CN113156336A - 双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供有一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法，基于上述在线辨识过程，在发生零值稳区之后，一方面开始检测该电流过零相是否发生开路故障，同时刻，另一方面还开始检测该电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障。在两方面的同时判断下，若该电流过零相确实发生开路故障，则其能够快速及时且同时诊断出开路故障相以及究竟哪一桥臂开关故障。而且，为了增强上述辨识步骤的可靠性，本方法还提供有二级辨识方法，实际应用中，一级辨识方法和二级辨识方法同步进行。

Description

双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法、装置及存储 介质

技术领域

本公开具体公开一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法、装置及存储介质。

背景技术

三相Vienna整流器具有结构简单、开关应力小、谐波畸变率低、可靠性高的优点，被广泛应用于航空、电动汽车等整流效果要求较高的领域，在实际应用中，短路故障由于会引起电流大幅增加易被发现保护，而开路故障不会引起大幅度过电流、过电压，不易识别，但开路故障会导致电气参数的恶化，长时间带故障运行容易造成二次故障。

目前，整流器开路故障诊断方法大致分为基于电流特性和基于电压特性两类，基于电流特性的诊断方法受输入电流波动和负载波动的影响，基于电压特性的诊断方法往往需要额外设备或复杂计算。因此，有必要针对Vienna整流器找出一种准确、可靠、简单、不需额外器件的诊断方法。

发明内容

本申请旨在提供一种相较于现有技术的诊断方法而言，能够有效提高诊断的准确性、可靠性且无需额外增加器件，实施方式简单，无复杂控制的双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法、装置及存储介质。

一方面，一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法，实时获取整流器三相输入电流的瞬时幅值，并将整流器三相输入电流变换至两相静止坐标系下的α相电流分量和β相电流分量，将β相电流分量延迟第一预设时长使得其与α相电流分量相位一致或互反；判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否存在零值稳区，若任一相输入电流所对应的α相电流分量存在零值稳区，则判定该相为电流过零相；在判定任一相为电流过零相的同时，计算第二预设时长内电流过零相的零值平台持续时间，并将其与零值平台检测阈值相比较，若其大于零值平台检测阈值，则判定该相为开路故障相；并，开始统计该相在第二预设时长内，电流过零相对应的β相电流分量幅值大于零的次数和小于零的次数；比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，以判定电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障，完成一级故障辨识；实时获取整流器上一周期输出电容电压差，并对其进行谐波分析以提取其直流分量幅值；当输出电容电压差的直流分量幅值大于直流分量检测阈值，判定整流器发生单管开路故障，完成二级故障辨识；当一级故障辨识结果早于二级故障辨识结果出现时，以一级故障辨识结果为最终判定结果；当一级故障辨识结果未出现但二级故障辨识结果出现时，自动减少零值平台检测阈值，并循环执行上述步骤，直至一级故障辨识结果出现。

根据本申请实施例提供的技术方案，判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否存在零值稳区的步骤，包括：判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否落入零电流检测阈值范围；若任一相输入电流的α相电流分量落入零电流检测阈值范围内，则判定该相为电流过零相。

根据本申请实施例提供的技术方案，当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数的步骤，包括：若β相电流分量幅值大于零的次数大于等于其小于零的次数，则判定电流过零相的上桥臂故障；若β相电流分量幅值大于零的次数小于其小于零的次数，则判定电流过零相的下桥臂故障。

根据本申请实施例提供的技术方案，当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数的步骤，包括：若β相电流分量幅值大于零的次数小于其小于零的次数，则判定电流过零相的上桥臂故障；若β相电流分量幅值大于零的次数大于等于其小于零的次数，则判定电流过零相的下桥臂故障。

根据本申请实施例提供的技术方案，自动减少零值平台检测阈值的步骤包括：设定零值平台检测阈值为t_th，调节后的零值平台检测阈值为t’_th,，其计算公式为：

t′_th＝t_th-0.025KT

其中：K为调制比；T为工频周期。

根据本申请实施例提供的技术方案，判定该相为电流过零相的步骤，还包括：定义零点标志位ε_k：

其中：i_αk(k＝a,b,c)为三相输入电流；i_th为零电流检测的诊断阈值i_thε_k＝1表示k相为电流过零相，ε_k＝0表示k相非电流过零相；

计算第二预设时长内电流过零相的零值平台持续时间的步骤，包括：设定与三相输入电流相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)，当ε_k由0变1时，则启动与电流过零相相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)工作第二预设时长的时间；在第一预设时长内，若ε_k为1，则W_k累加1；若ε_k为0，则W_k不累加；计算出电流零值平台持续时间t_k为：

