CN116953567B - 一种三相逆变器的开路故障检测方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明的内容包括一种三相逆变器的开路故障检测方法、装置及设备，所述方法包括：采集三相逆变器的第一电流样本；对第一电流样本进行归一化处理，得到第二电流样本；确定第二电流样本中对应每个开关的电流子样本；基于电流子样本确定对应开关的电流幅值；基于每个开关的电流幅值计算表征三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值；在第一指标值满足预置条件的情况下，基于电流幅值与参照值确定出候选故障电流子样本；确定与每个候选故障电流子样本对应的第一开关，并基于各个第一开关在三相逆变器中所处的位置自第一开关中确定出第二开关；将排除第二开关后的第一开关确定为开路故障开关。本发明的方法能够高效且准确地检测出三相逆变器开路故障点。
Description
技术领域
本发明涉及三相逆变器技术领域，具体涉及一种三相逆变器的开路故障检测方法、装置及设备。
背景技术
三相电压源型逆变器（VSI）能够将来自直流电源（如电池、太阳能电池或燃料电池）的电能转换为具有灵活频率和幅度的交流电压。由于其高效率和灵活控制特性，三相电压源型逆变器在现代工业和能源领域发挥着重要作用。
在三相电压源型逆变器中，常用的功率半导体开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）和绝缘栅双极晶体管（IGBTs）。近年来，功率器件制造技术的进步导致了广泛使用碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）等宽禁带材料。由于三相逆变器的电压转换过程依赖于相对脆弱且承受高电压应力的功率半导体开关器件，开关故障成为逆变器系统中最普遍的问题。
三相逆变器的开关容易出现短路和断路故障。短路故障具有高破坏性，导致高电流流动，但通常可以通过标准保护系统（如保险丝和断路器）进行检测，并导致逆变器立即关闭。与短路故障保护不同，实施断路故障（OCF）保护需要额外的电路和设备，从而增加了逆变器的制造成本和复杂性。因此，在工业应用中通常不将断路故障保护作为标准功能。然而，断路故障还可能导致驱动故障和系统中其他组件的二次故障，影响连接到开关器件的其他部件。因此，开发快速准确的断路故障诊断方法对于防止故障传播到系统的其他部分至关重要。断路故障的诊断对于确保逆变器的稳定运行至关重要，它可以防止故障开关长时间运行，导致输出电流和电压波形失真、负载异常运行和过热问题。
在基于电压的方法中，可以通过额外的硬件电路或电压传感器获得实际电压。现有的一些方法利用简单的硬件电路，并实现非常短的诊断时间。另一方面，为了减少对额外硬件的需求，可以建立混合逻辑动态模型或开关函数模型来获得所需电压。在一些方法中，通过所提出的电压包络函数生成电压包络线。通过比较预处理诊断特征值和电压包络，可以精确定位断路故障。该方法具有高可靠性，但仅限于诊断单个开关的断路故障。在另一些方法中，可以通过比值、电压差异和两个线电压的算术值快速诊断故障。结果显示，所提出的方法对负载变化具有较强的适应性，对某些负载断路故障有较好的免疫性；但如果系统的负载是电动机，则需要提高该方法的鲁棒性和可靠性。在另一些方法中，通过分析Alpha-Beta平面上的电压模式来定义故障。该方法能够识别三相逆变器中所有可能的开关断路故障类型，并在不进行复杂计算或添加额外硬件的情况下定位故障开关。但该方法在适应各种负载方面有限，显示出较差的鲁棒性。在另一些方法中，利用直流侧中点与交流侧中点之间的电压来检测断路故障，并确定故障管的上下位置。诊断过程表现出很高的速度，但仅限于诊断单个开关的断路故障。
