CN113238170A - 一种用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断方法 - Google Patents

一种用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断方法 Download PDF

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CN113238170A CN202110446705.6A CN202110446705A CN113238170A CN 113238170 A CN113238170 A CN 113238170A CN 202110446705 A CN202110446705 A CN 202110446705A CN 113238170 A CN113238170 A CN 113238170A
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Abstract

本发明提供了一种用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断方法，涉及故障诊断技术领域。该方法包括采集电机的三相输出电流，利用相序变换得到不同相序下的Park矢量，计算归一化的Park矢量，利用波形延拓‑希尔伯特变换法估计其瞬时幅值，计算得到开关管开路故障特征；获得三相输出电流换向标志；用不同相序下归一化的Park矢量瞬时幅值计算得到的开关管开路故障特征、三相输出电流换向标志与设定的故障阈值比较判断其故障类型及种类。本技术发明可以很好地提高故障特征提取的实时性，实现基于三相输出电流对逆变器功率开关管进行开路故障诊断。

Description

一种用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断方法
技术领域
本发明涉及故障诊断技术领域，尤其涉及一种用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断方法。
背景技术
基于逆变器驱动的交流电机变频调速系统，具有能量密度大、能效高等优点，在电机运动控制中得到了广泛应用。交流电机变频调速系统中的逆变器故障是交流电机调速系统典型的故障，其发生概率高达38％。随着智能制造对工业生产环节性能要求的不断提高，对交流电机变频调速系统的可靠性和安全性要求也更加严格。因此，对高故障率的逆变器运行状态进行监测，实现逆变器故障的在线诊断显得尤为重要。
逆变器故障通常包括开关管短路故障和开路故障，前者常又集成的硬件电路限流保护实现，而后者则需其它辅助分析实现。此外，针对短路故障下的系统保护，当前多采用将快速熔丝与开关管串联，当短路故障发生后，快速熔丝因过流而烧毁，此时，将短路转换为开路。
针对逆变器开关管的开路故障诊断，其主要实现包括开关管开路故障的检测及定位。目前，在电机运动控制、新能源发电、高速列车等领域，均对逆变器功率开关管的开路故障诊断进行了研究。如：
发明专利：一种变频调速系统三相逆变器功率管故障实时检测方法与流程(CN109782105B)，针对电机调速系统的三相逆变器功率管开路故障，通过对dq轴电流进行小波分解，利用细节分量完成功率开关管的开路故障诊断，利用近似分量完成故障类型的区分，不需要过多的计算，大大降低了系统的计算复杂度。本方法利用dq轴电流小波分解后的近似分量实现故障类型区分，意味着其需要故障样本进行训练。
发明专利：级联H桥光伏逆变器开关管开路故障的快速诊断方法(CN111458659B)，针对光伏逆变器开关管开路故障，采用单极性载波移相调制，将调制波和相电流的正负关系划分四个区间，然后在各子模块的载波底端和顶端分别采样子模块输出电压和子模块电容电压，将子模块模块输出电压与子模块电容电压解耦得到用于开路故障诊断的故障特征量。虽然本方法能实现模块内单管或多管故障的准确检测及定位，但需要1.5个载波周期。
发明专利：基于瞬时频率的NPC三电平逆变器开路故障诊断方法(CN111077471B)，针对光伏逆变器开关管开路故障诊断，通过采集逆变器网侧的三相输出电流，利用加权滑动希尔伯特变换法估计其瞬时频率，结合理论瞬时频率，构建瞬时频率残差值，求瞬时频率残差值的均值；根据逆变器网侧的三相输出电流，求出归一化电流周期均值，用瞬时频率残差值的均值、电流周期均值与设定的故障阈值比较判断其故障类型及种类。本方法仍采用电流周期均值法实现开路故障定位，针对变频率电流信号，故障定位结果存在一个基波周期的延迟。
发明内容
本发明的目的是要解决上述现有技术中存在的问题，具体的，结合电信号变化规律，提出基于相位预测的波形延拓方法，实现正弦信号端点的平滑延拓，然后利用希尔伯特变换计算波形延拓后的正弦信号的瞬时幅值，这使得在使用希尔伯特变换计算目标信号的瞬时幅值的时候，避免其受端点效应的影响，从而得到了可靠的故障特征量。
本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断方法，该诊断方法涉及的电路拓扑结构包括直流电源、逆变器和电机；
所述逆变器为电压源型两电平逆变器，包括结构相同的三相桥臂，分别记为u相桥臂、v相桥臂和w相桥臂，u相桥臂、v相桥臂和w相桥臂均与直流电源并联；所述三相桥臂中，每相桥臂包括2个带反向并联二极管的开关管，即三相桥臂共包括6个带反向并联二极管的开关管，将6个带反向并联二极管的开关管分别记为开关管Ge，e表示开关管的序号，e＝1，2，3，4，5，6，其中G1，G3，G5分别为u相桥臂、v相桥臂和w相桥臂的上桥臂开关管；所述电机为永磁同步电机PMSG，包括uvw三相，永磁同步电机PMSG的uvw相分别连接开关管G1，G3，G5的输出端；
