2024年6月15日发(作者：)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.X
(22)申请日 2016.03.28
(71)申请人 江苏方程电力科技有限公司;江苏方程新能源科技有限公司
地址 214432 江苏省无锡市江阴市绮山路157号
(72)发明人 张建兴 张之豪 胡秋立
(74)专利代理机构 江阴市同盛专利事务所(普通合伙)
代理人 陈强
(51)
(10)申请公布号 CN 105823992 A
(43)申请公布日 2016.08.03
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
一种应用于微电网的逆变器自检电
路及其开机自检方法
(57)摘要
本发明涉及一种应用于微电网的逆
变器自检电路及其开机自检方法，所述逆
变器包含有六个IGBT构成的三相逆变
桥，其特征在于：所述三相逆变桥的直流
侧正负极之间连接有直流支撑电容C0，且
直流支撑电容C0的正极经直流通断控制继
电器K1的常开触点K1‑1连接至开关电源
PW1正极，直流支撑电容C0的负极经直
流通断控制继电器K1的常开触点K1‑2连
接至开关电源PW1负极，所述三相逆变桥
的交流侧经由LCL滤波回路连接至接触器
KM1，所述接触器KM1连接至三相交流
电。本发明涉及一种应用于微电网的逆变
器自检电路及其开机自检方法，测试效率
高且快捷方便。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一种应用于微电网的逆变器自检电路，所述逆变器包含有六个IGBT构成的三相
逆变桥，其特征在于：所述三相逆变桥的直流侧正负极之间连接有直流支撑电容
C0，且直流支撑电容C0的正极经直流通断控制继电器K1的常开触点K1-1连接至
开关电源PW1正极，直流支撑电容C0的负极经直流通断控制继电器K1的常开触
点K1-2连接至开关电源PW1负极，所述三相逆变桥的交流侧经由LCL滤波回路
连接至接触器KM1，所述接触器KM1连接至三相交流电。
2.一种应用于微电网的逆变器自检电路的开机自检方法：其特征在于：
步骤1、对接触器KM1出线端A-B相电压、B-C相电压、A-C相电压进行采样，
判断其是否在第一参考电压范围内；如果不在第一参考电压范围内，则上报过压或
欠压故障；如果在第一参考电压范围内，则进入步骤2；
步骤2、采集接触器出线端A-B相过零信号、B-C相过零信号、A-C相过零信号，
并计算三相相序，如果有缺相或者错相情况，则控制器上报相应故障；如果没有缺
相或者错相情况，则进入步骤3；
步骤3、采样直流侧支撑电容C0两端电压，判断其是否在第二参考电压范围内，
如果不在第二参考电压范围，则上报直流电压故障；如果在第二参考电压范围，则
进入步骤4；
步骤4、吸合所述直流通断控制继电器，并进一步采样直流支撑电容C0两端电压，
判断其是否在第三参考电压范围内，如果不在第三参考电压范围内，则上报逆变桥
故障；如果在第三参考电压范围内，则进入步骤5；
步骤5、控制器根据上述步骤2中计算的三相电压相序发出同步PWM脉宽调制信
号；
步骤6、采集三相逆变桥交流侧滤波回路上的A-B相、B-C相、A-C相电压，判断
其是否子在第四参考电压范围内；如果不在第四参考电压范围内，则上报逆变桥故
障；如果在第四参考电压范围内，则进入步骤7；
步骤7、采集三相逆变桥交流侧滤波回路上的A-B相过零信号、B-C相过零信号、
A-C相过零信号，分别与所述接触器KM1出线端A-B相过零信号、B-C相过零信
号、A-C相过零信号进行对应对比，如果三相逆变桥交流侧滤波回路上A-B相过
零信号与接触器KM1输出端A-B相过零信号相隔时间,或者三相逆变桥交流侧滤波
回路上B-C相过零信号与接触器KM1输出端B-C相过零信号相隔时间,或者三相
逆变桥交流侧滤波回路上A-C相过零信号与接触器KM1输出端A-C相过零信号相
隔时间超出第一参考时间,则上报逆变桥故障；否则进入步骤8；
步骤8、计算三相逆变桥交流侧滤波回路上A-B相过零信号与接触器KM1输出端
A-B相过零信号相隔时间、三相逆变桥交流侧滤波回路上B-C相过零信号与接触
