CN111983508A - T-type三相四线整流器故障实时检测与定位方法、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种T‑type三相四线整流器故障实时检测与定位方法、系统,属于在线故障诊断技术领域。方法包括:首先利用零域电流阈值和故障检测判断阈值进行故障检测;在检测到功率管发生故障后,利用时延ΔT后的三相电流极性以及开路故障发生期间三相调制电压的极性变化,得到精确的故障定位结果。具有较高实时性。在进行故障检测时,本发明利用故障区间内电流受母线电容电压的影响会很快减小至零附近的特点,设置零域电流阈值进行故障检测,具有较高实时性;在故障定位时,只需分析电流和调制电压信号,不需要系统电感感值等系统参数,对系统参数的变化不敏感,鲁棒性好,抗扰动能力强。
Description
技术领域
本发明属于在线故障诊断技术领域,更具体地,涉及T-type三相四线整流器故障实时检测与定位方法及系统。
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广泛应用于充电桩的整流模块。针对T-type三相四线整流器的开路故障研究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。
目前,关于三相三电平整流器开路故障实时诊断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,这些信号处理方法需要复杂的数学计算过程,增加了CPU计算负担;对于三相三电平整流器,额外的滤波操作会损失故障信息,造成特征不明显;靠经验选择阈值大小或者阈值大小固定会造成诊断算法的鲁棒性不高等问题。现有的基于信号的残差等方法为提高准确度需要增加电容电压传感器,增加了诊断的成本。
在复杂工况下,故障特征会有所变化,需设计适应不同工况的强鲁棒性、实时准确的故障诊断算法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位方法及系统,其目的在于提高功率管桥臂开路故障诊断的实时性和鲁棒性。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位方法,包括:
S1.检测三相四线整流器运行过程中的x相电流ix,将相电流峰值与设定比例相乘后作为零域电流阈值Ith0;x∈{a,b,c};
S4.根据三相调制电压ux的极性变化和延时ΔT后x相电流ix(ΔT)的极性,定位开路故障位置。
进一步地,步骤S1中所述设定比例的取值范围为1%~5%。
进一步地,采用以下公式计算故障检测判断阈值T0:
其中,w为电网角频率,Im为相电流峰值。
进一步地,ΔT=n*2π/w,n为常数,取值范围为0.05~0.15。
进一步地,步骤S4具体实施过程为:
当ix(ΔT)>0,且ux<0,判断Sx4发生开路故障;
当ix(ΔT)>0,且ux>0或从ux<0变化到ux>0,判断Sx2发生开路故障;
当ix(ΔT)<0,且ux>0,判断Sx1发生开路故障;
当ix(ΔT)<0,且ux<0,或从ux>0变化到ux<0,判断Sx3发生开路故障;其中,Sx1表示x相上桥臂功率管,Sx2表示与母线电容中心点连接的x相中桥臂功率管,Sx3表示与上下桥臂中心点连接的x相中桥臂功率管,Sx4表示x相下桥臂功率管。
本发明另一方面提供了一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位系统,包括:
三相电流检测模块,用于检测三相四线整流器运行过程中的x相电流ix,将相电流峰值与设定比例相乘后作为零域电流阈值Ith0;x∈{a,b,c};
故障检测模块,用于获取x相电流ix小于所述零域电流阈值Ith0的持续时间若则判断x相发生功率管开路故障,进入极性变化检测模块;若则判断x相未发生功率管开路故障,返回三相电流检测模块;其中,T0为故障检测判断阈值;
极性变化检测模块,用于检测Tix0时间段内三相四线整流器控制器输出的三相调制电压ux的极性变化,以及从检测到开路故障发生时刻开始延时ΔT后的x相电流ix(ΔT)的极性;
故障定位模块,用于根据三相调制电压ux的极性变化和延时ΔT后x相电流ix(ΔT)的极性,定位开路故障位置。
进一步地,设定比例的取值范围为1%~5%。