t_k＝W_kT_s,k＝a,b,c

其中：T_s为电流采样周期；

判定该相为开路故障相的步骤，还包括：定义故障相标志位F_k：

其中：t_th为零值平台检测阈值；F_k＝1表示k相为开路故障相，F_k＝0表示k相非开路故障相。

根据本申请实施例提供的技术方案，开始统计该相在第二预设时长内，电流过零相对应的β相电流分量幅值大于零的次数和小于零的次数的步骤包括：设定与三相桥臂中上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2(k＝a,b,c)；当ε_k为1时，启动与电流过零相上上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2工作第二预设时长；在第二预设时长内，分别统计β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数,当β相电流分量幅值大于零,W_βk1累计加1；当β相电流分量幅值小于零,W_βk2累计加1；为比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，设定开关管诊断定位变量F_up：

当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，F_up为1，则电流过零相的上桥臂故障；F_up为0，则电流过零相的下桥臂故障；当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，F_up为1，则电流过零相的下桥臂故障；F_up为0，则电流过零相的上桥臂故障；

优选地，设定开关管诊断定位变量F_up和F_do_wn：

当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，F_up为1，则电流过零相的上桥臂故障；F_do_wn为1，则电流过零相的下桥臂故障；当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，F_up为1，则电流过零相的下桥臂故障；F_do_wn为1，则电流过零相的上桥臂故障。

另一方面，一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的装置，电流变换模块，用于实时获取整流器三相输入电流的瞬时幅值，并将整流器三相输入电流变换至两相静止坐标系下的α相电流分量和β相电流分量，将β相电流分量延迟第一预设时长使得其与α相电流分量相位一致或互反；电流过零相判断模块，用于判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否存在零值稳区，若任一相输入电流所对应的α相电流分量存在零值稳区，则判定该相为电流过零相；一级故障辨识模块，用于在判定任一相为电流过零相的同时，计算第二预设时长内电流过零相的零值平台持续时间，并将其与零值平台检测阈值相比较，若其大于零值平台检测阈值，则判定该相为开路故障相；并，开始统计该相在第二预设时长内，电流过零相对应的β相电流分量幅值大于零的次数和小于零的次数；比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，以判定电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障，完成一级故障辨识；二级故障辨识模块，用于实时获取整流器上一周期输出电容电压差，并对其进行谐波分析以提取其直流分量幅值；当输出电容电压差的直流分量幅值大于直流分量检测阈值，判定整流器发生单管开路故障，完成二级故障辨识；综合辨识模块：当一级故障辨识结果早于二级故障辨识结果出现时，以一级故障辨识结果为最终判定结果；当一级故障辨识结果未出现但二级故障辨识结果出现时，自动减少零值平台检测阈值，并循环执行上述步骤，直至一级故障辨识结果出现。

另一方面，本申请还提供一种计算机设备，所述设备包括：存储器，用于存储可执行程序代码；一个或多个处理器，用于读取所述存储器中存储的可执行程序代码以执行如上所述的双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法。

另一方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上所述的双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法。

综上所述，本申请公开有一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法。

本技术方案一方面实时将获取的整流器三相输入电流瞬时幅值，变换至两相静止坐标系下的α相电流分量和β相电流分量，通过分析三相输入电流对应的α相电流分量是否存在过零现象来判断三相输入电流中是否存在电流过零相。当确定任一相为电流过零相时，既开始计算电流过零相上零值平台持续时间，并将其与零值平台检测阈值相比较，以判断该电流过零相是否真的发生开路故障，又同时统计电流过零相所对应的β相电流分量幅值大于零和小于零的次数来判断究竟是哪一桥臂的开关管故障，经过上述判断后，即完成一级识别，其结果是能判断出哪一相的哪一桥臂发生开路故障。

本技术方案另一方面实时获取的整流器三相输出电压瞬时幅值并对其进行谐波分析以提取其直流分量幅值；当输出电容电压差的直流分量幅值大于直流分量检测阈值，判定整流器发生单管开路故障，完成二级故障辨识；其结果是能粗略判断整理器是否发生单管开路故障，其功能在于弥补一级故障辨识，核实是否发生开关管单管故障。