基于电流特征的开路故障诊断方法具有高灵敏度、实时性、可靠性和一定的鲁棒性，能够有效检测和诊断三相逆变器的开路故障。在另一些方法中，采用零电压矢量采样方法来采样两个零电压矢量期间的电流，并重构三相电流。通过重构的三相电流生成能够检测和定位故障电源开关的诊断变量。该方法对开路故障（OCFs）有很好和快速的诊断响应，但对于负载变化的处理能力较弱。它严重依赖于基本模型参数的准确性。在另一些方法中，计算相电流的绝对值之和，采用电流零交叉检测方法来避免由瞬态条件引起的电流失真影响，并建立故障检测信号来精确定位故障开关。该方法在检测所有故障类型方面能力有限，也缺乏负载变化的鲁棒性。在另一些方法中，逆变器的开路故障会导致输出相电流失真。不同类型的故障有不同的空间轨迹，并通过方向向量和质心坐标来定位相应的故障特征。通过故障特征诊断开路故障。这种方法在处理一定的负载变化情况下有效，并能处理多种故障条件。但是，在负载不平衡的情况下，它不考虑开路故障（OCFs）。在另一些方法中，通过简化的季节趋势分解算法将三相电流信号分解为趋势、季节和余数分量。设定特征量的阈值，并设计诊断算法来检测OCFs。由于涉及的算法复杂，该方法需要一定的诊断时间。在另一些方法中，通过结合线电压偏差和相电压偏差两种诊断变量，提取每种故障的唯一故障特征以区分故障。该方法在故障诊断方面具有非常快的响应速度；然而，它只能处理单一的-开路故障（OCFs）。此外，它在处理负载变化和可靠性方面存在不足。
在过去的几年里，针对逆变器驱动系统的基于模型的故障诊断进行了大量研究。在另一些方法中，提出了一种基于计算的平均桥臂极间电压和误差自适应阈值的方法来诊断开路故障（OCFs）。该方法对各种故障表现出良好的诊断能力；然而，它有一定的计算需求，并且缺乏对不同负载场景的考虑。在另一些方法中，通过数据曲线相邻折线的趋势关系提出了一种新的故障特征提取方法。它可以用于提取故障特征，并且不受不对称干扰的影响。该方法的故障诊断响应时间很快；然而，它在能够处理的故障类型数量方面受限，并且需要较高的计算能力。在另一些方法中，基于矢量分解原理和电压二次平衡理论，考虑中性点电压不平衡和时间偏移注入建立了输出相电压模型。通过构建两个疑似的相电压模型来近似真实系统来定位故障。该方法的故障诊断算法较为复杂，并且在处理负载变化能力方面还有改进的空间。
智能技术诊断方法已成为三相逆变器故障诊断领域的热门研究课题，因为它们具有自动化、数据驱动分析、能够诊断多种故障类型、自学习和适应性以及远程监测和管理等特点。在另一些方法中，分析了不同故障下的瞬态时域序列数据，并将原始信号作为故障表示，而不需要手动选择特征提取方法。该方法基于改进的卷积神经网络模型，用于逆变器故障诊断。该方法的计算需求适中；然而，在负载变化较小的情况下，它只能处理单个开路故障（OCFs）。或者，很多方法根本不考虑负载变化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够高效且准确地检测出三相逆变器开路故障点的三相逆变器的开路故障检测方法、装置及设备。
本发明的内容包括一种三相逆变器的开路故障检测方法，包括：
采集三相逆变器的第一电流样本；
对所述第一电流样本进行归一化处理，得到第二电流样本；
确定所述第二电流样本中对应所述三相逆变器中每个开关的电流子样本；
基于所述电流子样本确定对应开关的电流幅值；
基于每个所述开关的电流幅值计算表征所述三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值；
在所述第一指标值满足预置条件的情况下，基于所述电流幅值与参照值确定出候选故障电流子样本；
确定与每个所述候选故障电流子样本对应的第一开关，并基于各个所述第一开关在所述三相逆变器中所处的位置自所述第一开关中确定出第二开关，所述第二开关为受到其他第一开关的异常电流的影响而导致自身电流异常的开关；
将排除所述第二开关后的第一开关确定为开路故障开关。
在一些实施例中，所述采集所述三相逆变器的第一电流样本，包括：
采集所述三相逆变器的电流波形图作为第一电流样本。
在一些实施例中，所述对所述第一电流样本进行归一化处理，得到第二电流样本，包括：
将所述第一电流样本中的电流值依次与所述三相逆变器所在电路的额定电流的倍数做除法运算，由计算结果形成所述第二电流样本。
在一些实施例中，所述确定所述第二电流样本中对应每个所述开关的电流子样本，包括：
基于所述第二电流样本对应的电流波形图确定出三个连续的电流样本值，其中第一电流样本值大于0，第一电流样本值大于第二电流样本值，第三电流样本值小于0；
