CN115629332A - 逆变器故障检测方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆变器故障检测方法、装置及电子设备。涉及逆变器领域，该方法包括：确定对逆变器输出的三相电流信号进行采集的采集周期的周期长度，并将周期长度对应的时间范围划分为多个第一目标时间范围；在第一目标采集周期内，对逆变器输出的三相电流信号进行采集，得到与每个第一目标时间范围对应的三相电流信号组；基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的第一变化率；基于每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定逆变器是否发生故障。本发明解决了现有技术中对逆变器的故障检测环节复杂造成的检测效率低的技术问题。

Description

逆变器故障检测方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及逆变器领域，具体而言，涉及一种逆变器故障检测方法、装置及电子设备。

背景技术

三相逆变器在实际的运行过程中常常因过电压、过电流、器件过温老化等情况出现故障，其中大部分故障是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)故障。IGBT常见故障有短路故障和开路故障。当系统因电击穿、热击穿等原因发生短路故障时，系统中的硬件电路会及时检测并进行处理，一般的做法为直接切除故障或者在电路中串联快速熔断器，将短路故障转换为开路故障。因此，对于IGBT故障诊断的研究主要针对IGBT开路故障。在IGBT发生开路故障后，逆变器与负载在短时间内依然能工作，但输出电流会发生严重的畸变，长此以往若不能及时检测并处理，会给逆变器和负载带来二次伤害。因此，研究逆变器IGBT的开路故障诊断意义重大。

目前，相关技术中对逆变器的故障检测环节(如：通过检测各相电流正负半波部分对应的功率以实现对逆变器的故障检测等)复杂，从而具有检测效率低的问题。针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种逆变器故障检测方法、装置及电子设备，以至少解决现有技术中对逆变器的故障检测环节复杂造成的检测效率低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种逆变器故障检测方法，包括：确定对逆变器输出的三相电流信号进行采集的采集周期的周期长度，并将周期长度对应的时间范围划分为多个第一目标时间范围；在第一目标采集周期内，对逆变器输出的三相电流信号进行采集，得到与每个第一目标时间范围对应的三相电流信号组，其中，每个三相电流信号组由两个三相电流信号组成，两个三相电流信号的采集时刻分别为第一目标时间范围的初始时刻和结束时刻；基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的第一变化率，其中，第一变化率表征当前三相电流信号组在第一目标时间范围内的电流矢量角度的变化率；基于每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定逆变器是否发生故障。

进一步地，逆变器故障检测方法还包括：将第一三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，得到第一三相电流信号在α轴的第一电流值，以及第一三相电流信号在β轴的第二电流值，其中，第一三相电流信号和第二三相电流信号用于组成目标三相电流信号组，目标三相电流信号组为多个三相电流信号组中的任意一个三相电流信号组；将第二三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，得到第二三相电流信号在α轴的第三电流值，以及第二三相电流信号在β轴的第四电流值；基于第一电流值、第二电流值、第三电流值、第四电流值以及与目标三相电流信号组对应的第一目标时间范围，确定目标三相电流信号组对应的第一变化率。

进一步地，逆变器故障检测方法还包括：计算每个第一变化率与目标变化率之间的偏差，得到多个目标偏差值，其中，目标变化率为三相电流信号在逆变器未发生故障时所对应的电流矢量角度的变化率；基于每个目标偏差值以及该目标偏差值对应的第一目标时间范围，确定第一目标采集周期内的平均偏差值；基于平均偏差值以及目标变化率，确定逆变器是否发生故障。

进一步地，逆变器故障检测方法还包括：计算平均偏差值与目标变化率的比值，得到计算结果；若计算结果大于或等于第一预设阈值，则确定逆变器发生故障；若计算结果小于第一预设阈值，则确定逆变器未发生故障。

进一步地，逆变器故障检测方法还包括：在确定逆变器是否发生故障之后，若逆变器发生故障，则确定逆变器在第二目标采集周期内对应的目标三相电流信号，其中，第一目标采集周期与第二目标采集周期的周期长度相同；对目标三相电流信号中的每相电流信号进行分解，得到每相电流信号在第二目标时间范围内对应的多个电流值，以及每相电流信号在第三目标时间范围内对应的多个电流值，其中，第二目标采集周期对应的时间范围由第二目标时间范围和第三目标时间范围组成；基于目标时刻对应的目标基准值对每相电流信号在目标时刻对应的电流值进行标幺化，得到每相电流信号在第一目标时间范围内对应的第一目标标幺量集合，以及每相电流信号在第二目标时间范围内对应的第二目标标幺量集合，其中，目标时刻为第二目标采集周期内的任意时刻，目标基准值为与时间因素相关联的变量；基于第一目标标幺量集合和第二目标标幺量集合，从逆变器中的绝缘栅双极型晶体管中确定发生故障的绝缘栅双极型晶体管。

进一步地，逆变器故障检测方法还包括：在基于目标时刻对应的目标基准值对每相电流信号在目标时刻对应的电流值进行标幺化之前，将目标三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相旋转坐标系，得到目标三相电流信号在d轴的电流值信息，以及目标三相电流信号在q轴的电流值信息；基于目标三相电流信号在d轴的电流值信息，以及目标三相电流信号在q轴的电流值信息，确定目标基准值。