所述在线诊断方法的步骤如下：
步骤1，设定采样率为fs，通过采样获得永磁同步电机PMSG的三相输出电流并记为uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000031
h表示第h次采样得到的样本，h＝1，2，...N，N为采样周期内的最大采样次数，N为正整数；
步骤2，根据步骤1得到的uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000032
通过改变相序得到vwu三相输出电流
Figure BDA0003033567420000033
然后再通过改变相序得到wuv三相输出电流
Figure BDA0003033567420000034
步骤3，求三相输出电流归一化Park矢量
步骤3.1，对uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000035
进行Park变换，得到uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000036
在αβ坐标下的uvw三相输出电流分量并分别记为uvw三相输出电流αβ轴分量
Figure BDA0003033567420000037
然后对uvw三相输出电流αβ轴分量
Figure BDA0003033567420000038
进行归一化，并将归一化后的结果分别记为uvw三相输出电流归一化Park矢量α轴分量
Figure BDA0003033567420000041
和uvw三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure BDA0003033567420000042
Park变换和归一化的表达式分别如下：
Figure BDA0003033567420000043
Figure BDA0003033567420000044
Figure BDA0003033567420000045
步骤3.2，采用与步骤3.1同样的方法，对vwu三相输出电流
Figure BDA0003033567420000046
进行Park变换和归一化得到vwu三相输出电流归一化Park矢量α轴分量
Figure BDA0003033567420000047
和vwu三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure BDA0003033567420000048
采用与步骤3.1同样的方法，对wuv三相输出电流
Figure BDA0003033567420000049
进行Park变换和归一化得到wuv三相输出电流归一化Park矢量α轴分量量
Figure BDA00030335674200000410
和wuv三相输出电流归一化Park矢量β分量
Figure BDA00030335674200000411
步骤3.3，将uvw三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure BDA00030335674200000412
vwu三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure BDA00030335674200000413
wuv三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure BDA00030335674200000414
记为三相输出电流归一化Park矢量
Figure BDA00030335674200000415
则：
Figure BDA00030335674200000416
其中，
Figure BDA00030335674200000417
步骤4，通过波形延拓-希尔伯特变换法得到三相输出电流归一化Park矢量
Figure BDA00030335674200000418
的瞬时幅值，并记为归一化的三相瞬时幅值
Figure BDA00030335674200000419
Figure BDA00030335674200000420
步骤5，对步骤4中的归一化的三相瞬时幅值
Figure BDA0003033567420000051
中的三个分量分别取均值得到uvw三相开关管开路故障特征
Figure BDA0003033567420000052
其对应表达式为：
Figure BDA0003033567420000053
Figure BDA0003033567420000054
Figure BDA0003033567420000055
步骤6，设定电流换向检测阈值Fcur，计算得到uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000056
的换向标志
Figure BDA0003033567420000057
步骤7，设定单管开路故障检测阈值μ1、双管开路故障检测阈值μ2，并将其与uvw三相开关管开路故障特征
Figure BDA0003033567420000058
进行以下比较，根据比较结果对单个或两个开关管开路故障发生状态进行诊断，具体诊断如下：
当
Figure BDA0003033567420000059
且
Figure BDA00030335674200000510
且
Figure BDA00030335674200000511
则无开路故障；
当
Figure BDA00030335674200000512
且
