CN109738833B - 一种s4r串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其包括以下步骤：对S4R串联型顺序开关分流调节器无故障情况下的工作状态进行分析；分析得出单级分流调节电路一个或多个开关故障情况下的故障模式；选取检测点为每一路分流调节电路对应的太阳电池子阵电压，并选取采样频率；选取采样数据时间长度，以覆盖太阳电池子阵电压完整切换周期；对每一级分流调节电路对应的太阳电池子阵电压进行采样，并对蓄电池组电压Vbat进行采样；寻找调整级；根据找到的调整级，进行故障诊断；继续下一轮采样和诊断。采用本发明的技术方案，不影响分流调节器正常工作，故障漏检率低，故障检测率高，实现了故障准确定位，诊断速度快。

Description

一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法
技术领域
本发明涉及航天器电源控制器(PCU)故障诊断领域，尤其涉及一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法。
背景技术
航天器电源控制器中广泛采用分流调节器来对太阳电池阵输出功率和母线电压进行调节。从能量传输的角度，航天器电源系统的拓扑结构可分为直接能量传递方式(DET)和峰值功率跟踪方式。分流调节器通常应用于图1所示的DET拓扑。
串联型顺序开关分流调节原理框图如图2所示。分流调节器把太阳阵分成n个相同的子阵，每个子阵的正端通过开关管K1接地，通过二级管D1连接到母线Vbus，通过二级管D2及开关管K2连接到蓄电池组Vbat。太阳电池子阵产生的电流有三个通路：第一，通过二级管D1向母线供电；第二，通过开关管K1对地分流；第三，通过二级管D2和开关管K2向蓄电池组充电。由于三条通路对应的电位不同，太阳电池阵所产生的电流在任一时刻只能流向三个通路中的一个通路，而流向哪一个通路由主误差放大器(MEA)和电池误差放大器(BEA)决定，控制逻辑为母线供电通路优先，其次是向蓄电池组供电通路，再次是对地分流通路。控制逻辑状态表如表1所示。
表1控制逻辑状态表
Figure BDA0001960583110000011
若忽略状态转换过程，任一时刻该分流调节电路的逻辑状态只能是表1中A、B、C状态中的一种，但在某一时间段内可能出现A与C交替出现，或B与C交替出现，或A与B交替出现，或A、B、C随机出现。
航天器电源控制器设计时通常不考虑分流调节器的故障诊断，目前是通过MEA电压来对分流调节电路的故障进行故障诊断，但是这种方法无法对故障进行准确的检测和定位。这是由于分流调节电路有多路，在一定程度上形成了相互冗余备份。当其中一路分流调节电路发生故障后，若条件允许，相邻的分流调节电路会代替故障电路进行工作，导致通过MEA电压不能对发生故障的分流调节电路进行准确定位。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，解决目前故障诊断方法无法对分流调节器故障进行准确检测和定位的问题，缩短故障检测和定位时间，提高故障检测和定位准确性。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其包括以下步骤：
步骤S1，对S4R串联型顺序开关分流调节器无故障情况下的工作状态进行分析；
串联型顺序开关分流调节器(S4R)正常工作时，通常只有一级或者两级分流电路处于开关调节状态，其它级数分流调节电路或者处于分流状态，或者处于供电状态，或者处于充电状态。但发生双段效应时，包括供电分流调整级双段效应、充电分流调整级双段效应、供电充电调整级双段效应和供电充电分流调整级的双段效应，会有多级分流调节电路处于开关调节状态，其它级数分流调节电路则或者处于分流状态，或者处于供电状态，或者处于充电状态。
步骤S2，根据步骤S1的内容，分析得出单级分流调节电路一个或多个开关故障情况下S4R串联型顺序开关分流调节器的故障模式；
步骤S3，选取检测点为每一路分流调节电路对应的太阳电池子阵电压，并选取采样频率；
步骤S4，选取采样数据时间长度，以覆盖太阳电池子阵电压完整切换周期；
步骤S5，对每一级分流调节电路对应的太阳电池子阵电压进行采样，并对蓄电池组电压Vbat进行采样；在采样时间内，蓄电池组电压视为直流量；
步骤S6，寻找调整级；
步骤S7，根据找到的调整级，对比步骤S2的故障模式，进行故障诊断；
步骤S8，返回步骤S5继续下一轮采样和诊断。
采用本发明的技术方案，只需在每路分流调节电路中增加检测量太阳电池子阵电压，便可对分流调节器故障进行准确检测和定位。该方法不影响分流调节器正常工作，能对哪一路分流调节器发生的单故障或多故障进行准确定位，可为在轨故障诊断或地面通过遥测数据进行故障诊断提供帮助。
作为本发明的进一步改进，所述调整级包括供电充电分流调整级A+B+C、供电充电调整级A+B、供电分流调整级A+C和充电分流调整级B+C。其中A、B、C的含义详见表1，下同。
作为本发明的进一步改进，寻找调整级的方法为：在采样数据长度内对所有太阳电池子阵电压进行检测，若太阳电池子阵电压同时存在为0、母线电压Vbus和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应A+B+C调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为母线电压Vbus和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应A+B调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为0和母线电压Vbus的情况，则对应A+C调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为0和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应B+C调整级；若太阳电池子阵电压一直为0，则对应分流调节电路为C；若太阳电池子阵电压一直为母线电压Vbus，则对应分流调节电路为A；若太阳电池子阵电压一直为蓄电池组电压Vbat，则对应分流调节电路为B。其中，A为供电，B为充电，C为分流，A+C为供电分流调整，B+C为充电分流调整，A+B为供电充电调整，A+B+C为供电充电分流调整。
作为本发明的进一步改进，步骤S7中，若每一级分流电路至多有一个开关异常的故障模式，则按照以下情况进行故障诊断：
(1)若寻找到A+B+C：
若寻找到1个A+B+C，则该调整级之前的分流调节电路为B；若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+B+C，则2个调整级及其之间的分流电路为A+B+C调整带，该调整带之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。对于A+B+C调整级之间的中间级，若中间级为A+B，则发生不分流故障；若中间级为A+C则发生不供电故障；若中间级为C则发生常分流故障；
(2)若未寻找到A+B+C、A+C、B+C，仅寻找到A+B；