进一步地，逆变器故障检测方法还包括：对每个第一目标标幺量集合所包含的第一目标标幺量进行均值计算，得到与每个第一目标标幺量集合对应的第一目标均值；对每个第二目标标幺量集合所包含的第二目标标幺量进行均值计算，得到与每个第二目标标幺量集合对应的第二目标均值；比较每个第一目标均值与第二预设阈值，得到第一比较结果，并比较每个第二目标均值与第二预设阈值，得到第二比较结果；基于第一比较结果和第二比较结果，确定逆变器中的故障绝缘栅双极型晶体管。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种逆变器故障检测装置，包括：第一确定模块，用于确定对逆变器输出的三相电流信号进行采集的采集周期的周期长度，并将周期长度对应的时间范围划分为多个第一目标时间范围；采集模块，用于在第一目标采集周期内，对逆变器输出的三相电流信号进行采集，得到与每个第一目标时间范围对应的三相电流信号组，其中，每个三相电流信号组由两个三相电流信号组成，两个三相电流信号的采集时刻分别为第一目标时间范围的初始时刻和结束时刻；第二确定模块，用于基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的第一变化率，其中，第一变化率表征当前三相电流信号组在第一目标时间范围内的电流矢量角度的变化率；第三确定模块，用于基于每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定逆变器是否发生故障。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述的逆变器故障检测方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，电子设备包括一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现用于运行程序，其中，程序被设置为运行时执行上述的逆变器故障检测方法。

在本发明实施例中，采用基于逆变器在不同时刻的三相电流信号，确定电流矢量角度的变化率，从而确定逆变器是否发生故障的方式，通过确定对逆变器输出的三相电流信号进行采集的采集周期的周期长度，并将周期长度对应的时间范围划分为多个第一目标时间范围，然后在第一目标采集周期内，对逆变器输出的三相电流信号进行采集，得到与每个第一目标时间范围对应的三相电流信号组，接着基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的第一变化率，从而基于每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定逆变器是否发生故障。其中，每个三相电流信号组由两个三相电流信号组成，两个三相电流信号的采集时刻分别为第一目标时间范围的初始时刻和结束时刻，第一变化率表征当前三相电流信号组在第一目标时间范围内的电流矢量角度的变化率。

在上述过程中，通过基于逆变器在不同时刻的三相电流信号，确定逆变器在第一目标采集周期内的多个时间段所对应的电流矢量角度的变化率，并基于电流矢量角度的变化率确定逆变器是否发生故障，避免了相关技术中通过检测各相电流正负半波部分对应的功率以实现对逆变器故障的检测，从而实现了对逆变器故障诊断中检测环节的简化，有效提高了故障检测效率。此外，由于当逆变器发生故障和未发生故障时，三相电流的电流矢量角度的变化率有所不同，因此，通过基于电流矢量角度的变化率确定逆变器是否发生故障，可以实现对逆变器故障的准确检测。

由此可见，本申请所提供的方案达到了基于逆变器在不同时刻的三相电流信号，确定电流矢量角度的变化率，从而确定逆变器是否发生故障的目的，从而实现了提高故障检测效率的技术效果，进而解决了现有技术中对逆变器的故障检测环节复杂造成的检测效率低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的逆变器故障检测方法的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的三相电流的电流矢量角度示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的单管开路故障时的电流矢量路径示意图；

图4是根据本发明实施例的一种可选的逆变器故障检测方法的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种可选的第一变化率的变化示意图；

图6是根据本发明实施例的一种可选的单相电流的分解示意图；

图7是根据本发明实施例的一种可选的单相电流取绝对值的示意图；

图8是根据本发明实施例的一种可选的逆变器故障检测装置的示意图；

图9是根据本发明实施例的一种可选的电子设备的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种逆变器故障检测方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种可选的逆变器故障检测方法的示意图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101，确定对逆变器输出的三相电流信号进行采集的采集周期的周期长度，并将周期长度对应的时间范围划分为多个第一目标时间范围。

可选的，首先对逆变器输出的三相电流进行说明。逆变器每一相的输出电流均为正弦波，其正半波为逆变器上桥臂所产生，负半波为下桥臂所产生，当某一桥臂出现开路故障时，桥臂对应的电流部分便会出现缺失。因此，可以通过分析三相电流故障波形的特性来进行故障诊断。

在步骤S101中，可以通过电子设备、应用系统、服务器等装置确定对逆变器输出的三相电流信号进行采集的采集周期的周期长度，在本申请中，通过故障检测系统确定对逆变器输出的三相电流信号进行采集的采集周期的周期长度，以在后续基于每个采集周期的采集结果确定每个采集周期内逆变器是否发生故障。可选的，采集周期的周期长度可以为逆变器输出的三相电流所对应的正弦波周期的周期长度，也可以是逆变器输出的三相电流所对应的正弦波周期的周期长度的倍数。

进一步地，当确定了采集周期长度之后，故障检测系统可以将周期长度对应的时间范围划分为多个第一目标时间范围，其中，每个第一目标时间范围对应的时间长度可以相同，也可以不同，第一目标时间范围具体可以用于表征周期长度对应的时间范围中的前0-0.1s、前0.1-0.2s等。

步骤S102，在第一目标采集周期内，对逆变器输出的三相电流信号进行采集，得到与每个第一目标时间范围对应的三相电流信号组，其中，每个三相电流信号组由两个三相电流信号组成，两个三相电流信号的采集时刻分别为第一目标时间范围的初始时刻和结束时刻。

