CN109683048B - 故障监测方法、故障监测电路及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种故障监测方法、故障监测电路及控制器，该方法包括：针对每一个分部式构件，获取实时采集的分部式构件对应的故障检测点的电流值和温度值，将得到的电流值和温度值集合为状态向量。基于状态向量，分别计算电流故障状态值和温度故障状态值，得到每个分部式构件的故障监测状态向量。基于故障监测状态向量，对分部式构件进行故障监测。在本发明提供的方案中，通过获取分部式构件对应的故障检测点的电流值和温度值，计算电流故障状态值和温度故障状态值，对分部式构件进行故障监测。将发生故障的分部式构件与监测电路隔离，未发生故障的分部式构件继续运行，能提高多相交流电机驱动系统安全性能、提高检修效率和降低维护成本。

Description

故障监测方法、故障监测电路及控制器

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种故障监测方法、故障监测电路及控制器。

背景技术

随着科学技术的发展，新能源逐渐应用于不同的交通运输工具中。比如使用电能源作为汽车、舰船和飞机等交通运输工具的驱动能量。

目前较为常见的电机驱动系统为多相交流电机驱动系统，比如6相交流电机驱动系统。现有的多相交流电机驱动系统通常采用由集中直流供电电源和共直流输入的逆变桥的电路拓扑结构。但是，由于现有的多相交流电机驱动系统采用的是集中式供电的电路拓扑结构，当多相交流电机驱动系统中任一点位发生故障时，需要对整个驱动系统会实施故障停车，并人工逐一排查故障点位，容易引发安全事故和造成损失。

因此，现有的多相交流电机驱动系统存在安全性能低、检修效率低和维护成本高等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种故障监测算法、故障监测电路及控制器，以解决现有的多相交流电机驱动系统存在安全性能低、检修效率低和维护成本高等问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明实施例第一方面公开了一种故障监测方法，适用于故障监测电路，该故障监测电路包括控制器和至少两个独立运行的分部式构件，所述分部式构件包括电源、单控双联开关、三相电机驱动电路和三相电机，所述方法包括：

针对每一个所述分部式构件，获取实时采集的所述电源、三相电机驱动电路和三相电机对应的故障检测点的电流值和温度值，将得到的所述电流值和温度值集合为状态向量；

基于所述状态向量，分别计算所述电流值对应的电流故障状态值和所述温度值对应的温度故障状态值，得到每个所述分部式构件的故障监测状态向量，所述故障监测状态向量由所述电流故障状态值和温度故障状态值构成的；

基于所述故障监测状态向量，对所述分部式构件进行故障监测。

优选的，所述三相电机驱动电路包括与所述单控双联开关相连的DC-DC变换器，与所述DC-DC变换器相连的逆变桥，所述获取实时采集的所述电源、三相电机驱动电路和三相电机对应的故障检测点的电流值和温度值，将得到的所述电流值和温度值集合为状态向量，包括：

获取实时采集的所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV、三相电机的温度值T_ms、所述逆变桥的正极与所述DC-DC变换器的正极之间的电流值I_dc、所述逆变桥与三相电机三相之间的电流值I_a、I_b和I_c、所述逆变桥的正极和负极与所述DC-DC变换器的正极和负极之间的零序电流I_dcz；

将所述T_E、T_DC、T_INV、T_ms、I_dc、I_a、I_b、I_c和I_dcz集合为所述状态向量[T_E，T_DC，T_INV，T_ms，I_dcz，I_a，I_b，I_c，I_dc]。

优选的，所述基于所述状态向量，分别计算所述电流值对应的电流故障状态值和所述温度值对应的温度故障状态值，得到每个所述分部式构件的故障监测状态向量，包括：

使用I_z(k)＝G_iz1*I_dcz(k)+G_iz2*ΔI_dcz(k)计算得到当前时刻所述零序电流I_dcz的评估值I_z(k)，当所述I_z(k)>∈I_z时，确定所述零序电流对应的电流故障状态值F_Iz为1，其中，ΔI_dcz(k)＝I_dcz(k)-I_dcz(k-1)，I_dcz(k)为当前时刻采集到的所述零序电流，I_dcz(k-1)为上一时刻采集到的零序电流，ΔI_dcz(k)为当前时刻的零序电流变化率，G_Iz1和G_Iz2分别为加权系数，∈I_z为标定值；

使用T(k)＝G_T1*T(k)+G_T2*ΔT(k)计算温度评估值T(k)，当所述T(k)>∈_T时，确定所述温度值对应的温度故障状态值F_T为1，其中，ΔT(k)＝T(k)-T(k-1)，T(k)为当前时刻采集到的温度值，T(k-1)为上一时刻采集得到的温度值，ΔT(k)为当前时刻的温度值变化率，G_T1和G_T2分别为加权系数，∈_T为标定值，所述T(k)包括：所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms对应的温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)，所述F_T包括：所述温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)对应的温度故障状态F_TE、F_TDC、F_INV和F_Tms；

将所述I_dc、I_a、I_b和I_c分别与对应的预先存储的标定值进行比较，若所述I_dc、I_a、I_b和I_c与所述对应的预先存储的标定值的差值在预设范围外，则所述电流故障状态值F_dc、F_a、F_b和F_c为1；

