一种三相整流器功率管开路故障实时检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种三相整流器功率管开路故障实时检测方法，属于在线检测技术领域。本发明包括：根据电流传感器采样的三相电流值计算相相电流值大小；基于相相电流之间的交点，在线计算两个阈值，阈值随时间构成包络线；然后通过比较相相电流最大值与最小值是否在包络线之外，实现功率管开路故障的检测与定位。本发明适用于任意三相整流器任意单管和任意双管开路故障的诊断，具有成本低、检测精度高、速度快、实时性高、鲁棒性好以及抗干扰能力强的优点，能够实时检测出任意三相整流系统单管故障与同桥臂双管故障的开路故障的情况，并可以精确定位故障功率管，本发明并对多电平整流系统功率管开路故障的在线检测具有指导意义。
【专利说明】
-种H相整流器功率管开路故障实时检测方法
技术领域
[0001 ]本发明属于在线检测技术领域，更具体地，设及一种=相整流器功率管开路故障 实时检测方法。
【背景技术】
[0002] 目前，整流器作为一种能源接口与转换装置，在新能源，航空航天、军事、工业、机 车牵引系统及船舶等领域得到了广泛的应用。=相整流器作为一种最为广泛的实用拓扑结 构，其安全可靠运行被学术界与工业界高度关注。其中功率管由于高频开通、关断造成的开 路故障尤为显著，直接影响电机驱动系统的正常运行。针对整流器功率管的开路故障提出 实时有效的检测、定位和隔离的方法，提供实时有效的信息给后续的容错控制策略，对提高 整流系统的可靠性具有重要的工程应用价值。
[0003] 现有技术中，关于整流器功率管单管和复合管开路故障实时检测方法尚属空白， 目前大多借用逆变器故障诊断方法的研究成果仅局限于单管故障的在线检测与识别：1、基 于电机模型，设计观测器，若观测器的输出和实际系统输出的残差大于设定的阔值，则判断 系统发生故障。2、基于检测电压的方法，根据故障功率管电压崎变的特性，进行快速实时的 检测和定位，运一类方法需要在硬件上添加相应的传感器W及检测电路，提高了监控系统 的成本。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的W上缺陷W及该领域的空白，本发明提供一种=相整流器功率管 开路故障实时检测方法，其目的在于改善已有的功率管开路故障实时检测方法，提高检测 速度，增强算法鲁棒性，降低检测成本，同时填补复合管开路故障实时在线检测的空白。
[0005] 本发明提供一种整流系统功率管开路故障实时检测方法，包括W下步骤：
[0006] 步骤1、根据电流传感器测量所得的相电流值i a，i b，i C，计算相相电流值i a b，i a C， ibc , iba , ica , icb ,真^中，
[0007]
。
[000引步骤2、基于相相电流的交点（口1，1)2，口3，口4，口日，口6;邑1，邑2，邑3，邑4，邑日，邑6)，实时在线的 求取两个阔值化max，Kmin)，其中，P，g的计算如下：
[0009]
[0010]
[0011]
[0012]
[0013] 式中，m，n，k，l = a，b，c;皿，kl为相邻的相相电流，t为采样时刻，N为抗扰动系数， 阔值的求取如下：
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]步骤3、故障特征量提取，比较相相电流峰值与阔值，获得表征故障的特征量，如下 公式所示：
[001 引
[0019]
[0020] 式中，/代表相相电流的波峰，/代表相相电流的波谷，然后由所得的两个故障特 m打 议打. 征量检测并且定位故障功率管。
[0021] 步骤4、根据设计的故障特征量进行故障诊断，故障诊断包括故障检测与故障定位 两个环节:若Pmn，Nmn全部为1，则整流器功率管全部健康;若有且仅有Pba，Nab = 0，则功率管Tl 发生故障；若Pab, Pba = O, Nab, Nba = O,则功率管发生故障，W此类推，判定所有的单管和复合 管开路故障。
[0022] 总体而言，通过本发明所构思的W上技术方案与现有技术相比，具有W下有益效 果:本发明能够实时检测出任意=相整流系统单管故障与同桥臂双管故障的开路故障的情 况，并可W精确定位故障功率管，本发明并对多电平整流系统功率管开路故障的在线检测 具有指导意义。
[0023] (1)成本低，本发明适用于任何采用矢量控制策略的系统中，不需要额外的电压传 感器;也适用于=相电机电流开环控制系统中逆变器功率管开路故障诊断。
[0024] (2)检测精度高，速度快，实时性高，本发明能够实时准确的检测变频器中任意单 管或者双管开路故障和二次故障。
[0025] (3)鲁棒性好，抗干扰能力强，电机启动、变速、突加或者突减负载等动态过程不会 对本发明的故障诊断结果产生消极影响;且该方案对电机内部参数不敏感，抗噪声能力强。
[0026] (4)实现简单，本发明可W作为一个子程序嵌入到控制程序中，不影响也无需修改 控制程序。