针对一级故障辨识和二级故障辨识的结果，本方法的具体应用逻辑思路如下：当一级故障辨识结果早于二级故障辨识结果出现时，以一级故障辨识结果为最终判定结果；当一级故障辨识结果未出现但二级故障辨识结果出现时，自动减少零值平台检测阈值，并循环执行上述步骤，直至一级故障辨识结果出现。

基于上述在线辨识过程，在发生零值稳区之后，一方面开始检测该电流过零相是否发生开路故障，同时刻，另一方面还开始检测该电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障。在两方面的同时判断下，若该电流过零相确实发生开路故障，则其能够快速及时且同时诊断出开路故障相以及究竟哪一桥臂开关故障。而且，为了增强上述辨识步骤的可靠性，本方法还提供有二级辨识方法，实际应用中，一级辨识方法和二级辨识方法同步进行，在高效的逻辑判断下，相较于现有技术而言，本申请所提供的技术方案，一方面，无需增加额外的传感器，无硬件的变化，仅通过对三相输入电流和三相输出电压进行相应处理分析，即可实现Vienna整流器单管开路故障的在线辨识；另一方面，其在判断开路故障相和开路故障相上哪一桥臂的开关管发生故障时，都是在第一预设时长内进行同时同步统计，能够实现一级故障辨识快速高效地诊断；而其分析三相输出电压也是实时进行的，所以一级故障辨识和二级故障辨识也能保证快速高效可靠。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为三相六开关Vienna整流器拓扑结构示意图。

图2所示的双级辨识Vienna整流器单管开路故障方法的逻辑结构示意图。

图3所示的依据图2中方法所得到的故障相定位的仿真结果。

图4所示的依据图2中方法所得到的桥臂定位的仿真结果。

图5所示的图1中Vienna整流器开路故障发生前后的谐波分析图。

图6所示的图1中Vienna整流开路故障时故障相定位及桥臂定位的试验结果。

图7所示的负载由变化时图1中Vienna整流故障诊断的试验结果。

图8所示的计算机设备硬件结构示意图；

图9所示的计算机设备逻辑运行示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

下面结合附图及实施例对本发明进行具体描述。图1为三相六开关Vienna整流器拓扑结构示意图。其中：

S_k1为上桥臂，S_k2为下桥臂(k取a、b、c)。

三相输入电流i_a、i_b、i_c，通过Vienna整流器自带的传感器可以获得。

输出电容电压u_c1和u_c2，通过Vienna整流器自带的传感器可以获得。

本申请具体地提供有一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法的具体实施方式，其包括如下步骤：

实时获取整流器三相输入电流的瞬时幅值，并将整流器三相输入电流变换至两相静止坐标系下的α相电流分量和β相电流分量，将β相电流分量延迟第一预设时长使得其与α相电流分量相位一致或互反；判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否存在零值稳区，若任一相输入电流所对应的α相电流分量存在零值稳区，则判定该相为电流过零相；第一预设时长，优选为，0.75T或0.25T。具体地，本步骤中获取三相输入电流瞬时幅值的方式可以采用整流器内自带的传感器。具体地，本步骤中三相输入电流转换至两相静止坐标系下的α相电流分量和β相电流分量可以按照如下方式进行变换：

本步骤中，可选地，判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否存在零值稳区的步骤，包括：判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否落入零电流检测阈值范围；若任一相输入电流的α相电流分量落入零电流检测阈值范围内，则判定该相为电流过零相。具体地，所述零电流检测阈值范围为(-i_th，i_th)，可选地，所述i_th会影响辨识精度，优选地，其数值优选在10％峰值电流左右选取。若测得i_αk(k＝a,b,c)的值在区间(-i_th，i_th)范围内，则表示k(k＝a,b,c)相输入电流过零；否则，则表示k(k＝a,b,c)相输入电流不过零。