在步骤S102中，第一目标采集周期可以是任意一个采集周期，也可以是固定时间段所对应的采集周期。故障检测系统可以在第一目标采集周期内，对逆变器输出的三相电流信号进行采集，得到与每个第一目标时间范围对应的三相电流信号组。例如，当某一个第一目标时间范围为周期长度对应的时间范围中的前0.1-0.2s时，则该第一目标时间范围对应的三相电流信号组中的两个三相电流信号分别被采集于第一目标采集周期对应的时间范围中初始时刻后的第0.1s和0.2s。且需要说明的是，相邻第一目标时间范围对应的三相电流信号组中存在相同的三相电流信号，例如，当某一个第一目标时间范围为周期长度对应的时间范围中的前0.2-0.3s时，则该第一目标时间范围对应的三相电流信号组中的两个三相电流信号分别被采集于第一目标采集周期对应的时间范围中初始时刻后的第0.2s和0.3s。

需要说明的是，通过获取逆变器在多个时间段内输出的三相电流信号，便于确定逆变器在各时间段所对应的电流矢量角度的变化率，从而可以有效避免当采集时间间隔过大时，故障时段出现在采集时间间隔之间造成的故障漏检。

步骤S103，基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的第一变化率，其中，第一变化率表征当前三相电流信号组在第一目标时间范围内的电流矢量角度的变化率。

可选的，在逆变器正常工作时，逆变器输出的三相电流为平衡的三相正弦波，若对三相电流对做3s/2s变换，则如图2所示的三相电流的电流矢量角度示意图，电流矢量I_s会围绕着图2中的坐标轴的原点匀速等值地旋转，轨迹为圆形，电流矢量的角度值θ_s也在一个周期内匀速增长，变化率为非零定值。当逆变器出现开路故障时，如图3所示的单管开路故障时的电流矢量路径示意图，电流的缺失会使电流矢量旋转的范围不再是一个完整的圆形，电流矢量的角度值也不会一直保持匀速增长，在缺失的时间段内会保持为常量，其变化率会保持为零。

因此，在步骤S103中，故障检测系统可以基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的电流矢量角度的变化率(即前述的第一变化率)，也即确定逆变器在第一目标采集周期内，各第一目标时间范围所对应的电流矢量角度的变化率。

需要说明的是，通过基于逆变器在不同时刻的三相电流信号，确定逆变器在第一目标采集周期内的多个时间段所对应的电流矢量角度的变化率，实现了对逆变器故障诊断中检测环节的简化，从而可以有效提高故障检测效率。

步骤S104，基于每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定逆变器是否发生故障。

在步骤S104中，故障检测系统可以比对每个三相电流信号组对应的第一变化率，以确定每个三相电流信号组对应的第一变化率是否相同，从而基于比对结果确定逆变器是否发生故障，例如，当存在至少一个第一变化率与其它第一变化率均不同，且差值大于或等于预设阈值时，确定逆变器发生故障，当各第一变化率的浮动范围在预设范围内时，确定逆变器未发生故障。可选的，故障检测系统也可以将各三相电流信号组对应的第一变化率与目标变化率进行比对，其中，目标变化率为目标变化率为三相电流信号在逆变器未发生故障时所对应的电流矢量角度的变化率，从而基于该比对结果确定逆变器是否发生故障，例如，当存在至少一个第一变化率与目标变化率不同，且差值大于或等于预设阈值时，确定逆变器发生故障，当各第一变化率相对于目标变化率的浮动范围在预设范围内时，确定逆变器未发生故障。可选的，故障检测系统还可以根据其它方法，基于每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定逆变器是否发生故障。

基于上述步骤S101至步骤S104所限定的方案，可以获知，在本发明实施例中，采用基于逆变器在不同时刻的三相电流信号，确定电流矢量角度的变化率，从而确定逆变器是否发生故障的方式，通过确定对逆变器输出的三相电流信号进行采集的采集周期的周期长度，并将周期长度对应的时间范围划分为多个第一目标时间范围，然后在第一目标采集周期内，对逆变器输出的三相电流信号进行采集，得到与每个第一目标时间范围对应的三相电流信号组，接着基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的第一变化率，从而基于每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定逆变器是否发生故障。其中，每个三相电流信号组由两个三相电流信号组成，两个三相电流信号的采集时刻分别为第一目标时间范围的初始时刻和结束时刻，第一变化率表征当前三相电流信号组在第一目标时间范围内的电流矢量角度的变化率。

容易注意到的是，在上述过程中，通过基于逆变器在不同时刻的三相电流信号，确定逆变器在第一目标采集周期内的多个时间段所对应的电流矢量角度的变化率，并基于电流矢量角度的变化率确定逆变器是否发生故障，避免了相关技术中通过检测各相电流正负半波部分对应的功率以实现对逆变器故障的检测，从而实现了对逆变器故障诊断中检测环节的简化，有效提高了故障检测效率。此外，由于当逆变器发生故障和未发生故障时，三相电流的电流矢量角度的变化率有所不同，因此，通过基于电流矢量角度的变化率确定逆变器是否发生故障，可以实现对逆变器故障的准确检测。