Figure BDA00030335674200000513
则G1发生故障；
当
Figure BDA00030335674200000514
且
Figure BDA00030335674200000515
则G2发生故障；
当
Figure BDA00030335674200000516
则G1和G2都发生故障；
当
Figure BDA00030335674200000517
且
Figure BDA00030335674200000518
则G3发生故障；
当
Figure BDA00030335674200000519
且
Figure BDA00030335674200000520
则G4发生故障；
当
Figure BDA00030335674200000521
则G3和G4都发生故障；
当
Figure BDA00030335674200000522
且
Figure BDA00030335674200000523
则G5发生故障；
当
Figure BDA00030335674200000524
且
Figure BDA00030335674200000525
则G6发生故障；
当
Figure BDA00030335674200000526
则G5和G6都发生故障。
优选地，步骤4中所述三相输出电流归一化Park矢量瞬时幅值
Figure BDA00030335674200000527
的计算过程如下：
对三相输出电流归一化Park矢量
Figure BDA0003033567420000061
低通滤波得到滤波后的uvw三相归一化Park矢量
Figure BDA0003033567420000062
设定波形延拓过程中左侧和右侧均延拓M个点；
设定滤波后的uvw三相归一化Park矢量
Figure BDA0003033567420000063
第1次采样相位角为
Figure BDA0003033567420000064
Figure BDA0003033567420000065
此时左侧波形延拓的相角斜率记为
Figure BDA0003033567420000066
波形左延拓的相位预测值
Figure BDA0003033567420000067
为：
Figure BDA0003033567420000068
其中，m表示延拓过程中的第m个点，m∈[1，2，...，M]，则波形左延拓的M个波形延拓值为：
Figure BDA0003033567420000069
第N次采样相位角为
Figure BDA00030335674200000610
Figure BDA00030335674200000611
此时右侧波形延拓的相角斜率记为
Figure BDA00030335674200000612
波形右延拓的相位预测值
Figure BDA00030335674200000613
为：
Figure BDA00030335674200000614
则波形右延拓的M个波形延拓值为：
Figure BDA00030335674200000615
将延拓后的波形记为
Figure BDA00030335674200000616
Figure BDA00030335674200000617
利用希尔伯特变换计算延拓波形
Figure BDA00030335674200000618
的瞬时幅值
Figure BDA00030335674200000619
如下：
Figure BDA00030335674200000620
Figure BDA00030335674200000621
其中，P为柯西主值；
对瞬时幅值
Figure BDA0003033567420000071
进行低通滤波，得到
Figure BDA0003033567420000072
的瞬时幅值
Figure BDA0003033567420000073
Figure BDA0003033567420000074
优选地，步骤6中所述uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000075
的换向标志
Figure BDA0003033567420000076
的计算过程如下：
首先设定电流换向检测阈值Fcur，并求得uvw三相电流状态标志
Figure BDA0003033567420000077
Figure BDA0003033567420000078
表达式如下：
Figure BDA0003033567420000079
Figure BDA00030335674200000710
Figure BDA00030335674200000711
设定当
Figure BDA00030335674200000712
则uvw三相输出电流
Figure BDA00030335674200000713
的三相电流换向标志
Figure BDA00030335674200000714
的计算式如下：
若h＝1，
Figure BDA00030335674200000715
若h＞1，
Figure BDA00030335674200000716
若h＝1，
Figure BDA00030335674200000717
若h＞1，
Figure BDA00030335674200000718
若h＝1，
Figure BDA00030335674200000719
若h＞1，
Figure BDA00030335674200000720
