CN110687479B - 一种T-type三相四线整流器开路故障实时检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种T‑type三相四线整流器开路故障实时检测方法，属于在线检测领域。包括：根据三相电源的频率f和采样频率v，计算滑动窗口中采样点数L；根据两电容的采样电压，计算两电容电压诊断周期内质心距离Δ；根据两电容采样电压诊断周期内运行轨迹的直径，计算质心距离Δ的运行域大小D；判断质心距离Δ是否超出运行域大小D，若是，T‑type三相四线整流器发生开路故障，否则，未发生开路故障。相比于在电源电压整周期内某些特征故障表现，本发明根据1/3的电源电压周期母线电容电压故障表现进行检测，实时性更好，从而实现了快速检测系统故障。本发明通过母线两电容电压的平衡设计故障检测，提高了故障检测的鲁棒性。

Description

一种T-type三相四线整流器开路故障实时检测方法

技术领域

本发明属于在线检测领域，更具体地，涉及一种T-type三相四线整流器开路故障实时检测方法。

背景技术

近年来，随着新能源技术的快速发展，越来越多的新能源汽车陆续出现。作为新能源汽车充电桩的重要充电模块，整流器的稳定性是是考量系统质量的重要指标。在整流器中，功率管由于高频开通、关断很容易造成开路故障，直接影响系统正常运行。T-type三相四线整流器由于优越的性能应用于充电桩的整流模块，属于三相三电平整流器拓扑的其中一种。针对T-t pe三相四线整流器的开路故障提出实时有效的诊断方法，提供实时有效的信息给后续的容错控制策略，对提高系统的可靠性具有重要的工程应用价值。

现有技术中，关于三相三电平整流器开路故障实时检测方法大部分是基于傅立叶变换、小波变换等信号处理方法，然后进行特征量优化组合以实现故障诊断，存在一些计算复杂、特征不明显、阈值选择鲁棒性不高等问题。特别是中桥臂的开关管故障，由于提供零电压故障特征更不容易检测。

发明内容

针对现有技术故障检测实时性不足、鲁棒性弱的问题，本发明提供了一种T-type三相四线整流器开路故障实时检测方法，其目的在于改善已有的功率管桥臂开路故障实时检测算法，提高检测速度，增强算法鲁棒性，降低检测成本。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种T-type三相四线整流器开路故障实时检测方法，该方法包括以下步骤：

S1.根据三相电源的频率f和采样频率v，计算滑动窗口中采样点数L；

S2.根据采样到的整流器直流母线第一电容的L个采样电压和第二电容的L个采样电压，计算两电容电压诊断周期内质心距离Δ；

S3.根据整流器直流母线第一电容、第二电容采样电压诊断周期内运行轨迹的直径，计算质心距离Δ的运行域大小D；

S4.判断质心距离Δ是否超出运行域大小D，若是，T-type三相四线整流器发生开路故障，否则，未发生开路故障。

具体地，采样点数L的计算公式如下：

具体地，采样频率v设定为10kHz。

具体地，两电容电压诊断周期内质心距离Δ的计算公式如下：

其中，U_c1m表示第一电容电压U_c1第m个采样点，U_c2n表示第二电容电压U_c2第n个采样点，m，n＝1，2，…，L。

具体地，整流器直流母线第一电容采样电压诊断周期内运行轨迹的直径D_uc1＝max_L{U_c11，U_c12，...，U_c1L}-min_L{U_c11，U_c12，...，U_c1L}，整流器直流母线第二电容采样电压诊断周期内运行轨迹的直径D_uc2＝max_L{U_c21，U_c22，...，U_c2L}-mi_L{U_c21，U_c22，...，U_c2L}，其中，U_cij表示第i个电容电压U_ci第j个采样点，i＝1，2，j＝1，2，…，L。

具体地，质心距离Δ的运行域大小D＝max(D_uc1，D_uc2)。

为实现上述目的，按照本发明的第二方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的T-type三相四线整流器开路故障实时检测方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)针对现有技术故障检测实时性差的问题，本发明通过母线两电容电压波动周期检测开路故障，相比于在电源电压整周期内某些特征故障表现，根据1/3的电源电压周期母线电容电压故障表现进行检测，实时性更好，从而实现了快速检测系统故障。

(2)针对现有技术故障检测鲁棒性弱的问题，本发明通过母线两电容电压的平衡设计故障检测，由于正常情况下母线两电容电压呈现平衡状态，系统异常时，母线两电容电压失衡，从而提高了故障检测的鲁棒性。

附图说明

图1为本实施例提供的带故障诊断模块的T-type三相四线整流的拓扑结构；

图2为本实施例提供的一种T-type三相四线整流器开路故障实时检测方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以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以解释本发明，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涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明根据母线电容电压的对称性来进行故障检测，只需增加电容电压传感器，用于实时采集的变量U_c1、U_c2(控制电路已有母线两电容电压和传感器)，利用1/3相电压周期的滑动窗口对两电容电压进行分析，从而进行故障检测。由于三相对称性，使得母线电容波动周期为相电压周期的1/3，通过检测波动周期内两电容电压的偏移，可以更快的检测到系统故障。