由此可见，本申请所提供的方案达到了基于逆变器在不同时刻的三相电流信号，确定电流矢量角度的变化率，从而确定逆变器是否发生故障的目的，从而实现了提高故障检测效率的技术效果，进而解决了现有技术中对逆变器的故障检测环节复杂造成的检测效率低的技术问题。

在一种可选的实施例中，在基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的第一变化率的过程中，故障检测系统可以将第一三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，得到第一三相电流信号在α轴的第一电流值，以及第一三相电流信号在β轴的第二电流值，并将第二三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，得到第二三相电流信号在α轴的第三电流值，以及第二三相电流信号在β轴的第四电流值，从而基于第一电流值、第二电流值、第三电流值、第四电流值以及与目标三相电流信号组对应的第一目标时间范围，确定目标三相电流信号组对应的第一变化率。其中，第一三相电流信号和第二三相电流信号用于组成目标三相电流信号组，目标三相电流信号组为多个三相电流信号组中的任意一个三相电流信号组。

可选的，由于在实际应用的故障诊断中，很难通过电流矢量的旋转范围判断逆变器是否出现开路故障，因此，在本申请中，利用第一变化率在逆变器发生IGBT开路故障前后数值的变化来判断故障发生与否。具体地，可以基于如下公式确定第一变化率：

其中，F_i表示第i个三相电流信号组对应的第一变化率，θ_s表示电流矢量角度。其中，dθ_s可以通过如下公式计算得到：

其中，

表示目标三相电流信号组中后被采集的三相电流信号对应的电流矢量角度，

表示目标三相电流信号组中先被采集的三相电流信号对应的电流矢量角度。在本实施例中，以第一三相电流信号为后被采集的三相电流信号，第二三相电流信号为先被采集的三相电流信号为例进行说明。

进一步地，

其中，

表示第一三相电流信号在α轴的第一电流值，

表示第一三相电流信号在β轴的第二电流值，i_k表示第一三相电流信号的电流值，且

因此，每个三相电流信号组对应的第一变化率可以通过如下公式计算得到：

其中，

表示第二三相电流信号在α轴的第三电流值，

表示第二三相电流信号在β轴的第四电流值，Δt_i表示第i个目标三相电流信号组对应的第一目标时间范围中初始时刻与结束时刻的时间间隔。

故而，对于任一三相电流信号组，如图4所示，故障检测系统可以将该三相电流信号组包含的两个三相电流信号均做3s/2s变换，也即将两个三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，从而得到每个三相电流信号在α轴的电流值和在β轴的电流值，进而可以基于每个三相电流信号在α轴的电流值和在β轴的电流值，以及该三相电流信号组对应的第一目标时间范围，确定该目标三相电流信号组对应的第一变化率。

其中，需要说明的是，通过对三相电流信号组中的三相电流信号进行3s/2s变换，并基于变换结果确定三相电流信号组对应的第一变化率，实现了对第一变化率的准确确定。

在一种可选的实施例中，在基于每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定逆变器是否发生故障的过程中，故障检测系统可以计算每个第一变化率与目标变化率之间的偏差，得到多个目标偏差值，然后基于每个目标偏差值以及该目标偏差值对应的第一目标时间范围，确定第一目标采集周期内的平均偏差值，从而基于平均偏差值以及目标变化率，确定逆变器是否发生故障。其中，目标变化率为三相电流信号在逆变器未发生故障时所对应的电流矢量角度的变化率。

可选的，图5为第一变化率的变化示意图，如图5中所示，横轴表示时间，纵轴表示第一变化率的数值，当逆变器没有故障时，前述的第一变化率的值不为零，且为一定值，因此，将该值设为F_ε(也即前述的目标变化率)。当逆变器出现开路故障时，三相电流信号在α轴的电流值和三相电流信号在β轴的电流值所组成的矢量运动的轨迹为直线，即三相电流信号在α轴的电流值和三相电流信号在β轴的电流值成正比，对应的第一变化率的值等于零，因此，即在某一采集周期内，若出现开路故障，则第一变化率会发生突变。其中，如图5所示，突变时间在周期长度T中的占比根据故障部位以及故障管数而定。单管故障占比为50％，同一桥臂上下IGBT故障占比为100％，不同桥臂异侧两个IGBT故障占比为66.7％，不同桥臂同侧两个IGBT故障占比为83.3％。则当逆变器无故障时k的值约为0。

具体地，当确定了每个三相电流信号组对应的第一变化率之后，故障检测系统可以先基于如下公式确定多个目标偏差值：

ε_i＝|F_ε-F_i|

其中，ε_i表示第i个三相电流信号组对应的目标偏差量，F_ε表示目标变化率。

之后，可以基于如下公式确定第一目标采集周期内的平均偏差值：

其中，

表示平均偏差值，T表示第一目标采集周期对应的周期长度。

进一步地，如图4所示，当确定了平均偏差值之后，故障检测系统可以确定平均偏差值与目标变化率的比值，从而基于比值是否大于预设比值，确定逆变器是否发生故障，可选的，故障检测系统也可以确定平均偏差值与目标变化率的差值，从而基于差值是否大于预设差值，确定逆变器是否发生故障。