基于三个所述电流样本值确定出绝对值最小的目标电流样本值；
确定在以所述目标电流样本值为起始点之后的所述电流波形图中出现的第一个最高幅值；
确定所述三相逆变器的电流样本在每个采样周期内的采样数；
基于所述目标电流样本值、最高幅值、采样数、各个开关在所述三相逆变器中的相位关系自所述第二电流样本值中确定出对应每个所述开关的电流子样本。
在一些实施例中，所述基于所述电流子样本确定对应开关的电流幅值，包括：
确定所述电流子样本的中间电流样本点，并将所述中间电流样本点作为对应开关的电流幅值。
在一些实施例中，所述基于每个所述开关的电流幅值计算表征所述三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值，包括：
基于各个所述开关的电流幅值计算平均值；
基于下述公式计算表征所述三相逆变器的电流不平衡程度的第一指标值；
其中，为平均值，/>为每个所述开关的电流幅值，p表示开关数量；
所述方法还包括：
若所述第一指标值与对应阈值的比对结果为第一比对结果，则所述第一指标值满足预置条件；
若所述第一指标值与对应阈值的比对结果为第二比对结果，则计算所述第二电流样本中的电流值与三相逆变器所在电路的额定电流的倍数的乘积，以及所述乘积与每个所述电流幅值的比值，所述比值为归一化后的电流幅值。
在一些实施例中，所述基于所述电流幅值与参照值确定出候选故障电流子样本，包括：
对所述电流幅值或归一化后的电流幅值分别与0.33进行比对；
基于比对结果将小于0.33的电流幅值或归一化后的电流幅值对应的电流子样本确定为候选故障电流子样本。
在一些实施例中，所述三相逆变器由三个桥臂组成，每个桥臂的不同侧分别设有一个所述开关；
所述确定与每个所述候选故障电流子样本对应的第一开关，并基于各个所述第一开关在所述三相逆变器中所处的位置自所述第一开关中确定出第二开关，包括：
确定与每个所述候选故障电流子样本对应的第一开关；
确定每个所述第一开关在所述三相逆变器中所述的位置；
基于所述位置，依次将每个所述第一开关所在桥臂设为第一桥臂，并分别确定位于第二桥臂、第三桥臂上，且与位于所述第一桥臂上的第一开关不同侧的开关是否同为第一开关，若是，则确定当前位于第一桥臂上的第一开关为所述第二开关。
本发明另一实施例同时提供一种三相逆变器的开路故障检测装置，包括：
采集模块，用于采集三相逆变器的第一电流样本；
处理模块，用于对所述第一电流样本进行归一化处理，得到第二电流样本；
第一确定模块，用于确定所述第二电流样本中对应所述三相逆变器中每个开关的电流子样本；
第二确定模块，用于根据所述电流子样本确定对应开关的电流幅值；
计算模块，用于根据每个所述开关的电流幅值计算表征所述三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值；
第三确定模块，用于在所述第一指标值满足预置条件的情况下，基于所述电流幅值与参照值确定出候选故障电流子样本；
第四确定模块，用于确定与每个所述候选故障电流子样本对应的第一开关，并基于各个所述第一开关在所述三相逆变器中所处的位置自所述第一开关中确定出第二开关，所述第二开关为受到其他第一开关的异常电流的影响而导致自身电流异常的开关；
第五确定模块，用于将排除所述第二开关后的第一开关确定为开路故障开关。
本发明另一实施例还提供一种计算机设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，配置为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如上文中任一项实施例所述的三相逆变器的开路故障检测方法。
本发明的有益效果包括能够实现快速、准确地诊断出三相逆变器的故障点，而且通过有效地处理负载变化，包括不平衡负载状态和突变负载，使得在在负载变化和负载不平衡条件下，依然能够快速准确地确定出故障点位置，不论精度还是时效相比于现有方案均得到了显著提升，同时可有效避免误诊断现象发生。另外方法整体过程涉及的数据处理流程简单，计算力度低，易于广泛实施。
附图说明
图1为三相逆变器的等效变换图。