本发明利用估计得到的瞬时幅值进行均值计算，得到最终的故障特征，并提出新的用于标记三相电流换向的特征量，将基于瞬时幅值的故障特征与用于标记三相电流换向的特征量相结合，按照设定的故障诊断逻辑规则，实现用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1、基于相位预测-波形延拓的瞬时幅值估计方法，可避免端点效应影响，保证估计的瞬时幅值的准确性，相对于其它用于瞬时幅值估计的希尔伯特改进方法，其计算量更小；
2、在电机电流频率发生变化的情况下，仍可有效实现逆变器开路故障的快速检测和定位；
3、利用提出的电流换向状态标志代替电流周期均值实现逆变器开关管上下桥臂的定位，避免了变频率下电流周期均值计算的延迟，从而克服了已有基于电流的逆变器开路故障诊断方法实时性差的不足。
附图说明
图1是本发明用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断方法的流程图；
图2是本发明实施例中用于电机控制的逆变器的拓扑图；
图3是本发明实施例中采样获得的三相输出电流
Figure BDA0003033567420000081
的仿真波形图；
图4是本发明实施例中归一化的三相瞬时幅值
Figure BDA0003033567420000082
仿真波形图；
图5是本发明实施例中uvw三相开关管开路故障特征
Figure BDA0003033567420000083
的仿真波形图；
图6是本发明实施例中uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000084
的换向标志
Figure BDA0003033567420000085
的仿真波形图；
图7是本发明实施例中的开关管G1，G2开路故障诊断结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
图2为本发明实施例中用于电机控制的逆变器的拓扑图，由该图可见，该诊断方法涉及的电路拓扑结构包括直流电源、逆变器和电机。
所述逆变器为电压源型两电平逆变器，包括结构相同的三相桥臂，分别记为u相桥臂、v相桥臂和w相桥臂，u相桥臂、v相桥臂和w相桥臂均与直流电源并联。所述三相桥臂中，每相桥臂包括2个带反向并联二极管的开关管，即三相桥臂共包括6个带反向并联二极管的开关管，将6个带反向并联二极管的开关管分别记为开关管Ge，e表示开关管的序号，e＝1，2，3，4，5，6，其中G1，G3，G5分别为u相桥臂、v相桥臂和w相桥臂的上桥臂开关管。所述电机为永磁同步电机PMSG，包括uvw三相，永磁同步电机PMSG的uvw相分别连接开关管G1，G3，G5的输出端。图2中，G2，G4，G6分别为u相桥臂、v相桥臂和w相桥臂的下桥臂开关管。
图1是本发明用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断方法的流程图。由图1可见，本发明所述在线诊断方法的步骤如下：
步骤1，设定采样率为fs，通过采样获得永磁同步电机PMSG的三相输出电流并记为uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000091
h表示第h次采样得到的样本，h＝1，2，...N，N为采样周期内的最大采样次数，N为正整数。
步骤2，根据步骤1得到的uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000092
通过改变相序得到vwu三相输出电流
Figure BDA0003033567420000093
然后再通过改变相序得到wuv三相输出电流
Figure BDA0003033567420000094
步骤3，求三相输出电流归一化Park矢量
步骤3.1，对uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000101
进行Park变换，得到uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000102
在αβ坐标下的uvw三相输出电流分量并分别记为uvw三相输出电流αβ轴分量
Figure BDA0003033567420000103
然后对uvw三相输出电流αβ轴分量
Figure BDA0003033567420000104
进行归一化，并将归一化后的结果分别记为uvw三相输出电流归一化Park矢量α轴分量
Figure BDA0003033567420000105
和uvw三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure BDA0003033567420000106
Park变换和归一化的表达式分别如下：
Figure BDA0003033567420000107
Figure BDA0003033567420000108
Figure BDA0003033567420000109
步骤3.2，采用与步骤3.1同样的方法，对vwu三相输出电流
Figure BDA00030335674200001010
进行Park变换和归一化得到vwu三相输出电流归一化Park矢量α轴分量
Figure BDA00030335674200001011
和vwu三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure BDA00030335674200001012
采用与步骤3.1同样的方法，对wuv三相输出电流
Figure BDA00030335674200001013
进行Park变换和归一化得到wuv三相输出电流归一化Park矢量α轴分量量
Figure BDA00030335674200001014
和wuv三相输出电流归一化Park矢量β分量
Figure BDA00030335674200001015