若寻找到1个A+B，则该调整级之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+B，则2个调整级及其之间的分流电路为A+B调整带，该调整带之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+B调整级之间的中间级，若中间级为A则发生不充电故障；若中间级为B则发生不供电故障，若中间级为C则发生常分流故障；
(3)若未寻找到A+B+C、A+B、B+C，仅寻找到A+C；
若寻找到1个A+C，则该调整级之前的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；该调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+C，则2个调整级及其之间的分流电路为A+C调整带，该调整带之前的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；该调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障；若中间级为C则发生常分流故障；
(4)若未寻找到A+B+C、A+B，同时寻找到A+C和B+C；
若寻找到1个B+C，1个A+C，分别为B+C调整级和A+C调整级，则B+C调整级之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整级和A+C调整级之间的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；A+C调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到1个B+C，2个A+C，则2个A+C调整级及其之间的分流电路为A+C调整带，则B+C调整级之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整级和A+C调整带之间的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；A+C调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障；
若寻找到2个B+C，1个A+C，则2个B+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带，B+C调整带之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整带和A+C调整级之间的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；A+C调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于B+C调整级之间的中间级，若中间级为B，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障；
若寻找到2个B+C，2个A+C，则2个B+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带，2个A+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带；B+C调整带之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整带和A+C调整带之间的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；A+C调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于B+C调整级之间的中间级，若中间级为B，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障。
作为本发明的进一步改进，步骤S7中，若假定每一级分流电路至多有两个开关异常的故障模式，则按照以下情况进行故障诊断：
(1)若寻找到A+B+C：
若寻找到1个A+B+C，则该调整级之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；该调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+B+C，则2个调整级及其之间的分流电路为A+B+C调整带，该调整带之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；该调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+B+C调整级之间的中间级，若中间级为A+B，则发生不分流故障；若中间级为A+C则发生不供电故障；若中间级为A则发生常供电故障；若中间级为B则发生常充电故障；若中间级为C则发生常分流故障；
(2)若未寻找到A+B+C、A+C、B+C，仅寻找到A+B；
若寻找到1个A+B，则该调整级之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；该调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+B，则2个调整级及其之间的分流电路为A+B调整带，该调整带之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；该调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+B调整级之间的中间级，若中间级为A则发生不充电或常供电故障；若中间级为B则发生不供电或常充电故障，若中间级为C则发生常分流故障；
(3)若未寻找到A+B+C、A+B、B+C，仅寻找到A+C；
若寻找到1个A+C，则该调整级之前的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；该调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+C，则2个调整级及其之间的分流电路为A+C调整带，该调整带之前的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障，若是B则发生常供电故障；该调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流或者常供电故障；若中间级为B，则发生不供电或常充电故障；若中间级为C则发生常分流故障。
(4)若未寻找到A+B+C、A+B，同时寻找到A+C和B+C；
若寻找到1个B+C，1个A+C，分别为B+C调整级和A+C调整级，则B+C调整级之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；B+C调整级和A+C调整级之间的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；A+C调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到1个B+C，2个A+C，则2个A+C调整级及其之间的分流电路为A+C调整带，则B+C调整级之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整级和A+C调整带之间的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；A+C调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流或常供电故障；若中间级为B则发生常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障；