需要说明的是，通过结合目标变化率，并根据第一变化率与目标变化率之间的偏差量确定逆变器是否发生故障，可以有效提高故障检测的准确率。

在一种可选的实施例中，在基于平均偏差值以及目标变化率，确定逆变器是否发生故障的过程中，故障检测系统可以计算平均偏差值与目标变化率的比值，得到计算结果，若计算结果大于或等于第一预设阈值，则确定逆变器发生故障；若计算结果小于第一预设阈值，则确定逆变器未发生故障。

可选的，故障检测系统可以将平均偏差值除以目标变化率，以得到计算结果

之后，可以定义如下诊断变量：

其中，S表示诊断变量，k_m表示第一预设阈值。故障检测系统可以在S＝1时，确定逆变器发生故障，在S＝0时，确定逆变器未发生故障。

在一种可选的实施例中，当逆变器中的单IGBT故障时，k的值约为1/2，同一桥臂上下IGBT故障时，k的值约为1，不同桥臂异侧两个IGBT故障时，k的值约为2/3，不同桥臂同侧两个IGBT故障时，k的值约为5/6。因此，在逆变器工作过程中，通过实时监控k的值，不仅可以实时判断逆变器是否出现开路故障，还可以实现对逆变器的故障类型的快速确定。由此，不仅能够更加准确的实现故障检测，还能有效提高故障检测效率，减少排查故障的时间。

在一种可选的实施例中，在确定逆变器是否发生故障之后，若逆变器发生故障，则故障检测系统可以确定逆变器在第二目标采集周期内对应的目标三相电流信号，并对目标三相电流信号中的每相电流信号进行分解，得到每相电流信号在第二目标时间范围内对应的多个电流值，以及每相电流信号在第三目标时间范围内对应的多个电流值，并基于目标时刻对应的目标基准值对每相电流信号在目标时刻对应的电流值进行标幺化，得到每相电流信号在第一目标时间范围内对应的第一目标标幺量集合，以及每相电流信号在第二目标时间范围内对应的第二目标标幺量集合，从而基于第一目标标幺量集合和第二目标标幺量集合，从逆变器中的绝缘栅双极型晶体管中确定发生故障的绝缘栅双极型晶体管。其中，第一目标采集周期与第二目标采集周期的周期长度相同，第二目标采集周期对应的时间范围由第二目标时间范围和第三目标时间范围组成，目标时刻为第二目标采集周期内的任意时刻，目标基准值为与时间因素相关联的变量。

可选的，当判断出逆变器发生开路故障之后，可以通过标幺化均值法进行故障定位。具体地，如图6所示，逆变器的每相电流可以看作是正半波和负半波两个电流叠加的结果，若将这两个电流分解开来，则能反映每个桥臂的状态。因此，如图4、图6所示，故障检测系统可以确定逆变器在第二目标采集周期内对应的目标三相电流信号(如图6中的左侧所示)，并对目标三相电流信号中的每相电流信号进行分解，得到如图6中右侧所示的每相电流信号的正半波部分(相当于第二目标时间范围内)对应的电流变量(即前述的多个电流值)，以及每相电流信号的负半波部分(相当于第二目标时间范围内)对应的电流变量，其中，图6中的横轴表示时间，纵轴表示电流值，电流变量中的每个电流值与第二目标采集周期内的各时刻相关联，前述的第二目标采集周期可以是第一目标采集周期，也可以是第一目标采集周期之后的任意一个采集周期。

之后，如图7所示，故障检测系统可以将三相电流中每相电流负半波部分的对应的电流变量(如图7中的左侧所示)取绝对值，从而得到如图7中右侧所示的电流变量，最终获得三相电流所对应的共六组为正值的电流变量，其中，图7中的横轴表示时间，纵轴表示电流值，每组电流变量由正半波部分对应的多个电流值，或者，负半波部分对应的多个电流值组成。这六组电流变量分别为与A相电流的正半波部分对应的电流变量i_A+、与A相电流的负半波部分对应的电流变量i_A-，与B相电流的正半波部分对应的电流变量i_B+，与B相电流的负半波部分对应的电流变量i_B-，与C相电流的正半波部分对应的电流变量i_C+，与C相电流的负半波部分对应的电流变量i_C-。

进一步地，如图4所示，故障检测系统可以基于某一时刻(即目标时刻)对应的目标基准值对每个电流变量在该时刻对应的电流值进行标幺化，从而得到每相电流信号的正半波部分的电流变量对应的第一目标标幺量集合，以及每相电流信号的负半波部分的电流变量对应的的第二目标标幺量集合。通俗而言，由于电流变量与目标基准值均为与时间因素相关联的变量，即随着时间的变化而可能发生变化的变量，因此，在对电流变量进行标幺化的过程中，对于处于同一时刻的电流值，采用对应时刻的目标基准量进行处理。

更进一步地，在得到了三个第一目标标幺量集合和三个第二目标标幺量集合之后，故障故障检测系统可以基于第一目标标幺量集合和第二目标标幺量集合，从逆变器中的绝缘栅双极型晶体管中确定发生故障的绝缘栅双极型晶体管。

需要说明的是，通过在故障判别发现故障发生后才进行故障定位，可以减轻相关系统日常无故障情况下的负担。另一方面，通过对目标三相电流信号中的每相电流信号进行分解，使得得到的分解电流能够反映每个桥臂的状态，从而便于实现对故障的精准定位。