获取所述故障监测状态向量[F_TE，F_TDC，F_INV，F_Tms，F_Iz，F_a，F_b，F_c，F_dc]。

优选的，所述对所述分部式构件进行故障监测，包括：

若所述分部式构件发生故障，则基于所述故障监测状态向量，确定所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，并控制所述分部式构件的运行状态。

优选的，所述基于所述故障监测状态向量，确定所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，并控制所述分部式构件的运行状态，包括：

当所述分部式构件对应的所述故障监测状态向量中，存在一个以上的所述电流故障状态值或温度故障状态值为1时，确定所述电流故障状态值为1对应的位置和类型为所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，或者，确定所述温度故障状态值为1对应的位置和类型为所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，断开当前发生故障的所述分部式构件中的单控双联开关。

优选的，所述获取实时采集的所述电源、三相电机驱动电路和三相电机对应的故障检测点的电流值和温度值之后，还包括：

基于所述三相电机和所述三相电机驱动电路对应的故障检测点的电流值，确定所述电流值在负序同步旋转参考坐标系中对应的变量值；

判断任一所述变量值是否偏离预先建立的解析几何轨迹，所述解析几何轨迹为理论电流值在负序同步旋转参考坐标系构成的电流变量函数所对应的几何轨迹，所述理论电流值为所述三相电机和三相电机驱动电路对应的故障检测点的理论电流值；

若偏离，则进行故障预警。

本发明实施例第二方面公开了一种故障监测电路，包括：

控制器和至少两个独立运行的分部式构件，所述分部式构件包括电源、单控双联开关、三相电机驱动电路和三相电机；

所述控制器分别与所述三相电机驱动电路和单控双联开关连接，所述控制器用于监测所述分部式构件的工作状态，并基于所述工作状态向所述单控双联开关发送开关控制信号，向所述三相电机驱动电路发送驱动控制信号；

所述电源与所述单控双联开关一端连接，所述单控双联开关另一端与所述三相电机驱动电路一端连接，所述三相电机驱动电路另一端与所述三相电机连接，所述三相电机驱动电路基于所述驱动控制信号驱动所述三相电机，所述单控双联开关基于所述开关控制信号闭合或断开，调整所述分部式构件在所述故障监测电路中的运行模式。

本发明实施例第三方面公开了一种控制器，适用于故障监测电路，该故障监测电路包括所述控制器和至少两个独立运行的分部式构件，所述分部式构件包括电源、单控双联开关、三相电机驱动电路和三相电机，所述控制器包括：

接收器，用于针对每一个所述分部式构件，获取实时采集的所述电源、三相电机驱动电路和三相电机对应的故障检测点的电流值和温度值，将得到的所述电流值和温度值集合为状态向量；

处理器，用于基于所述状态向量，分别计算所述电流值对应的电流故障状态值和所述温度值对应的温度故障状态值，得到每个所述分部式构件的故障监测状态向量，所述故障监测状态向量由所述电流故障状态值和温度故障状态值构成的，并基于所述故障监测状态向量，对所述分部式构件进行故障监测。

优选的，所述三相电机驱动电路包括与所述单控双联开关相连的DC-DC变换器，与所述DC-DC变换器相连的逆变桥，

所述接收器具体用于，获取实时采集的所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms、所述逆变桥的正极与所述DC-DC变换器的正极之间的电流值I_dc、所述逆变桥与三相电机三相之间的电流值I_a、I_b和I_c、所述逆变桥的正极和负极与所述DC-DC变换器的正极和负极之间的零序电流I_dcz，将所述T_E、T_DC、T_INV、T_ms、I_dc、I_a、I_b、I_c和I_dcz集合为所述状态向量[T_E，T_DC，T_INV，T_ms，I_dcz，I_a，I_b，I_c，I_dc]。

优选的，所述处理器，具体用于使用I_z(k)＝G_iz1*I_dcz(k)+G_iz2*ΔI_dcz(k)计算得到当前时刻所述零序电流I_dcz的评估值I_z(k)，当所述I_z(k)>∈I_z时，确定所述零序电流对应的电流故障状态值F_Iz为1，其中，ΔI_dcz(k)＝I_dcz(k)-I_dcz(k-1)，I_dcz(k)为当前时刻采集到的所述零序电流，I_dcz(k-1)为上一时刻采集到的零序电流，ΔI_dcz(k)为当前时刻的零序电流变化率，G_Iz1和G_Iz2分别为加权系数，∈I_z为标定值；以及，

所述处理器，具体用于使用T(k)＝G_T1*T(k)+G_T2*ΔT(k)计算温度评估值T(k)，当所述T(k)>∈_T时，确定所述温度值对应的温度故障状态值F_T为1，其中，ΔT(k)＝T(k)-T(k-1)，T(k)为当前时刻采集到的温度值，T(k-1)为上一时刻采集得到的温度值，ΔT(k)为当前时刻的温度值变化率，G_T1和G_T2分别为加权系数，∈_T为标定值，所述T(k)包括：所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms对应的温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)，所述F_T包括：所述温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)对应的温度故障状态F_TE、F_TDC、F_INV和F_Tms；以及，

