光伏并网逆变器的开关管短路故障仿真与分析.pdf
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1、湖南邮电职业技术学院学报第22卷第2期2023年6月Vol.22 No.2Jun.2023湖南邮电职业技术学院学报Journal of Hunan Post andTelecommunication College光伏并网逆变器的开关管短路故障仿真与分析严风1,2,陈子妍1,2,葛笑寒1*(1.河南科技大学应用工程学院,河南三门峡 472000;2.三门峡职业技术学院,河南三门峡 472000)【摘要】深入剖析电压型逆变器的工作原理,研究了开关管不同的短路故障模式。综合考虑主电路和控制电路,在Simu-link中建立三相电压型光伏并网逆变器的仿真模型。选用三相输出电流作为检测量,对比了典型短路
2、故障模式与正常运行模式时的输出电流波形。仿真结果表明,逆变器正常工作时的输出电流近似为正弦波,当开关管短路时三相输出电流会发生不同程度的畸变,且不同故障对应的电流波形差异明显,验证了利用输出电流实现短路故障诊断的可行性,为逆变故障监测和预防提供了理论基础。【关键词】光伏并网;逆变器;短路故障【doi:10.3969/j.issn.2095-7661.2023.02.010】【中图分类号】TM464【文献标识码】A【文章编号】2095-7661(2023)02-0038-04Simulation and Analysis of SwitchingTube Short Circuit Fault
3、in Photovoltaic Grid Connected InvertersYAN Feng1,2,CHEN Ziyan1,2,GE Xiaohan1(1.College of Applied Engineering,Henan University of Science and Technology,Sanmenxia,Henan,China 472000;2.Sanmenxia Polytechnic,Sanmenxia,Henan,China 472000)Abstract:This paper thoroughly analyzed the working principle of
4、 voltage source inverters and studied different short-circuitfault modes of switch tubes.Considering the main circuit and control circuit comprehensively,a simulation model of a three-phasevoltage source photovoltaic grid connected inverter was established in Simulink.The three-phase output current
5、was selected as thedetection quantity,and the output current waveforms under typical short-circuit fault modes and normal operation modes werecompared.The simulation results show that the output current of the inverter during normal operation is approximately a sine wave.When the switch tube is shor
6、t circuited,the three-phase output current will experience varying degrees of distortion,and the currentwaveforms corresponding to different faults are significantly different.This verifies the feasibility of using output current to achieveshort-circuit fault diagnosis and provides strong theoretica
7、l support for subsequent monitoring and provides a theoretical basis formonitoring and preventing inverter faults.Keywords:photovoltaic grid connection;inverter;short circuit fault1 研究背景近年来,能源短缺和环境污染问题日益突出,光伏发电具有无噪声、无污染、适用范围广等优点,得到了广泛应用1。逆变器是光伏发电系统的核心组件,其开关管工作在高频状态发热严重,易发生故障且危害大2-3。现阶段的研究主要集中在逆变器开关器
8、件的开路故障诊断方面,多采用电压信号作为特征量,例如文献4以三相线电压作为原始特征信号,利用小波变换对信号进行故障特征提取;文献5利用两相线电压作为故障特征收稿日期 2023-03-16作者简介 严风(1995),陕西渭南人,助教,硕士,研究方向:电力电子技术、新能源电力系统稳定分析与控制。基金项目 2020年河南省高校青年骨干教师培养计划“基于PLC 的实验实训网络平台研究与设计”(项目编号:2020GZGG076);2022年三门峡市科技攻关项目“基于云平台的智能供水系统研究”(项目编号:2022002018)。38第2期光伏并网逆变器的开关管短路故障仿真与分析信息,通过比较两路线电压的幅
9、值比和电压差来定位故障开关管。但关于逆变器开关器件的短路故障研究比较少,且研究方向主要集中在短路后的等效电路建模和开关耐受试验方面。文献6将时间尺度分为直流电压控制时间尺度和交流电流控制时间尺度,建立了逆变器输出短路电流的多时间尺度等效模型,文献7从试验的角度提出了一种光伏逆变器内部短路故障耐受性能试验方法。上述方法均缺乏一定的直观性,难以准确定位开关管的故障位置。综上,有必要对并网逆变器的模型和短路故障输出特性进行更深入研究,建立仿真模型并提取故障特征,根据仿真波形迅速确定故障类型与故障位置,从而及时预防、解决和排查短路问题。2 逆变器工作原理选取三相电压型逆变器为研究对象,结构如图1所示,
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