步骤3.3，将uvw三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure BDA00030335674200001016
vwu三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure BDA00030335674200001017
wuv三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure BDA00030335674200001018
记为三相输出电流归一化Park矢量
Figure BDA00030335674200001019
则：
Figure BDA00030335674200001020
其中，
Figure BDA00030335674200001021
步骤4，通过波形延拓-希尔伯特变换法得到三相输出电流归一化Park矢量
Figure BDA0003033567420000111
的瞬时幅值，并记为归一化的三相瞬时幅值
Figure BDA0003033567420000112
Figure BDA0003033567420000113
具体计算过程如下：
三相输出电流归一化Park矢量瞬时幅值
Figure BDA0003033567420000114
的计算过程如下：
对三相输出电流归一化Park矢量
Figure BDA0003033567420000115
低通滤波得到滤波后的uvw三相归一化Park矢量
Figure BDA0003033567420000116
设定波形延拓过程中左侧和右侧均延拓M个点；
设定滤波后的uvw三相归一化Park矢量
Figure BDA0003033567420000117
第1次采样相位角为
Figure BDA0003033567420000118
Figure BDA0003033567420000119
此时左侧波形延拓的相角斜率记为
Figure BDA00030335674200001110
波形左延拓的相位预测值
Figure BDA00030335674200001111
为：
Figure BDA00030335674200001112
其中，m表示延拓过程中的第m个点，m∈[1，2，...，M]，则波形左延拓的M个波形延拓值为：
Figure BDA00030335674200001113
第N次采样相位角为
Figure BDA00030335674200001114
Figure BDA00030335674200001115
此时右侧波形延拓的相角斜率记为
Figure BDA00030335674200001116
波形右延拓的相位预测值
Figure BDA00030335674200001117
为：
Figure BDA00030335674200001118
则波形右延拓的M个波形延拓值为：
Figure BDA00030335674200001119
将延拓后的波形记为
Figure BDA00030335674200001120
Figure BDA00030335674200001121
利用希尔伯特变换计算延拓波形
Figure BDA0003033567420000121
的瞬时幅值
Figure BDA0003033567420000122
如下：
Figure BDA0003033567420000123
Figure BDA0003033567420000124
其中，P为柯西主值；
对瞬时幅值
Figure BDA0003033567420000125
进行低通滤波，得到
Figure BDA0003033567420000126
的瞬时幅值
Figure BDA0003033567420000127
Figure BDA0003033567420000128
步骤5，对步骤4中的归一化的三相瞬时幅值
Figure BDA0003033567420000129
中的三个分量分别取均值得到uvw三相开关管开路故障特征
Figure BDA00030335674200001210
其对应表达式为：
Figure BDA00030335674200001211
Figure BDA00030335674200001212
Figure BDA00030335674200001213
步骤6，设定电流换向检测阈值Fcur，计算得到uvw三相输出电流
Figure BDA00030335674200001214
的换向标志
Figure BDA00030335674200001215
具体计算过程如下：
首先设定电流换向检测阈值Fcur，并求得uvw三相电流状态标志
Figure BDA00030335674200001216
Figure BDA00030335674200001217
表达式如下：
Figure BDA00030335674200001218
Figure BDA00030335674200001219
Figure BDA0003033567420000131
设定当
Figure BDA0003033567420000132
则uvw三相输出电流
Figure BDA0003033567420000133
的三相电流换向标志
Figure BDA0003033567420000134
的计算式如下：
若h＝1，
Figure BDA0003033567420000135
若h＞1，
Figure BDA0003033567420000136
若h＝1，
Figure BDA0003033567420000137
若h＞1，
Figure BDA0003033567420000138