所述处理器，具体用于将所述I_dc、I_a、I_b和I_c分别与对应的预先存储的标定值进行比较，若所述I_dc、I_a、I_b和I_c与所述对应的预先存储的标定值的差值在预设范围外，则所述电流故障状态值F_dc、F_a、F_b和F_c为1，以及获取所述故障监测状态向量[F_TE，F_TDC，F_INV，F_Tms，F_Iz，F_a，F_b，F_c，F_dc]。

基于上述本发明实施例提供的一种故障监测方法、故障监测电路及控制器，该故障监测电路包括控制器和至少两个独立运行的分部式构件，分部式构件包括电源、单控双联开关、三相电机驱动电路和三相电机，该方法包括：针对每一个分部式构件，获取实时采集的电源、三相电机驱动电路和三相电机对应的故障检测点的电流值和温度值，将得到的电流值和温度值集合为状态向量。基于状态向量，分别计算电流值对应的电流故障状态值和温度值对应的温度故障状态值，得到每个分部式构件的故障监测状态向量，故障监测状态向量由电流故障状态值和温度故障状态值构成的。基于故障监测状态向量，对分部式构件进行故障监测。在本发明提供的方案中，通过获取分部式构件对应的故障检测点的电流值和温度值，计算电流故障状态值和温度故障状态值，对分部式构件进行故障监测。当分部式构件发生故障时，将发生故障的分部式构件与监测电路隔离，未发生故障的分部式构件继续运行，能提高多相交流电机驱动系统安全性能、提高检修效率和降低维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1a为本发明实施例提供的故障监测电路的架构示意图；

图1b为本发明实施例提供的另一故障监测电路的架构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种故障监测方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的计算故障监测状态向量的流程图；

图4为本发明实施例提供的故障监测电路的结构框图；

图5为本发明实施例提供的一种控制器的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

由背景技术可知，现有的多相交流电机驱动系统采用的是集中式供电的电路拓扑结构，当多相交流电机驱动系统中任一点位发生故障时，需要对整个驱动系统会实施故障停车，并人工逐一排查故障点位，容易引发安全事故和造成损失。

因此，本发明实施例提供一种故障监测方法、故障监测电路及控制器，通过获取分部式构件对应的故障检测点的电流值和温度值，计算电流故障状态值和温度故障状态值，对分部式构件进行故障监测。当分部式构件发生故障时，将发生故障的分部式构件与监测电路隔离，未发生故障的分部式构件继续运行，能提高多相交流电机驱动系统安全性能、提高检修效率和降低维护成本。

本发明实施例适用于故障监测电路，该故障监测电路包括控制器和至少两个独立运行的分部式构件，所述分部式构件包括电源、单控双联开关、三相电机驱动电路和三相电机。

为更好解释说明本发明实施例涉及到的故障监测电路，参考图1a和图1b，示出了本发明实施例提供的故障监测电路的架构示意图，包括：控制器101、分部A和分部B，分部A和分部B为所述分部式构件。这里以具有两个分部式构件的故障监测电路进行举例说明。

所述分部式构件的内部结构一致。在所述图1a和图1b中，该分部式构件包括：电源102、单控双联开关103、DC-DC变换器1041、逆变桥1042、三相电机105和多个传感器。通过电流传感器采集所述分部式构件的需要采集电流值的部位的电流值。通过温度传感器采集所述电源102、DC-DC变换器1041、逆变桥1042和三相电机105的温度值。Ha1、Ha2、Ha3、Ha4、Hb1、Hb2、Hb3和Hb4为电流传感器，所述三相电机驱动电路由所述DC-DC变换器1041、逆变桥1042和所述多个电流传感器构成。

在所述图1b中，RSG1和RSG2为与三相电机并联的放电电阻组件106，通过与三相电机105并联连接的电阻，降低电机运行时产生的反电势，将电机绕组的反电势降低至安全水平。

需要说明的是，上述图1a和图1b中示出的架构示意图仅用于举例说明，本发明实施例还适用于3的整倍数相的电机驱动系统，比如6相或9相等电机驱动系统。

为更好解释说明下述本发明实施例涉及到的故障类型，参考表1，示出了本发明实施例涉及的故障类型。

表1：

需要说明的是，上述表1示出的故障类型和内容仅用于举例说明，实际的故障类型和内容包括但不仅限于上述表1中的内容。

参考图2，示出了本发明实施例提供的一种故障监测方法的流程图，所述方法适用于上述本发明实施例公开的故障监测电路，所述方法包括以下步骤：

步骤S201：针对每一个所述分部式构件，获取实时采集的所述电源、三相电机驱动电路和三相电机对应的故障检测点的电流值和温度值，将得到的所述电流值和温度值集合为状态向量。

在具体实现步骤S201的过程中，通过预先设置在所述故障点的电流传感器和温度传感器，采集所述电流值和所述温度值。获取实时采集的所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms、所述逆变桥的正极与所述DC-DC变换器的正极之间的电流值I_dc、所述逆变桥与三相电机三相之间的电流值I_a、I_b和I_c、所述逆变桥的正极和负极与所述DC-DC变换器的正极和负极之间的零序电流I_dcz。将所述T_E、T_DC、T_INV、T_ms、I_dc、I_a、I_b、I_c和I_dcz集合为所述状态向量[T_E，T_DC，T_INV，T_ms，I_dcz，I_a，I_b，I_c，I_dc]。