优选地，判定该相为电流过零相的步骤，还包括：定义零点标志位εk：

其中：i_αk(k＝a,b,c)为三相输入电流；i_th为零电流检测的诊断阈值i_thε_k＝1表示k相为电流过零相，ε_k＝0表示k相非电流过零相。

定义零点标志位ε_k，能将便捷地反映电流过零相，利于后期进行逻辑运算。

在判定任一相为电流过零相的同时，需要针对该电流过零相进行进一步处理，即完成一级故障辨识，具体为：

计算第二预设时长内电流过零相的零值平台持续时间，并将其与零值平台检测阈值相比较，若其大于零值平台检测阈值，则判定该相为开路故障相；本步骤的判断结果是：其哪一相的哪一桥臂发生开路故障。具体地，本步骤中，计算第二预设时长内电流过零相的零值平台持续时间的步骤，包括：设定与三相输入电流相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)，当ε_k由0变1时，则启动与电流过零相相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)工作第二预设时长的时间；在第一预设时长内，若ε_k为1，则W_k累加1；若ε_k为0，则W_k不累加；计算出电流零值平台持续时间t_k为：

t_k＝W_kT_s,k＝a,b,c

其中：T_s为电流采样周期，可选定为0.0001s。

可选地，第二预设时长为1/4的工频周期，如：0.005s。当然，第二预设时长为1/4的工频周期是优选的数值，其取值范围可以为(0.004s-0.007s)，第二预设时长值过大会可能会导致故障诊断时间延迟，如图2所示的电流波形图可知，零值平台周期性显现，若第二预设时长取值过大，超出了零值平台的持续时间，在超出的时间里W_k其实并不累加；但因为还在第二预设时长内，所以无法计算t_k，也即无法最终判定该相是否为开路故障相，最终导致故障诊断时间延迟。

第二预设时长值过小会导致漏诊断，因为当第二预设时长值很小的时候，计数模块工作时间过短，计数值过小，当计数模块工作第二预设时长时间后又开始清零重新计数使得计算的零值平台持续时间t_k＝W_kT_s,k＝a,b,c过小，始终达不到故障阈值，从而造成漏诊断。

基于此步骤，能够最终判定该相是否为开路故障相，为便于标识，判定该相为开路故障相的步骤，还包括：定义故障相标志位F_k：

其中：t_th为零值平台检测阈值，可选为0.2T，T为工频周期；F_k＝1表示k相为开路故障相，F_k＝0表示k相非开路故障相。

定义故障相标志位F_k，能将便捷地反映电流过零相，利于后期进行逻辑运算。

在判定任一相为电流过零相的同时，开始统计该相在第二预设时长内，电流过零相对应的β相电流分量幅值大于零的次数和小于零的次数；比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，以判定电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障，完成一级故障辨识。

具体地，在一优选的实施方式中，当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数的步骤，包括：若β相电流分量幅值大于零的次数大于等于其小于零的次数，则判定电流过零相的上桥臂故障；若β相电流分量幅值大于零的次数小于其小于零的次数，则判定电流过零相的下桥臂故障。

具体地，在一优选的实施方式中，当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数的步骤，包括：若β相电流分量幅值大于零的次数小于其小于零的次数，则判定电流过零相的上桥臂故障；若β相电流分量幅值大于零的次数大于等于其小于零的次数，则判定电流过零相的下桥臂故障。

具体地，开始统计该相在第二预设时长内，电流过零相对应的β相电流分量幅值大于零的次数和小于零的次数的步骤包括：设定与三相桥臂中上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2(k＝a,b,c)；当ε_k为1时，启动与电流过零相上上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2工作第二预设时长；在第二预设时长内，分别统计β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数,当β相电流分量幅值大于零,W_βk1累计加1；当β相电流分量幅值小于零,W_βk2累计加1；为比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，设定开关管诊断定位变量F_up：

当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，F_up为1，则电流过零相的上桥臂故障；F_up为0，则电流过零相的下桥臂故障；当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，F_up为1，则电流过零相的下桥臂故障；F_up为0，则电流过零相的上桥臂故障；

优选地，设定开关管诊断定位变量F_up和F_do_wn：

当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，F_up为1，则电流过零相的上桥臂故障；F_do_wn为1，则电流过零相的下桥臂故障；当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，F_up为1，则电流过零相的下桥臂故障；F_do_wn为1，则电流过零相的上桥臂故障。

实时获取整流器上一周期输出电容电压差，并对其进行谐波分析以提取其直流分量幅值；当输出电容电压差的直流分量幅值大于直流分量检测阈值，判定整流器发生单管开路故障，完成二级故障辨识；本步骤中，通过实时获取的输出电容电压u_c1和u_c2，通过Vienna整流器自带的传感器可以获得，计算二者之差能够得到整流器输出电容电压差，并对其进行谐波分析以提取其直流分量幅值；当输出电容电压差的直流分量幅值大于直流分量检测阈值，判定整流器发生单管开路故障，具体地，定义二级故障辨识标志位F：