若寻找到2个B+C，1个A+C，则2个B+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带，B+C调整带之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；B+C调整带和A+C调整级之间的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；A+C调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。对于B+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发常供电生故障；若中间级为B，则发生不分流或者常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障；
若寻找到2个B+C，2个A+C，则2个B+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带，2个A+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带。B+C调整带之前的分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；B+C调整带和A+C调整带之间的分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；A+C调整带之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；对于B+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发常供电生故障；若中间级为B，则发生不分流或者常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流或常供电故障；若中间级为B则发生常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障。
作为本发明的进一步改进，采样频率至少为太阳电池子阵电压最高频率的2倍。
进一步的，随着分流调节电路的动作，太阳电池子阵电压会在0和母线电压之间切换，一般开关最高切换频率不超过5kHz，因此采样频率至少为10kHz。
本发明所述的故障诊断方法通过太阳电池子阵电压来对串联型顺序开关分流调节器(S4R)进行故障诊断，其中的故障诊断方法适用于采用了串联型顺序开关分流调节技术的PCU拓扑，包括但不限于S4R拓扑、Diversion拓扑等；可对串联型分流调节器(S4R)单故障和多故障进行故障诊断。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
第一，采用本发明的技术方案，通过把较高频率的太阳电池子阵电压作为检测量，可检测到占空比很小或很大时的调整级，从而可达到很高的故障检测率，故障漏检率低，故障检测率高。
第二，采用本发明的技术方案，实现了故障准确定位，能具体定位到哪一级分流电路发生故障。
第三，采用本发明的技术方案，诊断速度快，诊断所需时间在ms级别，为后续故障处理赢得了宝贵时间。
第四，采用本发明的技术方案，只需在每路分流调节电路中增加检测量太阳电池子阵电压，便可对分流调节器故障进行准确检测和定位，增加的检测量少；增加的该检测量同时可用来计算每一级分流电路的效率。
第五，本发明的技术方案的方法不影响分流调节器正常工作，能对哪一路分流调节器发生的单故障或多故障进行准确定位，可为在轨故障诊断或地面通过遥测数据进行故障诊断提供帮助。增加的检测量对原分流电路基本无影响，同时故障诊断时不影响分流调节器正常工作。
附图说明
图1是现有技术的S4R串联型分流调节器的直接能量传递方式(DET)拓扑示意图。
图2是现有技术的S4R串联型分流调节器的原理框图。
图3是本发明实施例针对的具有n级分流调节电路的串联型顺序开关分流调节器原理框图。
图4是本发明实施例S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法的流程图。
图5是本发明实施例某次故障注入试验B+C调整级对应的太阳子阵5电压在0和蓄电池组电压附近切换波形图。
图6是本发明实施例某次故障注入试验A+C调整级对应的太阳子阵8电压在0和母线电压附近切换波形图。
图7是本发明实施例某次故障注入试验故障分流级对应的太阳电池子阵2电压波形图。
图8是本发明实施例无故障时该工况太阳电池子阵2电压波形图。
具体实施方式
下面参照图并结合实施例对本发明作进一步详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为本发明的限定。
以下对串联型顺序开关分流调节器故障诊断方法作详细描述，本实施例的串联型顺序开关分流调节器的结构如图3所示。
设某卫星电源采用串联型顺序开关分流调节器来调节太阳电池阵输出功率和母线电压，共有12级分流调节电路，其中第1级分流调节电路优先分流，然后依次是第2级、第3级、…、第12级，母线电压Vbus＝100V。
采用本发明的方法对该串联型顺序开关分流调节器进行故障诊断，流程图如图4所示，包括以下步骤：
步骤S1，对串联型顺序开关分流调节器(S4R)无故障情况下的工作状态进行分析。
步骤S2，故障模式分析。
通过分析，本实施例的S4R的单级分流调节电路仅一个开关异常的故障模式如表1所示，故障模式包括常分流故障、不分流故障、不供电故障、不充电故障。
本实施例的S4R的单级调节电路两个开关可能同时异常的故障模式如表2所示。故障模式包括常分流故障、不分流故障、不供电故障、不充电故障、常供电故障、常充电故障。这些故障模式的故障原因是开关管本身或控制与驱动电路原因使开关管开关异常。通常不考虑二级管原因引起的故障，这是由于二级管实际使用时进行了并联和串联冗余设计，很难发生故障。
由故障模式分析可以看出，分流调节电路的故障状态与正常工作状态重叠，这增加了分流调节器故障诊断的难度。
表1仅一个开关异常的故障模式
Figure BDA0001960583110000101
表2两个开关可能同时异常的故障模式
Figure BDA0001960583110000102
步骤S3，选取检测点为每一路分流调节电路对应的太阳电池子阵电压，太阳电池子阵电压最高切换频率为5kHz，选取采样频率为20kHz。
步骤S4，选取采样数据长度为10ms，可保证分流调节电路开关切换频率较低时覆盖完整周期。
步骤S5，对每一级分流调节电路对应的太阳电池子阵电压进行采样，对蓄电池组电压Vbat进行采样(在采样时间内，蓄电池组电压视为直流量)。