在一种可选的实施例中，在基于目标时刻对应的目标基准值对每相电流信号在目标时刻对应的电流值进行标幺化之前，故障检测系统可以将目标三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相旋转坐标系，得到目标三相电流信号在d轴的电流值信息，以及目标三相电流信号在q轴的电流值信息，从而基于目标三相电流信号在d轴的电流值信息，以及目标三相电流信号在q轴的电流值信息，确定目标基准值。

可选的，如图4所示，故障检测系统对第二采集周期内的目标三相电流信号做3s/2r变换，也即将目标三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相旋转坐标系，从而得到目标三相电流信号在d轴的电流值信息和在q轴的电流值信息，其中，目标三相电流信号在d轴的电流值信息表征了目标三相电流信号在第二采集周期内的每一时刻在d轴的分量，目标三相电流信号在q轴的电流值信息表征了目标三相电流信号在第二采集周期内的每一时刻在q轴的分量。

进一步地，如图4所示，当确定了基于目标三相电流信号在d轴的电流值信息，以及目标三相电流信号在q轴的电流值信息之后，故障检测系统可以基于如下公式确定某一时刻的目标基准值：

其中，i_e表示某一时刻的目标基准值，i_d表示该时刻目标三相电流信号在d轴的分量，i_q该时刻目标三相电流信号在q轴的分量。

因此，可以基于前述方法，实现对第二采集周期内每一时刻的目标基准值的确定。

在一种可选的实施例中，在基于第一目标标幺量集合和第二目标标幺量集合，从逆变器中的绝缘栅双极型晶体管中确定发生故障的绝缘栅双极型晶体管的过程中，故障检测系统可以对每个第一目标标幺量集合所包含的第一目标标幺量进行均值计算，得到与每个第一目标标幺量集合对应的第一目标均值，然后对每个第二目标标幺量集合所包含的第二目标标幺量进行均值计算，得到与每个第二目标标幺量集合对应的第二目标均值，从而比较每个第一目标均值与第二预设阈值，得到第一比较结果，并比较每个第二目标均值与第二预设阈值，得到第二比较结果，进而基于第一比较结果和第二比较结果，确定逆变器中的故障绝缘栅双极型晶体管。

可选的，如图4所示，故障检测系统可以对各第一目标标幺量集合求平均值，得到与A相电流的正半波部分对应的第一目标均值

与B相电流的正半波部分对应的第一目标均值

与C相电流的正半波部分对应的第一目标均值

与A相电流的负半波部分对应的第二目标均值

与B相电流的负半波部分对应的第二目标均值

与C相电流的负半波部分对应的第二目标均值

进一步地，第一目标均值

可以用于确定第一组桥臂中上桥臂的IGBT是否故障，第一目标均值

可以用于确定第二组桥臂中上桥臂的IGBT是否故障，第一目标均值

可以用于确定第三组桥臂中上桥臂的IGBT是否故障，第二让目标均值

可以用于确定第一组桥臂中下桥臂的IGBT是否故障，第二目标均值

可以用于确定第二组桥臂中下桥臂的IGBT是否故障，第二目标均值

可以用于确定第三组桥臂中下桥臂的IGBT是否故障。

在一种可选的实施例中，当逆变器无故障时，交流侧三相电流没有缺失部分，三个第一目标均值和三个第二目标均值均大于或等于第二预设阈值。当单个IGBT故障时，交流侧三相电流某一相的某一半波会出现缺失，其对应的目标均值会小于第二预设阈值，其余的目标均值较正常情况会有所变动，但仍大于或等于第二预设阈值。双IGBT故障时共有三种情况，若故障位置为同一桥臂上下两个IGBT时，则上下桥臂对应相的电流会全部缺失，对应的两个目标均值会小于第二预设阈值，其余的会大于或等于第二预设阈值；当故障位置为不同桥臂异侧两个IGBT时，故障桥臂对应的目标均值小于第二预设阈值，其余的目标均值大于或等于第二预设阈值；当故障位置为不同桥臂同侧两个IGBT时，除了故障桥臂的电流会有所缺失，无故障相的异侧的电流也会缺失，故此时会有三个目标均值小于第二预设阈值，其余的目标均值大于或等于第二预设阈值。

可选的，如图4所示，当故障检测系统检测到前述的诊断变量S由0转1后，便会开始故障的定位。并可以定义如下定位变量：

其中，X表示定位变量，i_m表示第二预设阈值，

表示目标均值，目标均值为

或

或

或

或

或

进一步地，当某一桥臂的IGBT出现故障时，对应的目标均值会小于第二预设阈值，定位变量会从0转变为1。从而可以基于六个桥臂对应的定位变量数值的排列组合准确定位逆变器的故障位置。

需要说明的是，通过六个目标均值能够准确的确定各桥臂的工作状态，六个目标均值的排列组合可以完全覆盖无故障、单管故障和双管故障共22种情况，从而能够准确确定发生故障的位置，并提高对故障定位的定位效率，减少排查故障的时间，缩短更换维修周期。

由此可见，本申请所提供的方案达到了基于逆变器在不同时刻的三相电流信号，确定电流矢量角度的变化率，从而确定逆变器是否发生故障的目的，从而实现了提高故障检测效率的技术效果，进而解决了现有技术中对逆变器的故障检测环节复杂造成的检测效率低的技术问题。

