[发明专利]一种两电平逆变器开关管故障模拟的实验装置

说明书

本发明提供一种两电平逆变器开关管故障模拟的实验装置，包括逆变主电路、信号采样电路、MCU控制模块、通讯传输模块、PC上位机，PC上位机根据需要模拟的故障类型，向MCU控制模块发送相应的故障指令；MCU控制模块接收指令后控制逆变主电路进行相应的故障模拟，并通过信号采样电路进行采样，随后将采样数据通过通讯传输模块发送至PC上位机，PC上位机进行实时数据处理。本发明的有益效果：可实现上位机对逆变器电流、电压数据的实时在线获取，方便之后的数据处理、故障分类、验证算法等，以便于开展相关学习研究；为后期开关管故障诊断的相关算法验证提供了物理验证平台，技术方案新颖且可行，有工程使用价值。

技术领域

本发明涉及电力电器故障诊断技术领域，尤其涉及一种两电平逆变器开关管故障模拟的实验装置。

背景技术

逆变器现在已被广泛应用于日常生活、航空航天、工业生产和能源供给等各种场合中。分布式发电因其利用各种分散存在的可再生清洁能源进行发电，能有效解决目前能源利用困境及传统火力发电存在的环境污染问题，且提高了现有电力系统的经济性和可靠性，因而在世界各国都得到了广泛应用。可再生能源的发电系统都涉及到大功率、高效率、高质量的能源转换，电力电子技术是其中的关键技术之一。

分布式电源既可输出直流电，也可输出交流电，因此须通过功率变换器来变换得到与电网同频同相的电能，以直接供给用户并入电网，这其中便需要大量逆变器。逆变器若出现故障而得不到技术诊断与修复，定会造成无法挽回的经济损失和安全风险，因此逆变器安全、稳定、可靠的运行对于电力系统至关重要。值得注意的是，当逆变器某一相器件发生故障后，其他相的电压和电流量可能会发生突变，因此对逆变器的故障定位研究十分重要。传统的人工故障查找方法要快速准确地诊断出故障非常困难，不仅耗时长，还影响生活生产以及供电可靠性。

逆变器开关管发生短路故障后，开关管内部烧结，最后也会转化为开路故障，因此当前逆变器故障诊断领域以研究开关管故障中常见的开路故障诊断为主，但常见的诊断方式不能获取逆变器的实时电流数据，只能进行离线的数据处理与故障诊断，存在诊断不及时的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种两电平逆变器开关管故障模拟的实验装置，模拟注入两电平逆变器开关管的开路和短路故障，相较于一般的故障诊断平台，实现了与PC上位机的通讯，利用相关软件可实现PC上位机对逆变器电流、电压数据的实时在线获取，为后期对两电平逆变器故障诊断提供物理实际数据，方便后期对数据的处理方法和故障诊断的算法验证。

本发明提供一种两电平逆变器开关管故障模拟的实验装置，包括逆变主电路、信号采样电路、MCU控制模块、通讯传输模块、以及PC上位机，其中：

所述MCU控制模块连接所述逆变主电路以及所述信号采样电路，所述MCU控制模块对所述逆变主电路进行脉宽调制，将所述逆变主电路中的直流电逆变为交流电；

所述MCU控制模块通过所述通讯传输模块与所述PC上位机进行通讯，所述PC上位机根据需要模拟的开关管故障类型，通过所述通讯传输模块向MCU控制模块发送相应的故障指令；所述MCU控制模块接收故障指令后控制所述逆变主电路进行相应的故障模拟，并通过所述信号采样电路对所述逆变主电路进行采样；

所述MCU控制模块将采样数据进行打包后，通过所述通讯传输模块发送至PC上位机，所述PC上位机进行实时数据处理。

进一步地，所述逆变主电路采用直流电源进行供电，且由6个开关管组成三组桥臂的全桥逆变电路，6个所述开关管由3个开关管驱动芯片进行驱动，其中，每个所述开关管驱动芯片连接位于同一桥臂上的两个所述开关管；3个所述开关管驱动芯片均连接所述MCU控制模块。

进一步地，所述逆变主电路还包括12个继电器，其中，6个所述继电器分别串联在6个所述开关管上，另外6个所述继电器分别并联在6个所述开关管上，且6个并联在开关管上的继电器还串联6个正温度系数热敏电阻。