进一步地,采用以下公式计算故障检测判断阈值T0:
其中,w为电网角频率,Im为相电流峰值。
进一步地,ΔT=n*2π/w,n为常数,取值范围为0.05~0.15。
进一步地,故障定位模块的具体实施过程为:
当ix(ΔT)>0,且ux<0,判断Sx4发生开路故障;
当ix(ΔT)>0,且ux>0或从ux<0变化到ux>0,判断Sx2发生开路故障;
当ix(ΔT)<0,且ux>0,判断Sx1发生开路故障;
当ix(ΔT)<0,且ux<0,或从ux>0变化到ux<0,判断Sx3发生开路故障;其中,Sx1表示x相上桥臂功率管,Sx2表示与母线电容中心点连接的x相中桥臂功率管,Sx3表示与上下桥臂中心点连接的x相中桥臂功率管,Sx4表示x相下桥臂功率管。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果。
(1)在进行故障检测时,本发明利用故障区间内电流受母线电容电压的影响会很快减小至零附近的特点,设置零域电流阈值进行故障检测,具有较高实时性。
(2)在检测到功率管发生故障后,本发明利用三相电流极性以及开路故障发生期间三相调制电压的极性变化,得到精确的故障定位结果,对电流、电压的具体数值没有过高的精度要求;其次,由于整流器启动、变压、变载等动态过程会改变相电流峰值,但是电流极性和调制电压极性情况不会变化,且在健康系统中零域电流变化较小,所以动态过程不会对本发明的故障诊断结果产生消极影响;再次,本发明只需分析电流和调制电压信号,不需要系统电感感值等系统参数,对系统参数的变化不敏感,鲁棒性好,抗扰动能力强。
(3)在本发明在故障检测和定位过程中无需设置过多阈值,尽可能减小阈值选取对诊断精度造成的影响,提高了诊断的精度。
(4)本发明方法共享控制系统三相电流传感器信号,不需要添加额外的传感器,诊断成本低。
(5)本发明方法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,实现简单。
附图说明
图1是本发明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是本发明提供的T-type三相四线整流器故障实时检测与定位方法流程图。
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。
图1所示为本发明中带故障检测与定位系统的T-type三相四线整流的拓扑结构,系统由功率管(Sa1,Sa2,Sa3,Sa4,Sb1,Sb2,Sb3,Sb4,Sc1,Sc2,Sc3,Sc4)对应二极管(Da1,Da2,Da3,Da4,Db1,Db2,Db3,Db4,Dc1,Dc2,Dc3,Dc4),母线储能电容(C1、C2)构成,Uc1、Uc2分别为两电容电压,Ud为直流母线电压,ia、ib、ic为三相电流,ua、ub、uc为控制系统输出的三相调制信号。本发明方法中,ia、ib、ic和ua、ub、uc为需要实时采集的变量。
如图2所示,本发明实施例提供了一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位方法,包括:
S1.检测三相四线整流器运行过程中的x相电流ix,将相电流峰值与设定比例相乘后作为零域电流阈值Ith0;x∈{a,b,c};
相电流峰值Im的计算公式为;
设定比例的取值范围为1%~5%,本发明实施例选择1%的电流峰值作为零域电流阈值。
S3.检测时间段内三相四线整流器控制器输出的三相调制电压ux的极性变化,以及从检测到开路故障发生时刻开始延时ΔT后的x相电流ix(ΔT)的极性;其中,ΔT=n*2π/w,n的取值范围为0.05~0.15,本发明实施例ΔT取值0.1*2π/w。
S4.根据三相调制电压ux的极性变化和延时ΔT后x相电流ix(ΔT)的极性,定位开路故障位置。
步骤S4具体实施过程为:
当ix(ΔT)>0,且ux<0,判断Sx4发生开路故障;
当ix(ΔT)>0,且ux>0或从ux<0变化到ux>0,判断Sx2发生开路故障;
当ix(ΔT)<0,且ux>0,判断Sx1发生开路故障;
当ix(ΔT)<0,且ux<0,或从ux>0变化到ux<0,判断Sx3发生开路故障;其中,Sx1表示上桥臂功率管,Sx2表示与母线电容中心点连接的中桥臂功率管,Sx3表示与上下桥臂中心点连接的中桥臂功率管,Sx4表示下桥臂功率管。