实施例2

根据本发明实施例，提供了一种逆变器故障检测装置的实施例，其中，图8是根据本发明实施例的一种可选的逆变器故障检测装置的示意图，如图8所示，该装置包括：

第一确定模块801，用于确定对逆变器输出的三相电流信号进行采集的采集周期的周期长度，并将周期长度对应的时间范围划分为多个第一目标时间范围；

采集模块802，用于在第一目标采集周期内，对逆变器输出的三相电流信号进行采集，得到与每个第一目标时间范围对应的三相电流信号组，其中，每个三相电流信号组由两个三相电流信号组成，两个三相电流信号的采集时刻分别为第一目标时间范围的初始时刻和结束时刻；

第二确定模块803，用于基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的第一变化率，其中，第一变化率表征当前三相电流信号组在第一目标时间范围内的电流矢量角度的变化率；

第三确定模块804，用于基于每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定逆变器是否发生故障。

需要说明的是，上述第一确定模块801、采集模块802、第二确定模块803以及第三确定模块804对应于上述实施例中的步骤S101至步骤S104，四个模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。

可选的，第二确定模块还包括：第一变换子模块，用于将第一三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，得到第一三相电流信号在α轴的第一电流值，以及第一三相电流信号在β轴的第二电流值，其中，第一三相电流信号和第二三相电流信号用于组成目标三相电流信号组，目标三相电流信号组为多个三相电流信号组中的任意一个三相电流信号组；第二变换子模块，用于将第二三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，得到第二三相电流信号在α轴的第三电流值，以及第二三相电流信号在β轴的第四电流值；第一确定子模块，用于基于第一电流值、第二电流值、第三电流值、第四电流值以及与目标三相电流信号组对应的第一目标时间范围，确定目标三相电流信号组对应的第一变化率。

可选的，第三确定模块还包括：第一计算子模块，用于计算每个第一变化率与目标变化率之间的偏差，得到多个目标偏差值，其中，目标变化率为三相电流信号在逆变器未发生故障时所对应的电流矢量角度的变化率；第二确定子模块，用于基于每个目标偏差值以及该目标偏差值对应的第一目标时间范围，确定第一目标采集周期内的平均偏差值；第三确定子模块，用于基于平均偏差值以及目标变化率，确定逆变器是否发生故障。

可选的，第三确定子模块还包括：计算单元，用于计算平均偏差值与目标变化率的比值，得到计算结果；第一确定单元，用于若计算结果大于或等于第一预设阈值，则确定逆变器发生故障；第二确定单元，用于若计算结果小于第一预设阈值，则确定逆变器未发生故障。

可选的，逆变器故障检测装置还包括：第四确定模块，用于若逆变器发生故障，则确定逆变器在第二目标采集周期内对应的目标三相电流信号，其中，第一目标采集周期与第二目标采集周期的周期长度相同；分解模块，用于对目标三相电流信号中的每相电流信号进行分解，得到每相电流信号在第二目标时间范围内对应的多个电流值，以及每相电流信号在第三目标时间范围内对应的多个电流值，其中，第二目标采集周期对应的时间范围由第二目标时间范围和第三目标时间范围组成；处理模块，用于基于目标时刻对应的目标基准值对每相电流信号在目标时刻对应的电流值进行标幺化，得到每相电流信号在第一目标时间范围内对应的第一目标标幺量集合，以及每相电流信号在第二目标时间范围内对应的第二目标标幺量集合，其中，目标时刻为第二目标采集周期内的任意时刻，目标基准值为与时间因素相关联的变量；第五确定模块，用于基于第一目标标幺量集合和第二目标标幺量集合，从逆变器中的绝缘栅双极型晶体管中确定发生故障的绝缘栅双极型晶体管。

可选的，逆变器故障检测装置还包括：变换模块，用于将目标三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相旋转坐标系，得到目标三相电流信号在d轴的电流值信息，以及目标三相电流信号在q轴的电流值信息；第六确定模块，用于基于目标三相电流信号在d轴的电流值信息，以及目标三相电流信号在q轴的电流值信息，确定目标基准值。

可选的，第五确定模块还包括：第二计算子模块，用于对每个第一目标标幺量集合所包含的第一目标标幺量进行均值计算，得到与每个第一目标标幺量集合对应的第一目标均值；第三计算子模块，用于对每个第二目标标幺量集合所包含的第二目标标幺量进行均值计算，得到与每个第二目标标幺量集合对应的第二目标均值；比较模块，用于比较每个第一目标均值与第二预设阈值，得到第一比较结果，并比较每个第二目标均值与第二预设阈值，得到第二比较结果；第四确定子模块，用于基于第一比较结果和第二比较结果，确定逆变器中的故障绝缘栅双极型晶体管。

实施例3

根据本发明实施例的另一方面，还提供了计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述的逆变器故障检测方法。

实施例4

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，其中，图9是根据本发明实施例的一种可选的电子设备的示意图，如图9所示，电子设备包括一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现用于运行程序，其中，程序被设置为运行时执行上述的逆变器故障检测方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种逆变器故障检测方法，其特征在于，包括：

确定对逆变器输出的三相电流信号进行采集的采集周期的周期长度，并将所述周期长度对应的时间范围划分为多个第一目标时间范围；

在第一目标采集周期内，对所述逆变器输出的三相电流信号进行采集，得到与每个第一目标时间范围对应的三相电流信号组，其中，每个三相电流信号组由两个三相电流信号组成，所述两个三相电流信号的采集时刻分别为所述第一目标时间范围的初始时刻和结束时刻；