其中：若F＝1，发生单管开路故障；若F＝0，无单管开路故障；优选地，设判别阈值为U_th，具体地，所述判别阈值U_th可以通过如下方式获得：获取未发生单管开路故障时的输出电容电压差的直流分量幅值和发生单管开路故障时的输出电容电压差的直流分量幅值,取二者之间的中间值为判别阈值U_th。

定义二级故障辨识标志位F，利于结合一级故障辨识结果进行运算。

在得到一级故障辨识结果和二级辨识结果后，还实时地进行如下判断：请参考图2给出的双级辨识Vienna整流器单管开路故障的逻辑结构示意图。

当一级故障辨识结果早于二级故障辨识结果出现时，以一级故障辨识结果为最终判定结果，即获知哪一相上哪一桥臂发送开路故障。

当一级故障辨识结果未出现但二级故障辨识结果出现时，自动减少零值平台检测阈值；本步骤中，是通过电容电压差获知发生了单管开路故障，但是，在一级故障辨识时，并未检测到哪一相上哪一桥臂发送开路故障，所以需要对零值平台检测阈值进行调节，具体地，自动减少零值平台检测阈值的步骤包括：设定零值平台检测阈值为t_th，调节后的零值平台检测阈值为t’_th,，其计算公式为：

t′_th＝t_th-0.025KT

其中：K为调制比,即：为直流输出电压有效值与交流输入电压有效值之比；T为工频周期。

循环执行上述步骤，直至一级故障辨识结果出现。

基于上述在线辨识过程，在发生零值稳区之后，一方面开始检测该电流过零相是否发生开路故障，同时刻，另一方面还开始检测该电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障。在两方面的同时判断下，若该电流过零相确实发生开路故障，则其能够快速及时且同时诊断出开路故障相以及究竟哪一桥臂开关故障。

为了增强上述辨识步骤的可靠性，本方法还提供有二级辨识方法，实际应用中，一级辨识方法和二级辨识方法同步进行，在高效的逻辑判断下，相较于现有技术而言，本申请所提供的技术方案，一方面，无需增加额外的传感器，无硬件的变化，仅通过对三相输入电流和三相输出电压进行相应处理分析，即可实现Vienna整流器单管开路故障的在线辨识；另一方面，其在判断开路故障相和开路故障相上哪一桥臂的开关管发生故障时，都是在第一预设时长内进行同时同步统计，能够实现一级故障辨识快速高效地诊断；而其分析三相输出电压也是实时进行的，所以一级故障辨识和二级故障辨识也能保证快速高效可靠。

在一具体应用场景中，设定故障设置在0.1s处对S_a1开路。

请参考图3所示的依据上述方法所得到的故障相定位的仿真结果。在0.1s时故障发生出现零值平台，计数器W_a快速增加，在第二预设时长后，也即图中所示的诊断时间后，F_a为1，判定a相为开路故障相。

请参考图4所示的依据上述方法所得到的桥臂定位的仿真结果。在0.1s时故障发生出现零值平台，计数器W_βk1快速增加，在第二预设时长后，也即图中所示的诊断时间后，F_up＝1，上桥臂开关管开路故障。

综上所示，在一级辨识结果中，S_a1发生开路故障。

请参考图5所示的开路故障发生前后的谐波分析图。由图5可见故障发生前后的谐波含量变化，验证了故障发生时直流分量明显增加的理论基础。

请参考图6所示的开路故障时故障相定位及桥臂定位的试验结果。由图6可见，在S_a1发生开路故障时，F_a为0，在诊断时间之后，F为1，则证明发生漏诊断，通过内部调节零值平台检测阈值，在之后，一级故障辨识结果诊断成功。

由图6可知，当一级故障辨识发生漏诊断时，二级故障辨识作用避免漏诊断。

请参考图7所示的负载由100欧姆突变到50欧姆时故障诊断的试验结果。由图7可见，负载扰动不会引起误诊。

本申请还提供一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的装置，的具体实施方式，包括：

电流变换模块，用于实时获取整流器三相输入电流的瞬时幅值，并将整流器三相输入电流变换至两相静止坐标系下的α相电流分量和β相电流分量，将β相电流分量延迟第一预设时长使得其与α相电流分量相位一致或互反；