器KM1输出端B-C相过零信号相隔时间和三相逆变桥交流侧滤波回路上A-C相过
零信号与接触器KM1输出端A-C相过零信号相隔时间的平均值后通过输出PWM
脉冲进行相位补偿；
步骤9、关闭PWM脉冲输出，分断直流通断控制继电器，然后吸合接触器KM1，
采样接触器KM1输入端的电感电流Ia、Ib、Ic,判断其是否在第五参考电流范围内，
如果不在第五参考电流范围内则上报电流采样故障；如果在第五参考电流范围内，
则分断接触器，上报自检完成。
3.如权利要求2所述一种应用于微电网的逆变器自检电路的开机自检方法：其特征
在于：
所述第一参考电压范围由逆变器实际应用电压环境中的电压U所定，第一参考电
压范围限定在U±50V之间；
第二参考电压范围限定在20V以内；
第三参考电压理论上应该与低压直流电源的电压Udc相同，其范围限定为Udc±2V
之间；
第四参考电压范围取决于低压直流电源，其有效值UL与低压直流电源Udc关系为：
UL=Udc/1.414；
第一参考时间T取决于逆变器输出频率f，第一参考时间T=1/4f；
第五参考电流范围取决于电网电压U、滤波电感值L和滤波电容C，滤波电容值公
式为I=U/(jwL+1/jwC)。
说 明 书
技术领域
本发明涉及一种逆变器的自检电路以及其开机自检的方法，尤其是涉及一种应用于
微电网上的逆变器自检电路，属于逆变器技术领域。
背景技术
逆变器中的逆变桥一般有多个IGBT组成，而IGBT是一种易损器件，极易因过电
流或者过电压没有及时保护而损坏；同时，逆变器内部电流、电压受控于逆变器控
制器采集的电压、电流等信号，如果信号采集出现错误极易造成逆变器出现过电压
或者过电流情况；另外，若在逆变器内部存在接线错误或器件故障的情况下，贸然
启动也容易导致IGBT损坏；
因此，为了保证逆变器可靠性，通常的做法是：生产厂家派出专业技术人员利用示
波器等专业仪器在现场对逆变器进行人工测试；测试项目较为复杂，效率低下，而
且整个测试过程中需要耗费较多人力物力，极大的增加了企业的使用成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种测试效率高且快捷方便的应用于微电网
的逆变器自检电路及其开机自检方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种应用于微电网的逆变器自检电路，所述逆变器包含有六个IGBT构成的三相逆
变桥，所述三相逆变桥的直流侧正负极之间连接有直流支撑电容C0，且直流支撑
电容C0的正极经直流通断控制继电器K1的常开触点K1-1连接至开关电源PW1
正极，直流支撑电容C0的负极经直流通断控制继电器K1的常开触点K1-2连接至
开关电源PW1负极，所述三相逆变桥的交流侧经由LCL滤波回路连接至接触器
KM1，所述接触器KM1连接至三相交流电；
一种应用于微电网的逆变器自检电路的开机自检方法；
步骤1、对接触器KM1出线端A-B相电压、B-C相电压、A-C相电压进行采样，
判断其是否在第一参考电压范围内；如果不在第一参考电压范围内，则上报过压或
欠压故障；如果在第一参考电压范围内，则进入步骤2；
步骤2、采集接触器出线端A-B相过零信号、B-C相过零信号、A-C相过零信号，
并计算三相相序，如果有缺相或者错相情况，则控制器上报相应故障；如果没有缺
相或者错相情况，则进入步骤3；
步骤3、采样直流侧支撑电容C0两端电压，判断其是否在第二参考电压范围内，
如果不在第二参考电压范围，则上报直流电压故障；如果在第二参考电压范围，则
进入步骤4；
步骤4、吸合所述直流通断控制继电器，并进一步采样直流支撑电容C0两端电压，
判断其是否在第三参考电压范围内，如果不在第三参考电压范围内，则上报逆变桥
故障；如果在第三参考电压范围内，则进入步骤5；
步骤5、控制器根据上述步骤2中计算的三相电压相序发出同步PWM脉宽调制信
号；
步骤6、采集三相逆变桥交流侧滤波回路上的A-B相、B-C相、A-C相电压，判断
其是否子在第四参考电压范围内；如果不在第四参考电压范围内，则上报逆变桥故
障；如果在第四参考电压范围内，则进入步骤7；
步骤7、采集三相逆变桥交流侧滤波回路上的A-B相过零信号、B-C相过零信号、