步骤S6，寻找调整级(处于开关状态的分流级)，包括供电充电分流调整级A+B+C、供电充电调整级A+B、供电分流调整级A+C和充电分流调整级B+C。
寻找调整级的方法为：在采样数据长度内对所有太阳电池子阵电压进行检测，若太阳电池子阵电压同时存在为0、母线电压Vbus和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应A+B+C调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为母线电压Vbus和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应A+B调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为0和母线电压Vbus的情况，则对应A+C调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为0和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应B+C调整级；若太阳电池子阵电压一直为0，则对应分流调节电路为C；若太阳电池子阵电压一直为母线电压Vbus，则对应分流调节电路为A；若太阳电池子阵电压一直为蓄电池组电压Vbat，则对应分流调节电路为B。
步骤S7，根据找到的调整级进行故障诊断
一、若假定每一级分流电路至多有一个开关异常的故障模式，运行以下故障诊断算法：
(1)若寻找到A+B+C
①若寻找到1个A+B+C，设为第k级(k为大于等于1的整数)，则第1级至第k-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；第k+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。
②若寻找到2个A+B+C，设为k1，k2(k1\k2为大于等于1的整数，且k1<k2)，则k1，k2及其之间的分流电路视为调整带，则第1级至第k1-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；第k2+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。对于K1和k2之间的中间级，若中间级为A+B，则发生不分流故障；若中间级为A+C则发生不供电故障；若中间级为C则发生常分流故障。
(2)若未寻找到A+B+C、A+C、B+C，仅寻找到A+B
①若寻找到1个A+B，设为l级(l为大于等于1的整数)，则第1级至第l-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；第l+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。
②若寻找到2个A+B，设为l1，l2(l1、l2为大于等于1的整数，且l1<l2)，则l1，l2及其之间的分流电路视为调整带，则第1级至第l1-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；第l2+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。对于l1和l2之间的中间级，若中间级为A则发生不充电故障；若中间级为B则发生不供电故障，若中间级为C则发生常分流故障。
(3)若未寻找到A+B+C、A+B、B+C，仅寻找到A+C
①若寻找到1个A+C，设为m级(m为大于等于1的整数)，则第1级至第m-1级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；第m+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。
②若寻找到2个A+C，设为m1，m2(m1、m2为大于等于1的整数，且m1<m2)，则m1，m2及其之间的分流电路视为调整带，则第1级至第m1-1级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；第m2+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。对于m1和m2之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障；若中间级为C则发生常分流故障。
(4)若未寻找到A+B+C、A+B，同时寻找到A+C和B+C
①若寻找到1个B+C，1个A+C，设分别为i、j级(i、j为大于等于1的整数，且i<j)，则第1级至第i-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；第i+1级至第j-1级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；第j+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。
②若寻找到1个B+C，2个A+C，设分别为i、j1、j2级(i、j1、j2为大于等于1的整数，且i<j1<j2)，则第1级至第i-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；第i+1级至第j1-1级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；第j2+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。对于j1和j2之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障。
③若寻找到2个B+C，1个A+C，设分别为i1、i2、j级(i1、i2、j为大于等于1的整数，且i1<i2<j)，则第1级至第i1-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；第i2+1级至第j级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；第j+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。对于i1和i2之间的中间级，若中间级为B，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障。
④若寻找到2个B+C，2个A+C，设分别为i1、i2、j1、j2级(i1、i2、j1、j2为大于等于1的整数，且i1<i2<j1<j2)，则第1级至第i1-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；第i2+1级至第j1-1级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流故障；第j2+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障。对于i1和i2之间的中间级，若中间级为B，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障。对于j1和j2之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障。