若h＝1，
Figure BDA0003033567420000139
若h＞1，
Figure BDA00030335674200001310
步骤7，设定单管开路故障检测阈值μ1、双管开路故障检测阈值μ2，并将其与uvw三相开关管开路故障特征
Figure BDA00030335674200001311
进行以下比较，根据比较结果对单个或两个开关管开路故障发生状态进行诊断，具体诊断如下：
当
Figure BDA00030335674200001312
且
Figure BDA00030335674200001313
且
Figure BDA00030335674200001314
则无开路故障；
当
Figure BDA00030335674200001315
且
Figure BDA00030335674200001316
则G1发生故障；
当
Figure BDA00030335674200001317
且
Figure BDA00030335674200001318
则G2发生故障；
当
Figure BDA00030335674200001319
则G1和G2都发生故障；
当
Figure BDA00030335674200001320
且
Figure BDA00030335674200001321
则G3发生故障；
当
Figure BDA00030335674200001322
且
Figure BDA00030335674200001323
则G4发生故障；
当
Figure BDA00030335674200001324
则G3和G4都发生故障；
当
Figure BDA0003033567420000141
且
Figure BDA0003033567420000142
则G5发生故障；
当
Figure BDA0003033567420000143
且
Figure BDA0003033567420000144
则G6发生故障；
当
Figure BDA0003033567420000145
则G5和G6都发生故障。
为了验证本发明的有益效果，对本发明进行了仿真。
图3为本发明实施例中采样获得的三相输出电流
Figure BDA0003033567420000146
的仿真波形图，由该图可见，在0.05秒到0.08秒以及0.13秒到0.2秒之间，三相输出电流
Figure BDA0003033567420000147
幅值变小，对应频率变大，这模拟了电机变频调速过程。其次，在0.05秒够，u相输出电流
Figure BDA0003033567420000148
幅值为正的部分完全丢失，这模拟了开关管G1开路故障，在0.16秒后u相输出电流
Figure BDA00030335674200001423
幅值为零，这模拟了开关管G1和G2同时开路故障。
图4为本发明实施例中归一化的三相瞬时幅值
Figure BDA0003033567420000149
仿真波形图，由该图可见，在0.01秒到0.05秒之间，无故障时，归一化的三相瞬时幅值
Figure BDA00030335674200001410
均为1，而当u相发生开路故障时，u相归一化的三相瞬时幅值
Figure BDA00030335674200001411
小于1，vw相输出电流归一化的Park矢量瞬时幅值大于1。当只有单管故障时，u相输出归一化的三相瞬时幅值
Figure BDA00030335674200001412
和
Figure BDA00030335674200001413
近似为0.5，当双管故障时，u相归一化的三相瞬时幅值
Figure BDA00030335674200001414
近似为0。
图5为本发明实施例中uvw三相开关管开路故障特征
Figure BDA00030335674200001415
的仿真波形图，由该图可见，在0.05秒后，u相故障特征
Figure BDA00030335674200001416
低于阈值μ1＝0.9，检测出单管故障，在0.16秒后，u相故障特征
Figure BDA00030335674200001417
低于阈值μ2＝0.6，检测出双管故障，vw相故障特征
Figure BDA00030335674200001418
和
Figure BDA00030335674200001419
则始终大于阈值μ1＝0.9，无误报。
图6为本发明实施例中uvw三相输出电流
Figure BDA00030335674200001420
的换向标志
Figure BDA00030335674200001421
的仿真波形图，由该图可见，u相输出电流
Figure BDA00030335674200001422
换向标志
Figure BDA0003033567420000151
在0.05秒后始终为-1，表征u相开关管G1发生开路故障。
图7是本发明实施例中的开关管G1，G2开路故障诊断结果图，由该图可见，在0.055秒之后检测出开关管G1发生开路故障，0.163秒之后检测出开关管G1和G2开关管均发生开路故障。

Claims (3)

1.一种用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断方法，该诊断方法涉及的电路拓扑结构包括直流电源、逆变器和电机；
所述逆变器为电压源型两电平逆变器，包括结构相同的三相桥臂，分别记为u相桥臂、v相桥臂和w相桥臂，u相桥臂、v相桥臂和w相桥臂均与直流电源并联；所述三相桥臂中，每相桥臂包括2个带反向并联二极管的开关管，即三相桥臂共包括6个带反向并联二极管的开关管，将6个带反向并联二极管的开关管分别记为开关管Ge，e表示开关管的序号，e＝1，2，3，4，5，6，其中G1，G3，G5分别为u相桥臂、v相桥臂和w相桥臂的上桥臂开关管；所述电机为永磁同步电机PMSG，包括uvw三相，永磁同步电机PMSG的uvw相分别连接开关管G1，G3，G5的输出端；