图2为本发明实施例中的三相逆变器的开路故障检测方法的流程图。
图3为本发明实施例中的故障检测波形图/电流波形图。
图4为本发明实施例中开关T1故障时涉及的不同情况的电路状态图。
图5为本发明实施例中开关T1受开关T4和T6影响时的电路图。
图6为本发明实施例中的三相逆变器的开路故障检测装置的结构框图。
具体实施方式
如图1所示，图1展示了一个典型的三相两电平电压源逆变器（VSI），由三相桥臂组成，其中包含六个开关（T1-T6）及其对应的六个开关管（如自由轮二极管）（D1-D6）。在实际的工程应用中，连接到逆变器的负载（例如感应电动机）通常采用星形连接方式，其三个定子绕组具有相同数量的分布线圈和相同匝数。因此，负载的相阻抗值是相等且平衡的，即Za=Zb=Zc=ZY。而为了方便分析，可以将星形连接的负载转换为其等效的三角形连接形式。本实施例中均以上述结构形式的三相逆变器为例进行说明。
在实际应用中，三相VSI最常见的故障是单个开关或双开关的开路故障（OCF）。该故障共有21种不同情况。将这些故障按故障条件进行分类，具体可被分为四类：Case I：单个OCF开关。Case II：两个OCF开关在同一个逆变器的桥臂上。Case III：两个OCF开关在三相VSI的两个不同相桥臂上并且在不同的侧面。Case VI：两个OCF开关在三相VSI的两个不同相桥臂上并且在相同的侧面。所述的侧面是指以所连负载为基准而描述的，例如，以图1为例，T1、T3、T5位于负载的同一侧，T2、T4、T6位于负载的另一侧。
以上述内容为基础，为解决快速准确地确定出三相逆变器中的开路故障点的问题，如图2所示，本发明提供一种三相逆变器的开路故障检测方法，包括：
S1：采集三相逆变器的第一电流样本；
S2：对第一电流样本进行归一化处理，得到第二电流样本；
S3：确定第二电流样本中对应三相逆变器中每个开关的电流子样本；
S4：基于电流子样本确定对应开关的电流幅值；
S5：基于每个开关的电流幅值计算表征三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值；
S6：在第一指标值满足预置条件的情况下，基于电流幅值与参照值确定出候选故障电流子样本；
S7：确定与每个候选故障电流子样本对应的第一开关，并基于各个第一开关在三相逆变器中所处的位置自第一开关中确定出第二开关，第二开关为受到其他第一开关的异常电流的影响而导致自身电流异常的开关；
S8：将排除第二开关后的第一开关确定为开路故障开关。
本实施例上述方法的有益效果包括能够实现快速、准确地诊断出三相逆变器的故障点，而且通过有效地处理负载变化，包括不平衡负载状态和突变负载，使得在在负载变化和负载不平衡条件下，依然能够快速准确地确定出故障点位置，不论精度还是时效相比于现有方案均得到了显著提升，同时可有效避免误诊断现象发生。另外方法整体过程涉及的数据处理流程简单，计算力度低，易于广泛实施。
具体地，在采集三相逆变器的第一电流样本时，包括：
S9：采集三相逆变器的电流波形图作为第一电流样本。
在对第一电流样本进行归一化处理，得到第二电流样本时，包括：
S10：将第一电流样本中的电流值依次与三相逆变器所在电路的额定电流的倍数做除法运算，由计算结果形成第二电流样本。
上述的归一化是以三相逆变器处于负载正常的情况下执行的归一化处理。
进一步地，在确定第二电流样本中对应每个开关的电流子样本时，包括：
S11：基于第二电流样本对应的电流波形图确定出三个连续的电流样本值，其中第一电流样本值大于0，第一电流样本值大于第二电流样本值，第三电流样本值小于0；
S12：基于三个电流样本值确定出绝对值最小的目标电流样本值；
S13：确定在以目标电流样本值为起始点之后的电流波形图中出现的第一个最高幅值；
S14：确定三相逆变器的电流样本在每个采样周期内的采样数；
S15：基于目标电流样本值、最高幅值、采样数、各个开关在三相逆变器中的相位关系自第二电流样本值中确定出对应每个开关的电流子样本。