步骤S202：基于所述状态向量，分别计算所述电流值对应的电流故障状态值和所述温度值对应的温度故障状态值，得到每个所述分部式构件的故障监测状态向量。

在具体实现步骤S202的过程中，使用预先设计的算法分别计算所述电流故障状态值和所述温度故障状态值，集合所述电流故障状态值和温度故障状态值为所述故障监测状态向量。

步骤S203：基于所述故障监测状态向量，对所述分部式构件进行故障监测。

在具体实现步骤S203中，若所述分部式构件发生故障，则基于所述故障监测状态向量，确定所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，并控制所述分部式构件的运行状态。所述故障类型具体参见上述表1中的内容。

在本发明实施例中，通过获取分部式构件对应的故障检测点的电流值和温度值，计算电流故障状态值和温度故障状态值，对分部式构件进行故障监测。当分部式构件发生故障时，将发生故障的分部式构件与监测电路隔离，未发生故障的分部式构件继续运行，能提高多相交流电机驱动系统安全性能、提高检修效率和降低维护成本。

上述图2步骤S202中涉及到的得到故障监测状态向量的过程，参见图3，示出了本发明实施例提供的计算故障监测状态向量的流程图，包括以下步骤；

步骤S301：使用公式(1)计算得到当前时刻所述零序电流I_dcz的评估值I_z(k)，当所述I_z(k)>∈I_z时，确定所述零序电流对应的电流故障状态值F_Iz为1。

所述公式(1)：

I_z(k)＝G_iz1*I_dcz(k)+G_iz2*ΔI_dcz(k) (1)

其中，ΔI_dcz(k)＝I_dcz(k)-I_dcz(k-1)，I_dcz(k)为当前时刻采集到的所述零序电流，I_dcz(k-1)为上一时刻采集到的零序电流，ΔI_dcz(k)为当前时刻的零序电流变化率，G_Iz1和G_Iz2分别为加权系数，∈I_z为标定值。

需要说明的是，所述加权系数和标定值由技术人员根据实际情况进行设置。

在具体实现步骤S301的过程中，所述零序电流由公式(2)计算获得。

所述公式(2)：

I_dcz(k)＝I_dcz+(k)-I_dcz-(k) (2)

其中，I_dcz+(k)为所述DC-DC变换器的正极与所述逆变桥的正极之间的电流值，I_dcz-(k)为所述DC-DC变换器的负极与所述逆变桥的负极之间的电流值。当所述F_Iz为1时，则说明所述零序电流值出现故障，故障类型为上述表1中的故障编号3和故障编号4中的故障类型，具体的故障类型由技术人员根据实际情况分析并确定。

步骤S302：使用公式(3)计算计算温度评估值T(k)，当所述T(k)>∈_T时，确定所述温度值对应的温度故障状态值F_T为1。

所述公式(3)为：

T(k)＝G_T1*T(k)+G_T2*ΔT(k) (3)

其中，ΔT(k)＝T(k)-T(k-1)，T(k)为当前时刻采集到的温度值，T(k-1)为上一时刻采集得到的温度值，ΔT(k)为当前时刻的温度值变化率，G_T1和G_T2分别为加权系数，∈_T为标定值，所述T(k)包括：所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms对应的温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)，所述F_T包括：所述温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)对应的温度故障状态F_TE、F_TDC、F_INV和F_Tms。

需要说明的是，所述加权系数和标定值由技术人员根据实际情况进行设置。

在具体实现步骤S302的过程中，使用所述公式(3)分别计算所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms对应的温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)。得到所述温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)对应的温度故障状态F_TE、F_TDC、F_INV和F_Tms。当所述F_TE为1时，则说明所述电源出现故障，故障类型为上述表1中的故障编号为1的故障类型。当所述F_TDC为1时，则说明所述DC-DC变换器出现故障，故障类型为上述表1中的故障编号为2的故障类型。当所述F_INV为1时，则说明所述逆变桥出现故障，故障类型为上述表1中的故障编号为7的故障类型。当所述F_Tms为1时，则说明所述三相电机出现故障，故障类型为上述表1中的故障编号为9的故障类型。

步骤S303：将所述I_dc、I_a、I_b和I_c分别与对应的预先存储的标定值进行比较，若所述I_dc、I_a、I_b和I_c与所述对应的预先存储的标定值的差值在预设范围外，则所述电流故障状态值F_dc、F_a、F_b和F_c为1。

在具体实现步骤S303的过程中，基于从所述I_dc、I_a、I_b和I_c对应的物理量的时域波形判断所述电流故障状态值，或者将I_dc、I_a、I_b和I_c分别与预先存储的标定进行比较，当比较值在预设范围外时，则所述电流故障状态值为1。当所述F_a、F_b和F_c为1时，则所述电流I_a、I_b和I_c出现故障，故障类型为上述表1中故障编号为5至9的故障类型，具体的故障类型由技术人员根据实际情况分析并确定。当F_dc为1时，则所述电流I_dc出现故障，故障类型为上述表1中故障编号为3和4的故障类型，具体的故障类型由技术人员根据实际情况分析并确定。需要说明的是，所述标定值由技术人员根据实际情况进行设置。

