直流電流1第二次采樣值;1(N)為直流電流1第N次采樣值；[0027 ] B4:直流母線電容預測計算，按照函數關系IC (t) = OdUc (t) /dt，計算直流母線電容容值c ο采樣周期值dt恒定，第一次采樣值uc (l)ao(i)與初始狀態值Uc (O)=Ovac(O) =0A，有如下函數關系:Ic(l)-1c(0) =C(1 )*(U(l)-U(0))/dt;C(1) = (Ic(l)-1c(O) )*dt/(U
(1)-U(O));第二次采樣值Uc(2)、1(2)與第一次采樣值Uc(I)，Ic(I)，有如下函數關系:Ic
(2)-1C(l)=C(2)*(U(2)-U(l))/dt;C(2)= (IC(2)-1C(l))*dt/(U(2)-U(l));第三次采樣值1^(3)、10(3)與第二次采樣值1^(2)，1(3(2)，有如下函數關系:1(:(3)-1(3(2)=(:(3)*(1]
(3)-1](2))/扣;(:(3)= (1(3(3)-1(3(2))*(^/(1](3)-1](2));第階欠采樣值1](30)、100)與第^1次采樣值Uc(N-1)，Ic(N-1)，有如下函數關系:Ic(N)-1c(N-1) = C(N)*(U(N)-U(N-l))/dt;C(幻=(1。(幻-1。0-1))*此/(1](幻-1]0-1));求取階欠平均值0=(0(1)+(:(2)+(:(3) +."+〇(N)) /N，C即為直流母線電容容值。
[0028]本實用新型在不增加光伏逆變器系統硬件成本的情況下，能準確、高效檢測預測直流側母線電容壽命，方便業主、售后人員及時維護直流側母線電容，減小安全隱患，實現光伏逆變器系統發電經濟效益最大化。
[0029]上述實施方式僅是示例性的示出本實用新型，并不企圖限制本實用新型。另外對于沒有詳細描述的步驟屬于本領域技術人員熟知的技術內容。對于涵蓋在本實用新型構思內的相應的變換和更改均在本實用新型范圍內。
【主權項】
1.一種在線預測大功率光伏逆變器直流側電容壽命的電路，包括軟啟保護熔絲Fs，軟啟限流電阻Rl、R2，軟啟接觸器S4，直流側斷路器SI，交流側斷路器S3，三相整流橋，直流側電容，直流電流檢測，三相電網，其中軟啟保護熔絲Fs與軟啟接觸器S4連接，軟啟限流電阻Rl、R2與三相整流橋連接，直流側斷路器SI與直流側電容連接，交流側斷路器S3與三相電網連接。2.根據權利要求1所述的電路，其特征是還包括光伏逆變器MCU，當光伏逆變器MCU檢測到光伏逆變器處于關機狀態且直流側電容電壓在-5V〈Uc〈5V時，M⑶開始計數，計數達到設定值后，光伏逆變器開始直流側母線電容在線檢測。3.根據權利要求2所述的電路，其特征是直流母線電容容值C由電容電壓、電容電流按照Ic(t) = C*dUc(t)/dt計算得出，dUc(t)為相鄰兩次直流側電容電壓采樣值之差值，dt為采樣周期值，Ic(t)為當前采樣時刻直流側直流電流1，直流電流1等于電容電流Ic。4.根據權利要求1所述的電路，其特征是可預估直流側電容可充電的電壓值Us= sqrt(2)*Max(Uab，Ubc，Uca)，其中Max(Uab，Ubc，Uca)為三相線電壓中的最大線電壓值； 并檢測獲得直流側母線電容電壓參數Uc和電容電流參數Ic，電容初始狀態Uc(O)=OV,Ic(O) =0A； 通過預定義直流側母線電容壽命保護值門限對應電容容量Cp，實際檢測直流母線電容容值C，其中直流側電容額定容量為Cn，額定壽命為T; 預測直流側電容壽命Tc = T* (C-Cp) / (Cn-Cp)。
【文檔編號】H02J3/38GK205693379SQ201620405722
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月6日 公開號201620405722.X, CN 201620405722, CN 205693379 U, CN 205693379U, CN-U-205693379, CN201620405722, CN201620405722.X, CN205693379 U, CN205693379U
【發明人】朱建國, 劉遠濤
【申請人】永聯科技南和有限公司