例如，当逆变器的一个或多个开关出现OCF时，需要定位每个开关的故障检测波形（FDW），也就是确定对应每个开关的电流波形图，以基于对应的电流波形图进一步确定相关开关是否发生OCF。如图3所示，其显示了图1中开关T1的FDW，以开关T1的FDW为例，该FDW的确定需要先确定两个重要的点：起始点和峰值点（即上述的最高幅值）。起始点是一个零交叉点，它表示此点之后的样本（波形图）进入T1的FDW。峰值点是FDW样本中具有最高幅值的点，记为Im_T1。继续结合图3所示，零交叉点k的判据可以表示为：
在k点，k-1点和k-2点的三个电流样本（iz(k)、iz(k-1)和iz(k-2)）中，绝对值最小的样本是起始点。而三相逆变器的电流样本在每个周期的固定采样数为N0：。
其中，T0是逆变器电流的周期，f0是电流传感器的采样频率。定位到起始点后，用从0到2N0的数字标记第二电流样本，一旦数字大于2N0，就将其重置，并从0重新开始标记。
对于有OCF的开关T1，每个电流样本从0到都在其FDW范围内。因为每个逆变器相的运行可以根据施加给相应开关的门信号分为两种状态：插入状态和旁路状态。以A相为例，当T1=1且T2=0时，A相处于插入状态（1表示开关打开，0表示开关关闭）。同样地，当T1=0且T2=1时，A相处于旁路状态。为了清晰地描述这两种状态，可以定义开关函数SA为：
。
其同样适用于B相和C相。如图4所示，图4说明了在开关T1发生OCF时对A相电流的影响，由图4中的图4a图可知，显示了当iA >0，SA = 1且T1发生OCF时的操作模式。当在正常情况下，可能会有电流从正向DC端流过开关T1到交流端口A，如ic。然而，当T1发生了OCF，ic将不会通过T1流向A相。此时电流iA会急剧减少，并且不等于ic。对于其余情况，如图4b显示的当iA >0，SA = 0且T1发生OCF时的情况，图4c显示的当iA <0，SA = 1且T1发生OCF时的情况，图4d显示的当iA <0，SA = 0且T1发生OCF时的情况，电流iA所受影响并不大。因此当开关T1发生OCF时，通过A相电流在正半周期内的状态即可体现出异常，所以T1的FDW会基于正半周期的电流波形图确定。也即，每个电流样本从0到N0/2都在T1开关的FDW范围内。而由于三相电流之间存在120度的相位差，同时上述分析也同样适用于其他开关，对于开关T3和T5，其FDW分别是B相和C相的正半周期波形。开关T2、T4和T6的FDW分别是A相、B相和C相电流的负半周期波形。因此基于T1的FDW，结合上述内容可直接确定其余开关的故障检测样本，也就是电流子样本。
进一步地，在定位了各个开关的FDW之后，便可确定出各个开关的Im_Tp (p=1-6)的幅值，即电流幅值，这些幅值是FDW的中间点。具体地，基于电流子样本确定对应开关的电流幅值，包括：
S16：确定电流子样本的中间电流样本点，并将中间电流样本点作为对应开关的电流幅值。
例如，开关T1为例，对于开关T1，已经得到了0到的故障检测样本（对应开关T1的电流子样本）。然后此时可取FDW的中间点作为Im_T1的值。具体计算方式是取N0/4的样本和N0/4+1的样本，然后计算它们的平均值，即：
。
这样就得到了开关T1的Im_T1值。基于相同的方法可以对其他开关进行计算，以得到它们的值。
进一步地，在实际应用中，由于各种异常情况，负载不平衡可能会发生，包括：
(a) 电路老化：电气设备（如电动机）中电气绝缘老化和金属导体氧化会导致其相阻抗不均匀，从而影响电流波形的幅值和相位角。
(b) 三相设备内部电路短路：这指的是设备内部部分短路，例如电动机的定子或转子线圈的三相绕组可能发生短路，导致相阻抗不均匀。
这些故障可能使逆变器端电压不平衡和波形失真，并可能增加设备损耗并引起电磁干扰。最重要的是，它们可能影响对逆变器开关开路故障的准确检测。因此，有必要采取措施防止或减少轻微的负载不平衡故障对逆变器开关开路故障准确诊断的影响。由于每个开关均对应于一个唯一的电流故障检测波形FDW（电流子样本），故本实施例提出一方法，通过FDW来计算得到一用于评估三相电流不平衡程度的第一指标值，具体地，在基于每个开关的电流幅值计算表征三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值，包括：
S17：基于各个开关的电流幅值计算平均值；