电流过零相判断模块，用于判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否存在零值稳区，若任一相输入电流所对应的α相电流分量存在零值稳区，则判定该相为电流过零相；

一级故障辨识模块，用于在判定任一相为电流过零相的同时，计算第二预设时长内电流过零相的零值平台持续时间，并将其与零值平台检测阈值相比较，若其大于零值平台检测阈值，则判定该相为开路故障相；并，开始统计该相在第二预设时长内，电流过零相对应的β相电流分量幅值大于零的次数和小于零的次数；比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，以判定电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障，完成一级故障辨识；

二级故障辨识模块，用于实时获取整流器上一周期输出电容电压差，并对其进行谐波分析以提取其直流分量幅值；当输出电容电压差的直流分量幅值大于直流分量检测阈值，判定整流器发生单管开路故障，完成二级故障辨识；

综合辨识模块：当一级故障辨识结果早于二级故障辨识结果出现时，以一级故障辨识结果为最终判定结果；当一级故障辨识结果未出现但二级故障辨识结果出现时，自动减少零值平台检测阈值，并循环执行上述步骤，直至一级故障辨识结果出现。

基于上述方法，利用电流变换模块、电流过零相判断模块、一级故障辨识模块、二级故障辨识模块和综合辨识模块分别实现对应的功能，能够将上述在线辨识方法制作为可迁移的装置，便于内置于现有的使用VIENNA整流器的应用场景内。

本申请还提供一种计算机设备，所述设备包括：存储器，用于存储可执行程序代码；一个或多个处理器，用于读取所述存储器中存储的可执行程序代码以执行如上所述的双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法。请参考图8给出的计算机设备硬件结构示意图和图9给出的计算机设备逻辑运行示意图。

计算机系统包括中央处理单元(CPU)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM503中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU 501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。

以下部件连接至I/O接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。

特别地，根据本发明的实施例，上文中双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法所描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明关于双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)501执行时，执行本申请的系统中限定的上述功能。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法、装置和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括第一生成模块、获取模块、查找模块、第二生成模块及合并模块。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。

作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该电子设备执行时，使得该电子设备实现如上述实施例中所述的双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法，其特征在于：

实时获取整流器三相输入电流的瞬时幅值，并将整流器三相输入电流变换至两相静止坐标系下的α相电流分量和β相电流分量，将β相电流分量延迟第一预设时长使得其与α相电流分量相位一致或互反；

判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否存在零值稳区，若任一相输入电流所对应的α相电流分量存在零值稳区，则判定该相为电流过零相；

在判定任一相为电流过零相的同时，计算第二预设时长内电流过零相的零值平台持续时间，并将其与零值平台检测阈值相比较，若其大于零值平台检测阈值，则判定该相为开路故障相；并，开始统计该相在第二预设时长内，电流过零相对应的β相电流分量幅值大于零的次数和小于零的次数；比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，以判定电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障，完成一级故障辨识；

实时获取整流器上一周期输出电容电压差，并对其进行谐波分析以提取其直流分量幅值；当输出电容电压差的直流分量幅值大于直流分量检测阈值，判定整流器发生单管开路故障，完成二级故障辨识；

当一级故障辨识结果早于二级故障辨识结果出现时，以一级故障辨识结果为最终判定结果；

当一级故障辨识结果未出现但二级故障辨识结果出现时，自动减少零值平台检测阈值，并循环执行上述步骤，直至一级故障辨识结果出现。

2.根据权利要求1所述的一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法，其特征在于：

判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否存在零值稳区的步骤，包括：判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否落入零电流检测阈值范围；若任一相输入电流的α相电流分量落入零电流检测阈值范围内，则判定该相为电流过零相。

3.根据权利要求1或2所述的一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法，其特征在于：

当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数的步骤，包括：

若β相电流分量幅值大于零的次数大于等于其小于零的次数，则判定电流过零相的上桥臂故障；若β相电流分量幅值大于零的次数小于其小于零的次数，则判定电流过零相的下桥臂故障。

4.根据权利要求1或2所述的一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法，其特征在于：

当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数的步骤，包括：

若β相电流分量幅值大于零的次数小于其小于零的次数，则判定电流过零相的上桥臂故障；若β相电流分量幅值大于零的次数大于等于其小于零的次数，则判定电流过零相的下桥臂故障。