步骤S304：获取所述故障监测状态向量[F_TE，F_TDC，F_INV，F_Tms，F_Iz，F_a，F_b，F_c，F_dc]。

优选的，当所述分部式构件对应的所述故障监测状态向量中，存在一个以上的所述电流故障状态值或温度故障状态值为1时，确定所述电流故障状态值为1对应的位置和类型为所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，或者，确定所述温度故障状态值为1对应的位置和类型为所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，断开当前发生故障的所述分部式构件中的单控双联开关。所述故障类型参见上述表1示出的内容，在此就不再一一赘述。

需要说明的是，上述步骤S301-步骤S303的执行顺序包括但不仅限于上述本发明实施例公开的顺序，上述涉及到的执行顺序仅是其中一种情况，其余执行顺序就不再一一进行赘述。

在本发明实施例中，通过计算获得故障监测状态向量，基于故障监测状态向量中的故障状态值判断分部式构件是否发生故障。当分部式构件发生故障时，根据故障监测状态向量中的故障状态值确定分部式构件发生故障的位置，提高检修效率和降低维护成本。

基于上述本发明实施例公开的故障监测方法，在所述故障监测方法的基础上，本发明实施例基于所获取的电流值可实现故障预警，具体实现过程如下。

在执行上述本发明实施例图2公开的步骤S201之后，基于所述三相电机和所述三相电机驱动电路对应的故障检测点的电流值，确定所述电流值在负序同步旋转参考坐标系中对应的变量值；

判断任一所述变量值是否偏离预先建立的解析几何轨迹，所述解析几何轨迹为理论电流值在负序同步旋转参考坐标系构成的电流变量函数所对应的几何轨迹，所述理论电流值为所述三相电机和三相电机驱动电路对应的故障检测点的理论电流值；

若偏离，则进行故障预警。

在具体实现中，为更好解释说明上述涉及到的判断任一所述变量值是否偏离预先建立的解析几何轨迹的过程，下面通过过程A1-A5进行解释说明：

A1、假设所述三相电机的电流I_m为三相对称正弦电流，则所述I_a、I_b和I_c如公式(4)所示：

其中，ω₁＝2πf₁，f₁为所述三相电机定子电流频率。

A2、基于所述公式(4)，得到公式(5)：

A3、设定从静止坐标系列同步旋转坐标系的变量转换为公式(6)：

A4、从静止坐标系到负序旋转坐标系的变量转换公式则为公式(7)：

A5、得到所述电流变量函数I_Nd和I_Nq，所述电流变量函数为具有2倍角频率的正交三角函数，具有圆形的解析几何轨迹，所述电流变量函数所特有的特性与三相负载阻抗和三相负载电流的对称性有对应关系。由于所述三相电机和三相电机驱动电路对应的故障检测点的理论电流值为以角频率ω₁变化的正弦变量，因此可以获取所述理论电流值的变化趋势。并判断任一所述变量值是否偏离预先建立的解析几何轨迹，若偏离，则进行故障预警。

需要说明的是，上述A1-A5示出的内容仅限于举例说明。

在本发明实施例中，通过获取理论电流值的变化趋势，判断任一变量值是否偏离预先建立的解析几何轨迹，当偏离的时候进行故障预警。能有效预测故障并进行预警，提高多相交流电机驱动系统的安全性能。

与上述本发明实施例提供的一种故障监测方法相对应，参考图4，示出了本发明实施例提供的故障监测电路的结构框图，所述故障监测电路包括：控制器401和至少两个独立运行的分部式构件，每个所述分部式构件包括：电源402、单控双联开关403、三相电机驱动电路404和三相电机405。

所述控制器401分别与所述三相电机驱动电路404和单控双联开关403连接，所述控制器401用于监测所述分部式构件的工作状态，并基于所述工作状态向所述单控双联开关403发送开关控制信号，向所述三相电机驱动电路404发送驱动控制信号。

所述电源402与所述单控双联开关403一端连接，所述单控双联开关403另一端与所述三相电机驱动电路404一端连接，所述三相电机驱动电路404另一端与所述三相电机405连接，所述三相电机驱动电路404基于所述驱动控制信号驱动所述三相电机405，所述单控双联开关403基于所述开关控制信号闭合或断开，调整所述分部式构件在所述故障监测电路中的运行模式。

在本发明实施例中，通过获取分部式构件对应的故障检测点的电流值和温度值，计算电流故障状态值和温度故障状态值，对分部式构件进行故障监测。当分部式构件发生故障时，将发生故障的分部式构件与监测电路隔离，未发生故障的分部式构件继续运行，能提高多相交流电机驱动系统安全性能、提高检修效率和降低维护成本。

与上述本发明实施例提供的一种故障监测方法相对应，参考图5，本发明实施例还提供了一种控制器的结构框图，适用于故障监测电路，该故障监测电路包括所述控制器和至少两个独立运行的分部式构件，所述分部式构件包括电源、单控双联开关、三相电机驱动电路和三相电机，所述控制器包括：接收器501和处理器502。