其特征在于，所述在线诊断方法的步骤如下：
步骤1，设定采样率为fs，通过采样获得永磁同步电机PMSG的三相输出电流并记为uvw三相输出电流
Figure FDA0003033567410000011
h表示第h次采样得到的样本，h＝1，2，...N，N为采样周期内的最大采样次数，N为正整数；
步骤2，根据步骤1得到的uvw三相输出电流
Figure FDA0003033567410000012
通过改变相序得到vwu三相输出电流
Figure FDA0003033567410000013
然后再通过改变相序得到wuv三相输出电流
Figure FDA0003033567410000014
步骤3，求三相输出电流归一化Park矢量
步骤3.1，对uvw三相输出电流
Figure FDA0003033567410000015
进行Park变换，得到uvw三相输出电流
Figure FDA0003033567410000016
在αβ坐标下的uvw三相输出电流分量并分别记为uvw三相输出电流αβ轴分量
Figure FDA0003033567410000017
然后对uvw三相输出电流αβ轴分量
Figure FDA0003033567410000018
进行归一化，并将归一化后的结果分别记为uvw三相输出电流归一化Park矢量α轴分量
Figure FDA0003033567410000021
和uvw三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure FDA0003033567410000022
Park变换和归一化的表达式分别如下：
Figure FDA0003033567410000023
Figure FDA0003033567410000024
Figure FDA0003033567410000025
步骤3.2，采用与步骤3.1同样的方法，对vwu三相输出电流
Figure FDA0003033567410000026
进行Park变换和归一化得到vwu三相输出电流归一化Park矢量α轴分量
Figure FDA0003033567410000027
和vwu三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure FDA0003033567410000028
采用与步骤3.1同样的方法，对wuv三相输出电流
Figure FDA0003033567410000029
进行Park变换和归一化得到wuv三相输出电流归一化Park矢量α轴分量量
Figure FDA00030335674100000210
和wuv三相输出电流归一化Park矢量β分量
Figure FDA00030335674100000211
步骤3.3，将uvw三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure FDA00030335674100000212
vwu三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure FDA00030335674100000213
wuv三相输出电流归一化Park矢量β轴分量
Figure FDA00030335674100000214
记为三相输出电流归一化Park矢量
Figure FDA00030335674100000215
则：
Figure FDA00030335674100000216
其中，
Figure FDA00030335674100000217
步骤4，通过波形延拓-希尔伯特变换法得到三相输出电流归一化Park矢量
Figure FDA00030335674100000218
的瞬时幅值，并记为归一化的三相瞬时幅值
Figure FDA00030335674100000219
Figure FDA00030335674100000220
步骤5，对步骤4中的归一化的三相瞬时幅值
Figure FDA00030335674100000221
中的三个分量分别取均值得到uvw三相开关管开路故障特征
Figure FDA0003033567410000031
其对应表达式为：
Figure FDA0003033567410000032
Figure FDA0003033567410000033
Figure FDA0003033567410000034
步骤6，设定电流换向检测阈值Fcur，计算得到uvw三相输出电流
Figure FDA0003033567410000035
的换向标志
Figure FDA0003033567410000036
步骤7，设定单管开路故障检测阈值μ1、双管开路故障检测阈值μ2，并将其与uvw三相开关管开路故障特征
Figure FDA0003033567410000037
进行以下比较，根据比较结果对单个或两个开关管开路故障发生状态进行诊断，具体诊断如下：
当
Figure FDA0003033567410000038
且
Figure FDA0003033567410000039
且
Figure FDA00030335674100000310
则无开路故障；
当
Figure FDA00030335674100000311
且
Figure FDA00030335674100000312
则G1发生故障；
当
Figure FDA00030335674100000313