二、若假定每一级分流电路至多有两个开关异常的故障模式，运行以下故障诊断算法：
(1)若寻找到A+B+C
①若寻找到1个A+B+C，设为第k级(k为大于等于1的整数)，则第1级至第k-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；第k+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。
②若寻找到2个A+B+C，设为k1，k2(k1、k2为大于等于1的整数，且k1<k2)，则k1，k2及其之间的分流电路视为调整带，则第1级至第k1-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；第k2+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。对于K1和k2之间的中间级，若中间级为A+B，则发生不分流故障；若中间级为A+C则发生不供电故障；若中间级为A则发生常供电故障；若中间级为B则发生常充电故障；若中间级为C则发生常分流故障。
(2)若未寻找到A+B+C、A+C、B+C，仅寻找到A+B
①若寻找到1个A+B，设为l级(l为大于等于1的整数)，则第1级至第l-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；第l+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。
②若寻找到2个A+B，设为l1，l2(l1、l2为大于等于1的整数，且l1<l2)，则l1，l2及其之间的分流电路视为调整带，则第1级至第l1-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；第l2+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。对于l1和l2之间的中间级，若中间级为A则发生不充电或常供电故障；若中间级为B则发生不供电或常充电故障，若中间级为C则发生常分流故障。
(3)若未寻找到A+B+C、A+B、B+C，仅寻找到A+C
①若寻找到1个A+C，设为m级(m为大于等于1的整数)，则第1级至第m-1级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；第m+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。
②若寻找到2个A+C，设为m1，m2(m1、m2为大于等于1的整数，且m1<m2)，则m1，m2及其之间的分流电路视为调整带，则第1级至第m1-1级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；第m2+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。对于m1和m2之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流或者常供电故障；若中间级为B，则发生不供电或常充电故障；若中间级为C则发生常分流故障。
(4)若未寻找到A+B+C、A+B，同时寻找到A+C和B+C
①若寻找到1个B+C，1个A+C，设分别为i、j级(i、j为大于等于1的整数，且i>j)，则第1级至第i-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；第i+1级至第j-1级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；第j+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。
②若寻找到1个B+C，2个A+C，设分别为i、j1、j2级(i、j1、j2为大于等于1的整数，且i<j1<j2)，则第1级至第i-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；第i+1级至第j1-1级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；第j2+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。对于j1和j2之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流或常供电故障；若中间级为B则发生常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障。
③若寻找到2个B+C，1个A+C，设分别为i1、i2、j级(i1、i2、j为大于等于1的整数，且i1<i2<j)，则第1级至第i1-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；第i2+1级至第j级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；第j+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。对于i1和i2之间的中间级，若中间级为A，则发常供电生故障；若中间级为B，则发生不分流或者常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障。
④若寻找到2个B+C，2个A+C，设分别为i1、i2、j1、j2级(i1、i2、j1、j2为大于等于1的整数，且i1<i2<j1<j2)，则第1级至第i1-1级分流调节电路都应为B，若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；第i2+1级至第j1-1级分流调节电路都应为C，若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；第j2+1级至第12级分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障。对于i1和i2之间的中间级，若中间级为A，则发常供电生故障；若中间级为B，则发生不分流或者常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障。对于j1和j2之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流或常供电故障；若中间级为B则发生常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障。
步骤S8，返回步骤S5继续下一轮采样和诊断。
经试验，在不同的分流级随机注入故障，本发明所述的方法均能正确检测出相应的故障模式，并能把故障定位到具体的分流级，所用的平均检测时间为25ms，故障检测率100％，故障隔离率100％，故障虚警率0％。