A-C相过零信号，分别与所述接触器KM1出线端A-B相过零信号、B-C相过零信
号、A-C相过零信号进行对应对比，如果三相逆变桥交流侧滤波回路上A-B相过
零信号与接触器KM1输出端A-B相过零信号相隔时间,或者三相逆变桥交流侧滤波
回路上B-C相过零信号与接触器KM1输出端B-C相过零信号相隔时间,或者三相
逆变桥交流侧滤波回路上A-C相过零信号与接触器KM1输出端A-C相过零信号相
隔时间超出第一参考时间,则上报逆变桥故障；否则进入步骤8；
步骤8、计算三相逆变桥交流侧滤波回路上A-B相过零信号与接触器KM1输出端
A-B相过零信号相隔时间、三相逆变桥交流侧滤波回路上B-C相过零信号与接触
器KM1输出端B-C相过零信号相隔时间和三相逆变桥交流侧滤波回路上A-C相过
零信号与接触器KM1输出端A-C相过零信号相隔时间的平均值后通过输出PWM
脉冲进行相位补偿；
步骤9、关闭PWM脉冲输出，分断直流通断控制继电器，然后吸合接触器KM1，
采样接触器KM1输入端的电感电流Ia、Ib、Ic,判断其是否在第五参考电流范围内，
如果不在第五参考电流范围内则上报电流采样故障；如果在第五参考电流范围内，
则分断接触器，上报自检完成。
本发明一种应用于微电网的逆变器自检电路的开机自检方法：
所述第一参考电压范围由逆变器实际应用电压环境中的电压U所定，第一参考电
压范围限定在U±50V之间；
第二参考电压范围限定在20V以内；
第三参考电压理论上应该与低压直流电源的电压Udc相同，其范围限定为Udc±2V
之间；
第四参考电压范围取决于低压直流电源，其有效值UL与低压直流电源Udc关系为：
UL=Udc/1.414；
第一参考时间T取决于逆变器输出频率f，第一参考时间T=1/4f；
第五参考电流范围取决于电网电压U、滤波电感值L和滤波电容C，滤波电容值公
式为I=U/(jwL+1/jwC)。
具体的讲：
所述第一参考电压范围由逆变器实际应用电压环境所定，当应用于400V电压环境
中时，第一参考电压范围限定在350V-430V之间；
第二参考电压范围限定在20V以内；
第三参考电压理论上应该与低压直流电源电压相同，当低压直流电源为24V时，
考虑到采样误差设定第三参考电压在22V-26V之间。
第四参考电压范围取决于低压直流电源，其有效值UL与低压直流电源Udc关系为：
UL=Udc/1.414，考虑到采样误差第四参考电压范围限定在Udc/1.414±2V以内。
第一参考时间取决于逆变器输出频率f，第一参考时间T=1/4f。过零信号间隔时间
可通过DSPCAP功能口自动计算。如果逆变器内部逆变桥输出存在错相故障，如
A、B相相反，则L-C连接端A-B相与接触器出线端A-B相电压反向，则L-C连
接段A-B相与接触器出线端A-B相过零信号正负相反，L-C连接段B-C相、A-C
相分别与接触器出线端B-C相、A-C相相差120°。假设逆变器输出错相，则
T≥1/3f。所以第一参考时间T设定为T=1/4f，足以判定逆变桥输出错相故障。
第五参考电流范围取决于电网电压U、滤波电感值L（L的取值L=L4=L5=L6）和
滤波电容C（C的取值C=CA=CB=CC），滤波电容值公式为I=U/(jwL+1/jwC),考
虑到采样误差第五参考电流范围在I±2A之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能在逆变器每次正常高电压开机工作前，自动在低电压环境下进行逆变器采
样模块及PWM发生模块既有故障检验，校正逆变器输出相位。由此避免了逆变器
直接高电压开机可能导致的设备损坏，提高了逆变器工作可靠性。同时逆变器自检
能大幅缩减检验人员工作，降低生产成本，提高逆变器可维护性。
附图说明
图1为本发明一种应用于微电网的逆变器自检电路的电路框图。
图2为本发明一种应用于微电网的逆变器自检电路的开机自检方法的流程示意图。
图3为本发明一种应用于微电网的逆变器自检电路的电压采样电路图
图4为本发明一种应用于微电网的逆变器自检电路的电压过零比较电路图。
图5为本发明一种应用于微电网的逆变器自检电路的电流采样电路图。
图6为本发明一种应用于微电网的逆变器自检电路的继电器控制电路图。
其中：
IGBT（Q1~Q6）