如图1所示，T-type三相四线整流器由功率管(S_A1，S_A21，S_A22，S_A3，S_B1，S_B21，S_B22，S_B3，S_C1，S_C21，S_C22，S_C3)对应二极管(D_A1，D_A21，D_A22，D_A3，D_B1，D_B21，D_B22，D_B3，D_C1，D_C21，D_C22，D_C3)，母线储能电容(C1、C2)构成，U_c1、U_c2分别为两电容电压，U_d为直流母线电压，i_A、i_B、i_C为三相电流。U_d、i_A、i_B、i_C为控制系统提供反馈信息，故障诊断方法中，通过电容电压传感器实时采集的变量U_c1、U_c2。

如图2所示，本发明提出一种T-type三相四线整流器开路故障实时检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1.根据三相电源的频率f和采样频率v，计算滑动窗口中采样点数L。

三相电源的频率为f，由于三相电源对称性，直流母线两个电容电压波动频率为3f。AD采样频率v一般设定为10kHz左右。滑动窗口代表一个诊断周期。

步骤S2.根据采样到的整流器直流母线第一电容的L个采样电压和第二电容的L个采样电压，计算两电容电压诊断周期内质心距离Δ。

系统正常运行时，整流器电容电压U_c1、U_c2呈正弦周期性变化，相位相反，对应的对称性表现为：

其中，

表示电容C1电压的运行轨迹质量，

表示电容C2电压的运行轨迹质量。系统正常运行时两者差值为0，异常运行不等于零。

一个滑动窗口内电容电压的累加与采样数点数L的比值为电压运行轨迹的质心，计算两电容电压诊断周期内质心距离Δ的计算公式：

步骤S3.根据整流器直流母线第一电容、第二电容采样电压诊断周期内运行轨迹的直径，计算质心距离Δ的运行域大小D。

整流器直流母线第一电容采样电压诊断周期内运行轨迹的直径D_uc1＝max_L{U_c11，U_c12，...，U_c1L}-mi_L{U_c11，U_c12，...，U_c1L}，整流器直流母线第二电容采样电压诊断周期内运行轨迹的直径D_uc2＝max_L{U_c21，U_c22，...，U_c2L}-min_L{U_c21，U_c22，...，U_c2L}，其中，U_cij表示第i个电容电压U_ci第j个采样点，i＝1，2，j＝1，2，…，L。

计算质心距离Δ的运行域大小D＝max(D_uc1，D_uc2)。

步骤S4.判断质心距离Δ是否超出运行域大小D，若是，T-type三相四线整流器发生开路故障，否则，未发生开路故障。

通过下式完成故障的检测：

作为故障判断阈值，运行域大小D随电容电压自适应变化，保障了诊断的鲁棒性，诊断周期为电源电压周期的1/3，实时性较好。

本发明能够实时检测出T-type三相四线整流器开路故障的情况，并对多电平整流器系统桥臂开路故障的在线检测具有指导意义。本发明适用于T-type三相四线整流器中，成本低，本发明根据母线电容电压的对称性来进行故障检测，只需增加电容电压传感器；检测精度高，速度快，实时性高，本发明能够实时快速检测整流器中桥臂开路故障并进行预定位。鲁棒性好，抗干扰能力强，整流器启动、变压、变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；且方案对系统内部参数不敏感，抗扰动能力强。实现简单，本发明可以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。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (4)

1.一种T-type三相四线整流器开路故障实时检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1.根据三相电源的频率f和采样频率v，计算滑动窗口中采样点数L；

S2.根据采样到的整流器直流母线第一电容的L个采样电压和第二电容的L个采样电压，计算两电容电压诊断周期内质心距离Δ，两电容电压诊断周期内质心距离Δ的计算公式如下：

其中，U_c1m表示第一电容电压U_c1第m个采样点，U_c2n表示第二电容电压U_c2第n个采样点，m,n＝1,2,…,L；；

S3.根据整流器直流母线第一电容、第二电容采样电压诊断周期内运行轨迹的直径，计算质心距离Δ的运行域大小D，整流器直流母线第一电容采样电压诊断周期内运行轨迹的直径D_uc1＝max_L{U_c11,U_c12,…,U_c1L}-min_L{U_c11,U_c12,…,U_c1L}，整流器直流母线第二电容采样电压诊断周期内运行轨迹的直径D_uc2＝max_L{U_c21,U_c22,…,U_c2L}-min_L{U_c21,U_c22,…,U_c2L}，其中，U_cij表示第i个电容电压U_ci第j个采样点，i＝1,2，j＝1,2,…,L，

质心距离Δ的运行域大小D＝max(D_uc1,D_uc2)；

S4.判断质心距离Δ是否超出运行域大小D，若是，T-type三相四线整流器发生开路故障，否则，未发生开路故障。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采样点数L的计算公式如下：

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采样频率v设定为10kHz。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的T-type三相四线整流器开路故障实时检测方法。

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