假定每一级分流电路至多有一个开关异常，某次故障注入试验在第2级分流调节电路注入不充电故障。该工况无故障时第1-3级分流调节电路充电，第4级分流电路为B+C(充电分流)调整级，第5-7级分流电路分流，第8级分流电路为A+C(供电分流)调整级；第9-12级为供电；在第2级分流电路注入不充电故障后，第4级分流电路代替第2级分流电路进行充电，第5级分流电路为B+C(充电分流)调整级。根据本发明所述的方法，该次试验未找到A+B+C调整级，寻找到一个B+C调整级为第5级，如图5所示，其中蓄电池组电压为71.3V；一个A+C调整级为第8级，如图6所示，则第1级至第4级分流电路应充电(B)，第6级和第7级分流电路应分流(C)，第9级至第12级分流电路应供电(A)。试验时发现太阳电池子阵2电压在母线电压附近，如图7所示，第2级分流电路处于供电(A)状态，因此第2级分流电路发生不充电故障。无故障时该工况第2级分流电路处于充电(B)状态，太阳电池子阵2电压在蓄电池组电压附近，如图8所示。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤S1，对S4R串联型顺序开关分流调节器无故障情况下的工作状态进行分析；
步骤S2，根据步骤S1的内容，分析得出单级分流调节电路一个或多个开关故障情况下S4R串联型顺序开关分流调节器的故障模式；
步骤S3，选取检测点为每一路分流调节电路对应的太阳电池子阵电压，并选取采样频率；
步骤S4，选取采样数据时间长度，以覆盖太阳电池子阵电压完整切换周期；
步骤S5，对每一级分流调节电路对应的太阳电池子阵电压进行采样，并对蓄电池组电压Vbat进行采样；
步骤S6，寻找调整级；
步骤S7，根据寻找到的调整级，对比步骤S2的故障模式，进行故障诊断；
步骤S8，返回步骤S5继续下一轮采样和诊断；
步骤S7中，若每一级分流电路至多有一个开关异常的故障模式，则按照以下情况进行故障诊断：
（1）若寻找到A+B+C：
若寻找到1个A+B+C，则该调整级之前的分流调节电路为B；若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整级之后的分流调节电路都应为A，若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+B+C，则2个调整级及其之间的分流电路为A+B+C调整带，该调整带之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+B+C调整级之间的中间级，若中间级为A+B，则发生不分流故障；若中间级为A+C则发生不供电故障，若中间级为C则发生常分流故障；
（2）若未寻找到A+B+C、A+C、B+C，仅寻找到A+B；
若寻找到1个A+B，该调整级之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+B， 2个调整级及其之间的分流电路为A+B调整带，该调整带之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；该调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+B调整级之间的中间级，若中间级为A则发生不充电故障，若中间级为B则发生不供电故障，若中间级为C则发生常分流故障；
（3）若未寻找到A+B+C、A+B、B+C，仅寻找到A+C；
若寻找到1个A+C，该调整级之前的分流调节电路若是A则发生不分流故障；该调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+C， 这2个调整级及其之间的分流电路为A+C调整带，该调整带之前的分流调节电路若是A则发生不分流故障；该调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障；若中间级为C则发生常分流故障；
（4）若未寻找到A+B+C、A+B，同时寻找到A+C和B+C；
若寻找到1个B+C和1个A+C，分别为B+C调整级和A+C调整级， B+C调整级之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整级和A+C调整级之间的分流调节电路若是A则发生不分流故障；A+C调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到1个B+C和2个A+C，2个A+C调整级及其之间的分流电路为A+C调整带，B+C调整级之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整级和A+C调整带之间的分流调节电路若是A则发生不分流故障；A+C调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障；
若寻找到2个B+C和1个A+C，2个B+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带，B+C调整带之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整带和A+C调整级之间的分流调节电路若是A则发生不分流故障；A+C调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于B+C调整级之间的中间级，若中间级为B，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障；
若寻找到2个B+C和2个A+C，2个B+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带，2个A+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带；B+C调整带之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整带和A+C调整带之间的分流调节电路若是A则发生不分流故障；A+C调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电故障，若是C则发生常分流故障；对于B+C调整级之间的中间级，若中间级为B，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流故障，若中间级为C，则发生常分流故障；
步骤S7中，若每一级分流电路至多有两个开关异常的故障模式，则按照以下情况进行故障诊断：
（1）若寻找到A+B+C：
若寻找到1个A+B+C，该调整级之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；该调整级之后的分流调节电路都若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+B+C，2个调整级及其之间的分流电路为A+B+C调整带，该调整带之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；该调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+B+C调整级之间的中间级，若中间级为A+B，则发生不分流故障；若中间级为A+C则发生不供电故障；若中间级为A则发生常供电故障；若中间级为B则发生常充电故障；若中间级为C则发生常分流故障；