基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的第一变化率，其中，所述第一变化率表征当前三相电流信号组在所述第一目标时间范围内的电流矢量角度的变化率；

基于所述每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定所述逆变器是否发生故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的第一变化率，包括：

将第一三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，得到第一三相电流信号在α轴的第一电流值，以及所述第一三相电流信号在β轴的第二电流值，其中，所述第一三相电流信号和第二三相电流信号用于组成目标三相电流信号组，所述目标三相电流信号组为多个三相电流信号组中的任意一个三相电流信号组；

将所述第二三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，得到所述第二三相电流信号在α轴的第三电流值，以及所述第二三相电流信号在β轴的第四电流值；

基于所述第一电流值、所述第二电流值、所述第三电流值、所述第四电流值以及与所述目标三相电流信号组对应的第一目标时间范围，确定所述目标三相电流信号组对应的第一变化率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于所述每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定所述逆变器是否发生故障，包括：

计算每个第一变化率与目标变化率之间的偏差，得到多个目标偏差值，其中，所述目标变化率为所述三相电流信号在所述逆变器未发生故障时所对应的电流矢量角度的变化率；

基于每个目标偏差值以及该目标偏差值对应的第一目标时间范围，确定所述第一目标采集周期内的平均偏差值；

基于所述平均偏差值以及所述目标变化率，确定所述逆变器是否发生故障。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述平均偏差值以及所述目标变化率，确定所述逆变器是否发生故障，包括：

计算所述平均偏差值与所述目标变化率的比值，得到计算结果；

若所述计算结果大于或等于第一预设阈值，则确定所述逆变器发生故障；

若所述计算结果小于所述第一预设阈值，则确定所述逆变器未发生故障。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定所述逆变器是否发生故障之后，所述方法还包括：

若所述逆变器发生故障，则确定所述逆变器在第二目标采集周期内对应的目标三相电流信号，其中，所述第一目标采集周期与所述第二目标采集周期的周期长度相同；

对所述目标三相电流信号中的每相电流信号进行分解，得到每相电流信号在第二目标时间范围内对应的多个电流值，以及每相电流信号在第三目标时间范围内对应的多个电流值，其中，所述第二目标采集周期对应的时间范围由所述第二目标时间范围和所述第三目标时间范围组成；

基于目标时刻对应的目标基准值对每相电流信号在所述目标时刻对应的电流值进行标幺化，得到每相电流信号在第一目标时间范围内对应的第一目标标幺量集合，以及每相电流信号在第二目标时间范围内对应的第二目标标幺量集合，其中，所述目标时刻为所述第二目标采集周期内的任意时刻，所述目标基准值为与时间因素相关联的变量；

基于所述第一目标标幺量集合和所述第二目标标幺量集合，从所述逆变器中的绝缘栅双极型晶体管中确定发生故障的绝缘栅双极型晶体管。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在基于目标时刻对应的目标基准值对每相电流信号在所述目标时刻对应的电流值进行标幺化之前，所述方法还包括：

将所述目标三相电流信号由三相静止坐标系变换到两相旋转坐标系，得到所述目标三相电流信号在d轴的电流值信息，以及所述目标三相电流信号在q轴的电流值信息；

基于所述目标三相电流信号在d轴的电流值信息，以及所述目标三相电流信号在q轴的电流值信息，确定所述目标基准值。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，基于所述第一目标标幺量集合和所述第二目标标幺量集合，从所述逆变器中的绝缘栅双极型晶体管中确定发生故障的绝缘栅双极型晶体管，包括：

对每个第一目标标幺量集合所包含的第一目标标幺量进行均值计算，得到与所述每个第一目标标幺量集合对应的第一目标均值；

对每个第二目标标幺量集合所包含的第二目标标幺量进行均值计算，得到与每个第二目标标幺量集合对应的第二目标均值；

比较每个第一目标均值与第二预设阈值，得到第一比较结果，并比较每个第二目标均值与所述第二预设阈值，得到第二比较结果；

基于所述第一比较结果和所述第二比较结果，确定所述逆变器中的故障绝缘栅双极型晶体管。

8.一种逆变器故障检测装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于确定对逆变器输出的三相电流信号进行采集的采集周期的周期长度，并将所述周期长度对应的时间范围划分为多个第一目标时间范围；

采集模块，用于在第一目标采集周期内，对所述逆变器输出的三相电流信号进行采集，得到与每个第一目标时间范围对应的三相电流信号组，其中，每个三相电流信号组由两个三相电流信号组成，所述两个三相电流信号的采集时刻分别为所述第一目标时间范围的初始时刻和结束时刻；

第二确定模块，用于基于每个三相电流信号组所包含的三相电流信号，确定每个三相电流信号组对应的第一变化率，其中，所述第一变化率表征当前三相电流信号组在所述第一目标时间范围内的电流矢量角度的变化率；

第三确定模块，用于基于所述每个三相电流信号组对应的第一变化率，确定所述逆变器是否发生故障。

9.一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中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至7任一项中所述的逆变器故障检测方法。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现用于运行程序，其中，所述程序被设置为运行时执行所述权利要求1至7任一项中所述的逆变器故障检测方法。

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