接收器501，用于针对每一个所述分部式构件，获取实时采集的所述电源、三相电机驱动电路和三相电机对应的故障检测点的电流值和温度值，将得到的所述电流值和温度值集合为状态向量。具体内容参见上述本发明实施例图2公开的步骤S201相对应的内容。

处理器502，用于基于所述状态向量，分别计算所述电流值对应的电流故障状态值和所述温度值对应的温度故障状态值，得到每个所述分部式构件的故障监测状态向量，所述故障监测状态向量由所述电流故障状态值和温度故障状态值构成的。具体内容参见上述本发明实施例图2公开的步骤S202相对应的内容。并基于所述故障监测状态向量，对所述分部式构件进行故障监测。具体内容参见上述本发明实施例图2公开的步骤S203相对应的内容。

优选的，所述接收器501具体用于获取实时采集的所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms、所述逆变桥的正极与所述DC-DC变换器的正极之间的电流值I_dc、所述逆变桥与三相电机三相之间的电流值I_a、I_b和I_c、所述逆变桥的正极和负极与所述DC-DC变换器的正极和负极之间的零序电流I_dcz。以及，将所述T_E、T_DC、T_INV、T_ms、I_dc、I_a、I_b、I_c和I_dcz集合为所述状态向量[T_E，T_DC，T_INV，T_ms，I_dcz，I_a，I_b，I_c，I_dc]。

优选的，所述处理器502具体用于使用公式(1)计算得到当前时刻所述零序电流I_dcz的评估值I_z(k)，当所述I_z(k)>∈I_z时，确定所述零序电流对应的电流故障状态值F_Iz为1。具体内容参见上述本发明实施例图3公开的步骤S301相对应的内容。

以及，所述处理器502具体用于使用公式(3)计算温度评估值T(k)，当所述T(k)>∈_T时，确定所述温度值对应的温度故障状态值F_T为1。所述T(k)包括：所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms对应的温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)，所述F_T包括：所述温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)对应的温度故障状态F_TE、F_TDC、F_INV和F_Tms。具体内容参见上述本发明实施例图3公开的步骤S302相对应的内容。

以及，所述处理器502具体用于将所述I_dc、I_a、I_b和I_c分别与对应的预先存储的标定值进行比较，若所述I_dc、I_a、I_b和I_c与所述对应的预先存储的标定值的差值在预设范围外，则所述电流故障状态值F_dc、F_a、F_b和F_c为1。具体内容参见上述本发明实施例图3公开的步骤S303相对应的内容。以及获取所述故障监测状态向量[F_TE，F_TDC，F_INV，F_Tms，F_Iz，F_a，F_b，F_c，F_dc]。具体内容参见上述本发明实施例图3公开的步骤S304相对应的内容。

优选的，所述处理器502还用于若所述分部式构件发生故障，则基于所述故障监测状态向量，确定所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，并控制所述分部式构件的运行状态。

优选的，所述处理器502，具体用于当所述分部式构件对应的所述故障监测状态向量中，存在一个以上的所述电流故障状态值或温度故障状态值为1时，确定所述电流故障状态值为1对应的位置和类型为所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，或者，确定所述温度故障状态值为1对应的位置和类型为所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，断开当前发生故障的所述分部式构件中的单控双联开关。

优选的，所述处理器502，还用于基于所述三相电机和所述三相电机驱动电路对应的故障检测点的电流值，确定所述电流值在负序同步旋转参考坐标系中对应的变量值。判断任一所述变量值是否偏离预先建立的解析几何轨迹，所述解析几何轨迹为理论电流值在负序同步旋转参考坐标系构成的电流变量函数所对应的几何轨迹，所述理论电流值为所述三相电机和三相电机驱动电路对应的故障检测点的理论电流值。若任一所述变量值偏离所述预先建立的解析几何轨迹，则进行故障预警。

综上所述，本发明实施例提供一种故障监测方法、故障监测电路及控制器，该故障监测电路包括控制器和至少两个独立运行的分部式构件，分部式构件包括电源、单控双联开关、三相电机驱动电路和三相电机，该方法包括：针对每一个分部式构件，获取实时采集的电源、三相电机驱动电路和三相电机对应的故障检测点的电流值和温度值，将得到的电流值和温度值集合为状态向量。基于状态向量，分别计算电流值对应的电流故障状态值和温度值对应的温度故障状态值，得到每个分部式构件的故障监测状态向量，故障监测状态向量由电流故障状态值和温度故障状态值构成的。基于故障监测状态向量，对分部式构件进行故障监测。在本发明提供的方案中，通过获取分部式构件对应的故障检测点的电流值和温度值，计算电流故障状态值和温度故障状态值，对分部式构件进行故障监测。当分部式构件发生故障时，将发生故障的分部式构件与监测电路隔离，未发生故障的分部式构件继续运行，能提高多相交流电机驱动系统安全性能、提高检修效率和降低维护成本。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种故障监测方法，其特征在于，适用于故障监测电路，该故障监测电路包括控制器和至少两个独立运行的分部式构件，所述分部式构件包括电源、单控双联开关、三相电机驱动电路和三相电机，所述三相电机驱动电路包括与所述单控双联开关相连的DC-DC变换器，与所述DC-DC变换器相连的逆变桥，所述方法包括：