5.根据权利要求1或2所述的一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法，其特征在于：

自动减少零值平台检测阈值的步骤包括：设定零值平台检测阈值为t_th，调节后的零值平台检测阈值为t’_th,，其计算公式为：

t′_th＝t_th-0.025KT

其中：K为调制比；T为工频周期。

6.根据权利要求1或2所述的一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法，其特征在于：

判定该相为电流过零相的步骤，还包括：定义零点标志位ε_k：

其中：i_αk(k＝a,b,c)为三相输入电流；i_th为零电流检测的诊断阈值i_th

ε_k＝1表示k相为电流过零相，ε_k＝0表示k相非电流过零相；

计算第二预设时长内电流过零相的零值平台持续时间的步骤，包括：

设定与三相输入电流相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)，当ε_k由0变1时，则启动与电流过零相相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)工作第二预设时长的时间；在第一预设时长内，若ε_k为1，则W_k累加1；若ε_k为0，则W_k不累加；计算出电流零值平台持续时间t_k为：

t_k＝W_kT_s,k＝a,b,c

其中：T_s为电流采样周期；

判定该相为开路故障相的步骤，还包括：定义故障相标志位F_k：

其中：t_th为零值平台检测阈值；F_k＝1表示k相为开路故障相，F_k＝0表示k相非开路故障相。

7.根据权利要求6所述的一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法，其特征在于：

开始统计该相在第二预设时长内，电流过零相对应的β相电流分量幅值大于零的次数和小于零的次数的步骤包括：

设定与三相桥臂中上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2(k＝a,b,c)；当ε_k为1时，启动与电流过零相上上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2工作第二预设时长；

在第二预设时长内，分别统计β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数,当β相电流分量幅值大于零,W_βk1累计加1；当β相电流分量幅值小于零,W_βk2累计加1；

为比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，设定开关管诊断定位变量F_up：

当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，F_up为1，则电流过零相的上桥臂故障；F_up为0，则电流过零相的下桥臂故障；

当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，F_up为1，则电流过零相的下桥臂故障；F_up为0，则电流过零相的上桥臂故障；

优选地，设定开关管诊断定位变量F_up和F_down：

当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，F_up为1，则电流过零相的上桥臂故障；F_down为1，则电流过零相的下桥臂故障；

当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，F_up为1，则电流过零相的下桥臂故障；F_do_wn为1，则电流过零相的上桥臂故障。

8.一种双级辨识Vienna整流器单管开路故障的装置，其特征在于：

电流变换模块，用于实时获取整流器三相输入电流的瞬时幅值，并将整流器三相输入电流变换至两相静止坐标系下的α相电流分量和β相电流分量，将β相电流分量延迟第一预设时长使得其与α相电流分量相位一致或互反；

电流过零相判断模块，用于判断三相输入电流分别对应的α相电流分量是否存在零值稳区，若任一相输入电流所对应的α相电流分量存在零值稳区，则判定该相为电流过零相；

一级故障辨识模块，用于在判定任一相为电流过零相的同时，计算第二预设时长内电流过零相的零值平台持续时间，并将其与零值平台检测阈值相比较，若其大于零值平台检测阈值，则判定该相为开路故障相；并，开始统计该相在第二预设时长内，电流过零相对应的β相电流分量幅值大于零的次数和小于零的次数；比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，以判定电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障，完成一级故障辨识；

二级故障辨识模块，用于实时获取整流器上一周期输出电容电压差，并对其进行谐波分析以提取其直流分量幅值；当输出电容电压差的直流分量幅值大于直流分量检测阈值，判定整流器发生单管开路故障，完成二级故障辨识；

综合辨识模块：当一级故障辨识结果早于二级故障辨识结果出现时，以一级故障辨识结果为最终判定结果；当一级故障辨识结果未出现但二级故障辨识结果出现时，自动减少零值平台检测阈值，并再次完成一级故障辨识，直至一级故障辨识结果出现。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括：存储器，用于存储可执行程序代码；一个或多个处理器，用于读取所述存储器中存储的可执行程序代码以执行权利要求1至7中任一项所述的双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法。

10.一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包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至7中任一项所述的双级辨识Vienna整流器单管开路故障的方法。

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