直流支撑电容C0、直流通断控制继电器K1、接触器KM1。
具体实施方式
参见图1~5，本发明涉及的一种应用于微电网的逆变器自检电路，所述逆变器包含
有六个IGBT（Q1~Q6）构成的三相逆变桥，所述三相逆变桥的直流侧正负极之间
连接有直流支撑电容C0，且直流支撑电容C0的正极经直流通断控制继电器K1的
常开触点K1-1连接至开关电源PW1正极，直流支撑电容C0的负极经直流通断控
制继电器K1的常开触点K1-2连接至开关电源PW1负极，所述三相逆变桥的交流
侧经由LCL滤波回路连接至接触器KM1，所述接触器KM1连接至三相交流电；
对于LCL滤波回路，具体的讲，IGBT（Q1、Q2，Q3、Q4，Q5、Q6）两两串联
后并联组成三相逆变桥，其实现将直流电转换为交流电；电容CA、CB、CC为滤
波电容,电感L1、L2、L3、L4、L5、L6为滤波电感；L1、L4串联，L1另一端连
接至IGBTQ1发射极，L4另一端连接至接触器KM1；L2、L5串联，L2另一端连
接至IGBTQ5发射极，L5另一端连接至接触器KM1；L3、L6串联，L3另一端连
接至IGBTQ3发射极，L5另一端连接至接触器KM1。CA、CB、CC一端连接在一
起，另一端分别连接至L1/L4，L2/L5，L3/L6连接处，形成L-C-L滤波回路；
一种应用于微电网的逆变器自检电路的开机自检方法：
步骤1、对接触器KM1出线端A-B相电压、B-C相电压、A-C相电压进行采样，
判断其是否在第一参考电压范围内；如果不在第一参考电压范围内，则上报过压或
欠压故障；如果在第一参考电压范围内，则进入步骤2；
所述第一参考电压范围可由逆变器实际应用电压环境所定，如应用于400V电压环
境中则可将第一参考电压范围限定在350V-430V之间。
步骤2、采集接触器出线端A-B相过零信号、B-C相过零信号、A-C相过零信号，
并计算三相相序，如果有缺相或者错相情况，则控制器上报相应故障；如果没有缺
相或者错相情况，则进入步骤3；
步骤3、采样直流侧支撑电容C0两端电压，判断其是否在第二参考电压范围内，
如果不在第二参考电压范围，则上报直流电压故障；如果在第二参考电压范围，则
进入步骤4；
因低压直流电源容易因接入高电压而损坏，故第二参考电压范围限定在20V以内。
步骤4、吸合所述直流通断控制继电器，并进一步采样直流支撑电容C0两端电压，
判断其是否在第三参考电压范围内，如果不在第三参考电压范围内，则上报逆变桥
故障；如果在第三参考电压范围内，则进入步骤5；
吸合直流继电器后第三参考电压理论上应该与低压直流电源电压相同，如低压直流
电源为24V考虑到采样误差设定参考电压范围在22V-26V之间。如采样电压很小
则有可能为逆变桥短路或者直流电压采样故障。
步骤5、控制器根据上述步骤2中计算的三相电压相序发出同步PWM脉宽调制信
号；
步骤6、采集三相逆变桥交流侧滤波回路上的A-B相、B-C相、A-C相电压，判断
其是否子在第四参考电压范围内；如果不在第四参考电压范围内，则上报逆变桥故
障；如果在第四参考电压范围内，则进入步骤7；
其中，第四参考电压范围取决于低压直流电源，其有效值UL与低压直流电源Udc
关系为：UL=Udc/1.414，考虑到采样误差第四参考电压范围限定在Udc/1.414±2V
以内。
步骤7、采集三相逆变桥交流侧滤波回路上的A-B相过零信号、B-C相过零信号、
A-C相过零信号，分别与所述接触器KM1出线端A-B相过零信号、B-C相过零信
号、A-C相过零信号进行对应对比，如果三相逆变桥交流侧滤波回路上A-B相过
零信号与接触器KM1输出端A-B相过零信号相隔时间,或者三相逆变桥交流侧滤波
回路上B-C相过零信号与接触器KM1输出端B-C相过零信号相隔时间,或者三相
逆变桥交流侧滤波回路上A-C相过零信号与接触器KM1输出端A-C相过零信号相
隔时间超出第一参考时间,则上报逆变桥故障；否则进入步骤8；
其中，第一参考时间T取决于逆变器输出频率f，第一参考时间T=1/4f。过零信号
间隔时间可通过DSPCAP功能口自动计算。如果逆变器内部逆变桥输出存在错相
故障，如A、B相相反，则L-C连接端A-B相与接触器出线端A-B相电压反向，