针对每一个所述分部式构件，获取实时采集的所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV、三相电机的温度值T_ms、所述逆变桥的正极与所述DC-DC变换器的正极之间的电流值I_dc、所述逆变桥与三相电机三相之间的电流值I_a、I_b和I_c、所述逆变桥的正极和负极与所述DC-DC变换器的正极和负极之间的零序电流I_dcz；

将所述T_E、T_DC、T_INV、T_ms、I_dc、I_a、I_b、I_c和I_dcz集合为状态向量[T_E，T_DC，T_INV，T_ms，I_dcz，I_a，I_b，I_c，I_dc]；

基于所述三相电机和所述三相电机驱动电路对应的故障检测点的电流值，确定所述电流值在负序同步旋转参考坐标系中对应的变量值；

判断任一所述变量值是否偏离预先建立的解析几何轨迹，所述解析几何轨迹为理论电流值在负序同步旋转参考坐标系构成的电流变量函数所对应的几何轨迹，所述理论电流值为所述三相电机和三相电机驱动电路对应的故障检测点的理论电流值；

若偏离，则进行故障预警；

基于所述状态向量，分别计算所述电流值对应的电流故障状态值和所述温度值对应的温度故障状态值，得到每个所述分部式构件的故障监测状态向量，所述故障监测状态向量由所述电流故障状态值和温度故障状态值构成的；

基于所述故障监测状态向量，对所述分部式构件进行故障监测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述状态向量，分别计算所述电流值对应的电流故障状态值和所述温度值对应的温度故障状态值，得到每个所述分部式构件的故障监测状态向量，包括：

使用I_z(k)＝G_iz1*I_dcz(k)+G_iz2*ΔI_dcz(k)计算得到当前时刻所述零序电流I_dcz的评估值I_z(k)，当所述I_z(k)>∈I_z时，确定所述零序电流对应的电流故障状态值F_Iz为1，其中，ΔI_dcz(k)＝I_dcz(k)-I_dcz(k-1)，I_dcz(k)为当前时刻采集到的所述零序电流，I_dcz(k-1)为上一时刻采集到的零序电流，ΔI_dcz(k)为当前时刻的零序电流变化率，G_Iz1和G_Iz2分别为加权系数，∈I_z为标定值；

使用T(k)＝G_T1*T(k)+G_T2*ΔT(k)计算温度评估值T(k)，当所述T(k)>∈_T时，确定所述温度值对应的温度故障状态值F_T为1，其中，ΔT(k)＝T(k)-T(k-1)，T(k)为当前时刻采集到的温度值，T(k-1)为上一时刻采集得到的温度值，ΔT(k)为当前时刻的温度值变化率，G_T1和G_T2分别为加权系数，∈_T为标定值，所述T(k)包括：所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms对应的温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)，所述F_T包括：所述温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)对应的温度故障状态F_TE、F_TDC、F_INV和F_Tms；

将所述I_dc、I_a、I_b和I_c分别与对应的预先存储的标定值进行比较，若所述I_dc、I_a、I_b和I_c与所述对应的预先存储的标定值的差值在预设范围外，则所述电流故障状态值F_dc、F_a、F_b和F_c为1；

获取所述故障监测状态向量[F_TE，F_TDC，F_INV，F_Tms，F_Iz，F_a，F_b，F_c，F_dc]。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述分部式构件进行故障监测，包括：

若所述分部式构件发生故障，则基于所述故障监测状态向量，确定所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，并控制所述分部式构件的运行状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述故障监测状态向量，确定所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，并控制所述分部式构件的运行状态，包括：

当所述分部式构件对应的所述故障监测状态向量中，存在一个以上的所述电流故障状态值或温度故障状态值为1时，确定所述电流故障状态值为1对应的位置和类型为所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，或者，确定所述温度故障状态值为1对应的位置和类型为所述分部式构件发生故障的位置和故障类型，断开当前发生故障的所述分部式构件中的单控双联开关。

5.一种故障监测电路，其特征在于，包括：

控制器和至少两个独立运行的分部式构件，所述分部式构件包括电源、单控双联开关、三相电机驱动电路和三相电机，所述三相电机驱动电路包括与所述单控双联开关相连的DC-DC变换器，与所述DC-DC变换器相连的逆变桥；

所述控制器分别与所述三相电机驱动电路和单控双联开关连接，所述控制器用于监测所述分部式构件的工作状态，并基于所述工作状态向所述单控双联开关发送开关控制信号，向所述三相电机驱动电路发送驱动控制信号；

所述电源与所述单控双联开关一端连接，所述单控双联开关另一端与所述三相电机驱动电路一端连接，所述三相电机驱动电路另一端与所述三相电机连接，所述三相电机驱动电路基于所述驱动控制信号驱动所述三相电机，所述单控双联开关基于所述开关控制信号闭合或断开，调整所述分部式构件在所述故障监测电路中的运行模式；