为了便于程序嵌入,本发明实施例采用SWux0表示ux的极性,采用SGix0表示ix(ΔT)的极性,具体表达方式为:
相应地,故障定位结果为:
当SGix0=+1,且SWux0=-1,判断Sx4发生开路故障;
当SGix0=+1,且SWux0=+1或从-1变化到+1,判断Sx2发生开路故障;
当SGix0=-1,且SWux0=+1,判断Sx1发生开路故障;
当SGix0=-1,且SWux0=-1或从+1变化到-1,判断Sx3发生开路故障。
故障检测与定位系统中各个模块的实施过程与方法各个步骤对应,本发明实施例在此不再赘述。
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 (10)
1.一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位方法,其特征在于,包括:
S1.检测三相四线整流器运行过程中的x相电流ix,将相电流峰值与设定比例相乘后作为零域电流阈值Ith0;x∈{a,b,c};
S4.根据三相调制电压ux的极性变化和延时ΔT后x相电流ix(ΔT)的极性,定位开路故障位置。
2.根据权利要求1所述的一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位方法,其特征在于,步骤S1中所述设定比例的取值范围为1%~5%。
4.根据权利要求3所述的一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位方法,其特征在于,ΔT=n*2π/w,n为常数,取值范围为0.05~0.15。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位方法,其特征在于,步骤S4具体实施过程为:
当ix(ΔT)>0,且ux<0,判断Sx4发生开路故障;
当ix(ΔT)>0,且ux>0或从ux<0变化到ux>0,判断Sx2发生开路故障;
当ix(ΔT)<0,且ux>0,判断Sx1发生开路故障;
当ix(ΔT)<0,且ux<0,或从ux>0变化到ux<0,判断Sx3发生开路故障;其中,Sx1表示x相上桥臂功率管,Sx2表示与母线电容中心点连接的x相中桥臂功率管,Sx3表示与上下桥臂中心点连接的x相中桥臂功率管,Sx4表示x相下桥臂功率管。
6.一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位系统,其特征在于,包括:
三相电流检测模块,用于检测三相四线整流器运行过程中的x相电流ix,将相电流峰值与设定比例相乘后作为零域电流阈值Ith0;x∈{a,b,c};
故障检测模块,用于获取x相电流ix小于所述零域电流阈值Ith0的持续时间若则判断x相发生功率管开路故障,进入极性变化检测模块;若则判断x相未发生功率管开路故障,返回三相电流检测模块;其中,T0为故障检测判断阈值;
故障定位模块,用于根据三相调制电压ux的极性变化和延时ΔT后x相电流ix(ΔT)的极性,定位开路故障位置。
7.根据权利要求6所述的一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位系统,其特征在于,设定比例的取值范围为1%~5%。
9.根据权利要求6-8任一项所述的一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位系统,其特征在于,ΔT=n*2π/w,n为常数,取值范围为0.05~0.15。
10.根据权利要求6-9任一项所述的一种T-type三相四线整流器故障实时检测与定位系统,其特征在于,故障定位模块的具体实施过程为:
当ix(ΔT)>0,且ux<0,判断Sx4发生开路故障;
当ix(ΔT)>0,且ux>0或从ux<0变化到ux>0,判断Sx2发生开路故障;
当ix(ΔT)<0,且ux>0,判断Sx1发生开路故障;
当ix(ΔT)<0,且ux<0,或从ux>0变化到ux<0,判断Sx3发生开路故障;其中,Sx1表示x相上桥臂功率管,Sx2表示与母线电容中心点连接的x相中桥臂功率管,Sx3表示与上下桥臂中心点连接的x相中桥臂功率管,Sx4表示x相下桥臂功率管。
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