则L-C连接段A-B相与接触器出线端A-B相过零信号正负相反，L-C连接段B-C
相、A-C相分别与接触器出线端B-C相、A-C相相差120°。假设逆变器输出错相，
则T≥1/3f。所以第一参考时间T设定为T=1/4f，足以判定逆变桥输出错相故障。
步骤8、计算三相逆变桥交流侧滤波回路上A-B相过零信号与接触器KM1输出端
A-B相过零信号相隔时间、三相逆变桥交流侧滤波回路上B-C相过零信号与接触
器KM1输出端B-C相过零信号相隔时间和三相逆变桥交流侧滤波回路上A-C相过
零信号与接触器KM1输出端A-C相过零信号相隔时间的平均值后通过输出PWM
脉冲进行相位补偿；
步骤9、关闭PWM脉冲输出，分断直流通断控制继电器，然后吸合接触器KM1，
采样接触器KM1输入端的电感电流Ia、Ib、Ic,判断其是否在第五参考电流范围内，
如果不在第五参考电流范围内则上报电流采样故障；如果在第五参考电流范围内，
则分断接触器，上报自检完成。
其中，第五参考电流范围取决于电网电压U、滤波电感值L（L的取值
L=L4=L5=L6）和滤波电容C（C的取值C=CA=CB=CC），滤波电容值公式为
I=U/(jwL+1/jwC),考虑到采样误差第五参考电流范围在I±2A之间。
具体的讲：
参见图3所述的一种电压采样电路，电压一端经分压电阻（R1、R2、R3、R4、
R5）、滤波电阻R12后接入差分隔离运放U1的反相输入端，电压另一端经分压电
阻（R6、R8、R9、R10、R11）、滤波电阻R13后接入差分隔离运放U1的正相输
入端，且滤波电阻R12与分压电阻的连接点和滤波电阻R13与分压电阻的连接点
之间连接有分压电压R7，所述差分隔离运放U1的正相输入端和反相输入端之间
连接有滤波电容C1（所述R12、R13和C1构成低通滤波器），所述差分隔离运放
U1的正相输出端经电阻连接至运算放大器U2A的正相输入端，所述差分隔离运放
U1的反相输入端经电阻连接至运算放大器U2A的反向输入端，所述运算放大器
U2A的反向输入端和输出端之间连接有电阻R17，所述运算放大器U2A的输出端
连接至运算放大器U2B的正相输入端，所述运算放大器U2B的反向输入端经电阻
R34接地，且运算放大器U2B的反向输入端经电阻R35连接至运算放大器U2B的
输出端，所述运算放大器U2B的输出端经电阻R33对外输出采样信号；且对外输
出端上对地连接有电容C10；
参见图4所述的一种电压过零比较电路，电压经电阻R18、R19后接入比较器的正
相输入端，所述比较器的反向输入端经电阻R20接地；所述比较器的输出端对外
输出，且比较器的输出端经电阻R21接入高电平；其中，电阻R18和电容C2，电
阻R19和电容C3构成两级低通滤波器；同时，为了避免电压谐波影响过零比较精
度，R18为2.2k,C2为10uf陶瓷电容，其滤波截止频率为7.23HZ，滤除大部分谐
波电压。R20将比较器反相输入端接地。U*A为电压比较器，电压采样信号经低
通滤波后与模拟地进行比较。当电压高于地是输出端输出低电平，当电压低于模拟
地时输出端输出高电平；
参见图5所述的一种电流采样电路，由霍尔传感器采集到的信号经共轭电感、电阻
后输入运算放大器的正相输入端和反相输入端，且所述运算放大器的反相输入端经
电阻R31与运算放大器的输出端相连，所述运算放弃的输出端与另一运放的正相
输入端相连，该运放的反相输入端与输出端相连，该运放的输出端经电阻R32对
外输出，且电阻R32对外输出的一端对地连接有一电容C9，上述电阻R32和电容
C9构成低通滤波器；进一步的前级运算放大器放大倍数为1，后级运放构成跟随
器电路；
参见图6，输入端经相互并联的电阻R22、R23后输入光耦U4的输入端，所述光
耦U4的输出端一端接地，另一端分为两路，一路经并联的电阻R24和二极管D1
后接入高电平，另一路接入relay继电器；
另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技
术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。
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