其中，所述控制器用于，获取实时采集的所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms、所述逆变桥的正极与所述DC-DC变换器的正极之间的电流值I_dc、所述逆变桥与三相电机三相之间的电流值I_a、I_b和I_c、所述逆变桥的正极和负极与所述DC-DC变换器的正极和负极之间的零序电流I_dcz，将所述T_E、T_DC、T_INV、T_ms、I_dc、I_a、I_b、I_c和I_dcz集合为状态向量[T_E，T_DC，T_INV，T_ms，I_dcz，I_a，I_b，I_c，I_dc]；

所述控制器还用于，基于所述三相电机和所述三相电机驱动电路对应的故障检测点的电流值，确定所述电流值在负序同步旋转参考坐标系中对应的变量值；判断任一所述变量值是否偏离预先建立的解析几何轨迹，所述解析几何轨迹为理论电流值在负序同步旋转参考坐标系构成的电流变量函数所对应的几何轨迹，所述理论电流值为所述三相电机和三相电机驱动电路对应的故障检测点的理论电流值；若偏离，则进行故障预警。

6.一种控制器，其特征在于，适用于故障监测电路，该故障监测电路包括所述控制器和至少两个独立运行的分部式构件，所述分部式构件包括电源、单控双联开关、三相电机驱动电路和三相电机，所述三相电机驱动电路包括与所述单控双联开关相连的DC-DC变换器，与所述DC-DC变换器相连的逆变桥，所述控制器包括：

接收器，用于针对每一个所述分部式构件，获取实时采集的所述电源、三相电机驱动电路和三相电机对应的故障检测点的电流值和温度值，将得到的所述电流值和温度值集合为状态向量；

处理器，用于基于所述状态向量，分别计算所述电流值对应的电流故障状态值和所述温度值对应的温度故障状态值，得到每个所述分部式构件的故障监测状态向量，所述故障监测状态向量由所述电流故障状态值和温度故障状态值构成的，并基于所述故障监测状态向量，对所述分部式构件进行故障监测；

所述接收器具体用于，获取实时采集的所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms、所述逆变桥的正极与所述DC-DC变换器的正极之间的电流值I_dc、所述逆变桥与三相电机三相之间的电流值I_a、I_b和I_c、所述逆变桥的正极和负极与所述DC-DC变换器的正极和负极之间的零序电流I_dcz，将所述T_E、T_DC、T_INV、T_ms、I_dc、I_a、I_b、I_c和I_dcz集合为所述状态向量[T_E，T_DC，T_INV，T_ms，I_dcz，I_a，I_b，I_c，I_dc]；

所述处理器，还用于基于所述三相电机和所述三相电机驱动电路对应的故障检测点的电流值，确定所述电流值在负序同步旋转参考坐标系中对应的变量值；判断任一所述变量值是否偏离预先建立的解析几何轨迹，所述解析几何轨迹为理论电流值在负序同步旋转参考坐标系构成的电流变量函数所对应的几何轨迹，所述理论电流值为所述三相电机和三相电机驱动电路对应的故障检测点的理论电流值；若偏离，则进行故障预警。

7.根据权利要求6所述的控制器，特征在于，所述处理器，具体用于使用I_z(k)＝G_iz1*I_dcz(k)+G_iz2*ΔI_dcz(k)计算得到当前时刻所述零序电流I_dcz的评估值I_z(k)，当所述I_z(k)>∈I_z时，确定所述零序电流对应的电流故障状态值F_Iz为1，其中，ΔI_dcz(k)＝I_dcz(k)-I_dcz(k-1)，I_dcz(k)为当前时刻采集到的所述零序电流，I_dcz(k-1)为上一时刻采集到的零序电流，ΔI_dcz(k)为当前时刻的零序电流变化率，G_Iz1和G_Iz2分别为加权系数，∈I_z为标定值；以及，

所述处理器，具体用于使用T(k)＝G_T1*T(k)+G_T2*ΔT(k)计算温度评估值T(k)，当所述T(k)>∈_T时，确定所述温度值对应的温度故障状态值F_T为1，其中，ΔT(k)＝T(k)-T(k-1)，T(k)为当前时刻采集到的温度值，T(k-1)为上一时刻采集得到的温度值，ΔT(k)为当前时刻的温度值变化率，G_T1和G_T2分别为加权系数，∈_T为标定值，所述T(k)包括：所述电源的温度值T_E、DC-DC变换器的温度值T_DC、逆变桥的温度值T_INV和三相电机的温度值T_ms对应的温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)，所述F_T包括：所述温度评估值T_E(k)、T_DC(k)、T_INV(k)和T_ms(k)对应的温度故障状态F_TE、F_TDC、F_INV和F_Tms；以及，

所述处理器，具体用于将所述I_dc、I_a、I_b和I_c分别与对应的预先存储的标定值进行比较，若所述I_dc、I_a、I_b和I_c与所述对应的预先存储的标定值的差值在预设范围外，则所述电流故障状态值F_dc、F_a、F_b和F_c为1，以及获取所述故障监测状态向量[F_TE，F_TDC，F_INV，F_Tms，F_Iz，F_a，F_b，F_c，F_dc]。

Images