（2）若未寻找到A+B+C、A+C、B+C，仅寻找到A+B；
若寻找到1个A+B，该调整级之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；该调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+B，2个调整级及其之间的分流电路为A+B调整带，该调整带之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；该调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+B调整级之间的中间级，若中间级为A则发生不充电或常供电故障；若中间级为B则发生不供电或常充电故障，若中间级为C则发生常分流故障；
（3）若未寻找到A+B+C、A+B、B+C，仅寻找到A+C；
若寻找到1个A+C，该调整级之前的分流调节电路若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；该调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到2个A+C，2个调整级及其之间的分流电路为A+C调整带，该调整带之前的分流调节电路若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障，若是B则发生常供电故障；该调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流或者常供电故障；若中间级为B，则发生不供电或常充电故障；若中间级为C则发生常分流故障；
（4）若未寻找到A+B+C、 A+B，同时寻找到A+C和B+C；
若寻找到1个B+C和1个A+C，分别为B+C调整级和A+C调整级，B+C调整级之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；B+C调整级和A+C调整级之间的分流调节电路若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；A+C调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；
若寻找到1个B+C和2个A+C，2个A+C调整级及其之间的分流电路为A+C调整带， B+C调整级之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电故障；B+C调整级和A+C调整带之间的分流调节电路若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；A+C调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流或常供电故障；若中间级为B则发生常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障；
若寻找到2个B+C和1个A+C，2个B+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带，B+C调整带之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；B+C调整带和A+C调整级之间的分流调节电路若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；A+C调整级之后的分流调节电路若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；对于B+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发常供电生故障；若中间级为B，则发生不分流或者常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障；
若寻找到2个B+C和2个A+C，2个B+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带，2个A+C调整级及其之间的分流电路为B+C调整带；B+C调整带之前的分流调节电路若是C则发生常分流故障，若是A则发生不充电或常供电故障；B+C调整带和A+C调整带之间的分流调节电路若是A则发生不分流或常供电故障，若是B则发生常充电故障；A+C调整带之后的分流调节电路若是B则发生不供电或常充电故障，若是C则发生常分流故障；对于B+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发常供电生故障；若中间级为B，则发生不分流或者常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障；
对于A+C调整级之间的中间级，若中间级为A，则发生不分流或常供电故障；若中间级为B则发生常充电故障；若中间级为C，则发生常分流故障。
2.根据权利要求1所述的S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其特征在于：所述调整级包括供电充电分流调整级A+B+C、供电充电调整级A+B、供电分流调整级A+C和充电分流调整级B+C。
3.根据权利要求2所述的S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其特征在于：寻找调整级的方法为：在采样数据长度内对所有太阳电池子阵电压进行检测，若太阳电池子阵电压同时存在为0、母线电压Vbus和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应A+B+C调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为母线电压Vbus和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应A+B调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为0和母线电压Vbus的情况，则对应A+C调整级；若太阳电池子阵电压同时存在为0和蓄电池组电压Vbat的情况，则对应B+C调整级；若太阳电池子阵电压一直为0，则对应分流调节电路为C；若太阳电池子阵电压一直为母线电压Vbus，则对应分流调节电路为A；若太阳电池子阵电压一直为蓄电池组电压Vbat，则对应分流调节电路为B；
其中，A为供电，B为充电，C为分流，A+C为供电分流调整，B+C为充电分流调整，A+B为供电充电调整，A+B+C为供电充电分流调整。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其特征在于：采样频率至少为太阳电池子阵电压最高频率的2倍。
5.根据权利要求4所述的S4R串联型顺序开关分流调节器的故障诊断方法，其特征在于：采样频率至少为10kHz。
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