且
Figure FDA00030335674100000314
则G2发生故障；
当
Figure FDA00030335674100000315
则G1和G2都发生故障；
当
Figure FDA00030335674100000316
且
Figure FDA00030335674100000317
则G3发生故障；
当
Figure FDA00030335674100000318
且
Figure FDA00030335674100000319
则G4发生故障；
当
Figure FDA00030335674100000320
则G3和G4都发生故障；
当
Figure FDA00030335674100000321
且
Figure FDA00030335674100000322
则G5发生故障；
当
Figure FDA00030335674100000323
且
Figure FDA00030335674100000324
则G6发生故障；
当
Figure FDA00030335674100000325
则G5和G6都发生故障。
2.根据权利要求1所述的一种用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断方法，其特征在于，步骤4中所述三相输出电流归一化Park矢量瞬时幅值
Figure FDA0003033567410000041
的计算过程如下：
对三相输出电流归一化Park矢量
Figure FDA0003033567410000042
低通滤波得到滤波后的uvw三相归一化Park矢量
Figure FDA0003033567410000043
设定波形延拓过程中左侧和右侧均延拓M个点；
设定滤波后的uvw三相归一化Park矢量
Figure FDA0003033567410000044
第1次采样相位角为
Figure FDA0003033567410000045
Figure FDA0003033567410000046
此时左侧波形延拓的相角斜率记为
Figure FDA0003033567410000047
波形左延拓的相位预测值
Figure FDA0003033567410000048
为：
Figure FDA0003033567410000049
其中，m表示延拓过程中的第m个点，m∈[1，2，...，M]，则波形左延拓的M个波形延拓值为：
Figure FDA00030335674100000410
第N次采样相位角为
Figure FDA00030335674100000411
Figure FDA00030335674100000412
此时右侧波形延拓的相角斜率记为
Figure FDA00030335674100000413
波形右延拓的相位预测值
Figure FDA00030335674100000414
为：
Figure FDA00030335674100000415
则波形右延拓的M个波形延拓值为：
Figure FDA00030335674100000416
将延拓后的波形记为
Figure FDA00030335674100000417
Figure FDA00030335674100000418
利用希尔伯特变换计算延拓波形
Figure FDA00030335674100000419
的瞬时幅值
Figure FDA00030335674100000420
如下：
Figure FDA00030335674100000421
Figure FDA00030335674100000422
其中，P为柯西主值；
对瞬时幅值
Figure FDA0003033567410000051
进行低通滤波，得到
Figure FDA0003033567410000052
的瞬时幅值
Figure FDA0003033567410000053
Figure FDA0003033567410000054
3.根据权利要求1所述的一种用于电机控制的逆变器开路故障在线诊断方法，其特征在于，步骤6中所述uvw三相输出电流
Figure FDA0003033567410000055
的换向标志
Figure FDA0003033567410000056
的计算过程如下：
首先设定电流换向检测阈值Fcur，并求得uvw三相电流状态标志
Figure FDA0003033567410000057
Figure FDA0003033567410000058
表达式如下：
Figure FDA0003033567410000059
Figure FDA00030335674100000510
Figure FDA00030335674100000511
设定当f1 u≠0，f1 v≠0，f1 w≠0，
Figure FDA00030335674100000512
则uvw三相输出电流
Figure FDA00030335674100000513
的三相电流换向标志
Figure FDA00030335674100000514
的计算式如下：
若h＝1，
Figure FDA00030335674100000515
若h＞1，
Figure FDA00030335674100000516
若h＝1，
Figure FDA00030335674100000517
若h＞1，
Figure FDA00030335674100000518
若h＝1，
Figure FDA00030335674100000519
若h＞1，
Figure FDA00030335674100000520
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