S18：基于下述公式计算表征三相逆变器的电流不平衡程度的第一指标值；
其中，为平均值，/>为每个开关的电流幅值，p表示开关数量。
在一些实施例中，所述方法还包括：
S19：若第一指标值与对应阈值的比对结果为第一比对结果，则第一指标值满足预置条件；
S20：若第一指标值与对应阈值的比对结果为第二比对结果，则计算第二电流样本中的电流值与三相逆变器所在电路的额定电流的倍数的乘积，以及乘积与每个电流幅值的比值，比值为归一化后的电流幅值。
例如，在正常运行过程中，Kunbalance的值很小，接近于零，但高的Kunbalance值表示三相负载严重不平衡。本实施例中优选将Kunbalance的阈值设置为0.1，基于该阈值可准确区分由开关开路故障或负载故障引起的不平衡相电流。当Kunbalance >0.1时，表示可能发生开关开路故障，并且可以触发检测程序。如果Kunbalance <0.1，则意味着负载存在轻微故障，导致出现电流不平衡现象。
在正常平衡负载条件下，三相VSI故障电流幅值与正常电流幅值之比为：。
该式中，分子为故障电流幅值，分母为正常电流幅值之比，基于此，类似地，可以得到在不平衡负载条件下的比值：
。
在上述方程中，通过设置Y1=1/ZAB和Y2=1/ZAB，ZAB为阻值，上式的分子和分母都是Y1和Y2两个向量的幅值。通过进行笛卡尔坐标分解并取它们的幅值，可以获得：
。
为了分析Runbalance与Y1和Y2之间的关系，让Y1和Y2在0-10范围内变化。当变化范围为0-1时，表示阻抗增加，类似于上文所述的电路老化的情况（a）。Y1=Y2=1对应于标准参考负载。从1-10的变化对应于阻抗减小，类似于上文所述的内部元件短路的情况（b）。随着Y1和Y2的变化，当Runbalance比值聚集在0.33左右时，Y1与Y2的比值接近1，这表明逆变器电流轻微不平衡。随着不平衡程度增加，Y1与Y2的比值偏离斜率为1的直线，Runbalance比值超过1/3。在极其严重的不平衡情况下，Runbalance甚至可达到0.58。因此，在电流轻微不平衡的情况下，故障电流幅值与具有开路故障的电流幅值之比仍保持在1/3范围内。所以三相逆变器中出现异常的电流与正常电流间具有的电流值特性也适用于轻微负载不平衡的情况，也即电流轻微不平衡的情况。
进一步地，低负载情况下的电流归一化方法可以应用于许多领域，以下是一些应用示例：（a）家用电器，例如与家庭电池储能系统结合的空调。三相逆变器可以将储存的直流能量转换为交流电力，用于驱动空调或为其他家用设备供电。（b）道路和铁路交通的电动车辆。逆变器用于将DC电池电能转换为AC形式，驱动电动车辆和AC牵引电机。（c）工业应用，逆变器用于工业机械，如电机控制器和变频驱动，用于控制机床、泵和冷却风扇等的转速和方向。
在上述应用中，（a）给出的负载变化相对较低。然而，（b）和（c）领域的应用通常呈现较高水平的负载变化。当由逆变器供电的电动机在轻负载或无负载条件下运行时，三相逆变器的电流急剧下降，通常可以低至额定值的5％-10％。在这种情况下，如果仍将额定电流作为电流测量归一化的参考值，就会导致电流归一化结果的偏离，从而影响对逆变器开关开路故障的准确诊断。也即，仍采用之前步骤中的归一化处理会造成开路故障的误诊断。因此，在低负载情况下，由于电流幅值降低，可能导致归一化后的结果比1/3更小，类似于开路故障电流的比值，从而引起误诊断。故需要对电流进行重新的归一化处理，以保持准确的诊断，下述公式为用于对电流幅值进行再次归一化处理：
该公式中，分子可看做是电流测量值与逆变器所在电路的额定电流的倍数的乘积，分子为各电流幅值，得到的结果是归一化处理后的各电流幅值。也就是，当Kunbalance小于阈值0.1时，在这种情况下，对计算得到的电流幅值进行重新归一化，可以防止在低负载情况下误诊断OCF。
进一步地，基于电流幅值与参照值确定出候选故障电流子样本，包括：
S21：对电流幅值或归一化后的电流幅值分别与0.33进行比对；
S22：基于比对结果将小于0.33的电流幅值或归一化后的电流幅值对应的电流子样本确定为候选故障电流子样本。