【附图说明】
[0027] 图I为本发明=相整流器功率管开路故障实时检测方法中的整流器的拓扑结构。
[0028] 图2为本发明中的相相电流交点示意图。
【具体实施方式】
[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0030] 图1所示为本发明中带故障诊断模块的=相整流器的拓扑结构，系统由功率管 (1'1，12^3，14^5，16)，对应续流二极管(01，02,03,04,05,06)，源侧^相电压源(山3，叫3， Ucs),升压电感化as, Lbs, Lcs),滤波电容(C)，阻性负载(化)构成，Ud为整流侧输出电压，u/为 给定电压，ia，ib，ic，Ud，Ud*，山b，Ubc为PWM控制模块的输入变量，产生驱动信号控制功率管开 通关断，故障诊断算法中，13，^4。，《3^3输入变量，通过故障诊断模块，得到检测和定位的 结果。
[0031] 本发明=相整流器功率管开路故障实时检测方法，包含如下步骤：
[0032] 步骤1、根据电流传感器测量所得的相电流值i a，i b，i。，计算相相电流值i ab，i a。， ibc , iba , ica , icb ,其中，
[0033]
。
[0034]步骤2、求取相相电流的交点（口1，口2，口3，口4，口日，口6;邑1，邑2，邑3，邑4，邑日，邑6)，如图2所示， 实时在线的求取两个励估化max.Kmin)，其中，D.g的计算化下：
[003J
[003d
[0037
[003J
[0039] 式中，m，n，k，l = a，b，c;皿，kl为相邻的相相电流，t为采样时刻，N为抗扰动系数， 阔值的求取如下：
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 步骤3、故障特征量提取，比较相相电流峰值与阔值，获得表征故障的特征量，如下 公式所示：
[0044]
[0045]
[0046] 式中，/代表相相电流的波峰，/代表相相电流的波谷。然后由所得的两个故障特 征量设计了故障诊断表1，根据表1可W检测并且定位故障功率管。
[0047] 步骤4、根据设计的故障特征量化max, Kmin)进行故障诊断，如表1所示。故障诊断包 括故障检测与故障定位两个环节。若Pmn, Nmn全部为1，则整流器功率管全部健康;若有且仅 有Pba, Nab = O,则功率管Tl发生故障；若Pab, Pba = O, Nab, Nba = O,则功率管T1T2发生故障，W此 类推，通过表1可W判定所有的单管和复合管开路故障。
[004引表1
[0049]
[0050] 本发明能够实时检测出任意=相整流系统单管故障与同桥臂双管故障的开路故 障的情况，并可W精确定位故障功率管，本发明并对多电平整流系统功率管开路故障的在 线检测具有指导意义。本发明适用于任何采用矢量控制策略的系统中，不需要额外的电压 传感器;也适用于=相电机电流开环控制系统中逆变器功率管开路故障诊断。检测精度高， 速度快，实时性高，本发明能够实时准确的检测变频器中任意单管或者双管开路故障和二 次故障。鲁棒性好，抗干扰能力强，电机启动、变速、突加或者突减负载等动态过程不会对本 发明的故障诊断结果产生消极影响;且该方案对电机内部参数不敏感，抗噪声能力强。实现 简单，本发明可W作为一个子程序嵌入到控制程序中，不影响也无需修改控制程序。
[0051] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种三相整流器功率管开路故障实时检测方法，其特征在于，包括： 步骤1、根据电流传感器测量所得的相电流值1&，;^，;^，计算相相电流值131]43。，;^，;^， ica，icb，其中，、；： a Jkcjh ~φ- η) 步骤2、基于相相电流的交点（口1，口243，口445，口6;81，82,83,84,85,86)，实时在线的求取 两个阈值(Kmax，Kmin)，其中，P，g的计算如下：式中，m，η，k，I = a，b，C;mn，kl为相邻的相相电流，t为采样时刻，N为抗扰动系数，阈值 的求取如下：步骤3、故障特征量提取，比较相相电流峰值与阈值，获得表征故障的特征量，如下公式 所示：式中，/代表相相电流的波峰，Γ代表相相电流的波谷，然后由所得的两个故障特征量 mn mn 检测并且定位故障功率管。2. 如权利要求1所述的三相整流器功率管开路故障实时检测方法，其特征在于，还包括 步骤4: 根据设计的故障特征量进行故障诊断，故障诊断包括故障检测与故障定位两个环节： 若卩?，Nmn全部为1，则整流器功率管全部健康;若有且仅有Pba ,Nab = O，则功率管Tl发生故障；
【文档编号】G01R31/02GK106019056SQ201610466049
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】赵金, 吴锋
【申请人】华中科技大学