具体地，经研究发现，在正常运行条件下，FDW范围内只有一小部分电流值，其幅值与额定值的比例小于1/3。然而，当相应的开关发生OCF时，几乎所有在FDW范围内的电流样本都会使其比例低于1/3，约为0.33。因此，本实施例中通过比对电流幅值或归一化后的电流幅值与0.33的关系而确定其是否发生了开路故障，并将比值小于0.33的电流幅值对应的电流子样本确定为故障候选电流子样本。其中，用于计算故障样本的个数Nc的定义如下：
当发生故障时，采样点的计数为N0/2，Nc的值会接近N0/2。因此，故障检测函数可被定义为：
进一步地，继续结合图1和图5所示，当T1没有故障时，在T1的故障检测波形（FDW）期间，iA电流是施加在负载ZAB上的电压UAB产生的电流和施加在负载ZAC上的电压UBC产生的电流之和。然而，当T4和T6同时发生开路故障时，没有电流会通过A相。电流值的特性类似于T1发生开路故障的情况，iA电流急剧减少。该现象这意味着将故障检测准则设置为电流幅值小于正常值的三分之一，以用于检测三相VSI中单个开关的开路故障时，必须考虑涉及两个不同相桥臂上的两个开关同时发生故障的情况，并将其排除在外。因此，本实施例中方法在确定与每个候选故障电流子样本对应的第一开关，并基于各个第一开关在三相逆变器中所处的位置自第一开关中确定出第二开关时，包括：
S23：确定与每个候选故障电流子样本对应的第一开关；
S24：确定每个第一开关在三相逆变器中的位置；
S25：基于位置，依次将每个第一开关所在桥臂设为第一桥臂，并分别确定位于第二桥臂、第三桥臂上，且与位于第一桥臂上的第一开关不同侧的开关是否同为第一开关，若是，则确定当前位于第一桥臂上的第一开关为第二开关。
如图6所示，本发明另一实施例同时提供一种三相逆变器的开路故障检测装置100，包括：
采集模块，用于采集三相逆变器的第一电流样本；
处理模块，用于对所述第一电流样本进行归一化处理，得到第二电流样本；
第一确定模块，用于确定所述第二电流样本中对应所述三相逆变器中每个开关的电流子样本；
第二确定模块，用于根据所述电流子样本确定对应开关的电流幅值；
计算模块，用于根据每个所述开关的电流幅值计算表征所述三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值；
第三确定模块，用于在所述第一指标值满足预置条件的情况下，基于所述电流幅值与参照值确定出候选故障电流子样本；
第四确定模块，用于确定与每个所述候选故障电流子样本对应的第一开关，并基于各个所述第一开关在所述三相逆变器中所处的位置自所述第一开关中确定出第二开关，所述第二开关为受到其他第一开关的异常电流的影响而导致自身电流异常的开关；
第五确定模块，用于将排除所述第二开关后的第一开关确定为开路故障开关。
在一些实施例中，所述采集所述三相逆变器的第一电流样本，包括：
采集所述三相逆变器的电流波形图作为第一电流样本。
在一些实施例中，所述对所述第一电流样本进行归一化处理，得到第二电流样本，包括：
将所述第一电流样本中的电流值依次与所述三相逆变器所在电路的额定电流的倍数做除法运算，由计算结果形成所述第二电流样本。
在一些实施例中，所述确定所述第二电流样本中对应每个所述开关的电流子样本，包括：
基于所述第二电流样本对应的电流波形图确定出三个连续的电流样本值，其中第一电流样本值大于0，第一电流样本值大于第二电流样本值，第三电流样本值小于0；
基于三个所述电流样本值确定出绝对值最小的目标电流样本值；
确定在以所述目标电流样本值为起始点之后的所述电流波形图中出现的第一个最高幅值；
确定三相逆变器的电流样本在每个采样周期内的采样数；
基于所述目标电流样本值、最高幅值、采样数、各个开关在所述三相逆变器中的相位关系自所述第二电流样本值中确定出对应每个所述开关的电流子样本。
在一些实施例中，所述基于所述电流子样本确定对应开关的电流幅值，包括：
确定所述电流子样本的中间电流样本点，并将所述中间电流样本点作为对应开关的电流幅值。
在一些实施例中，所述基于每个所述开关的电流幅值计算表征所述三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值，包括：
基于各个所述开关的电流幅值计算平均值；
基于下述公式计算表征所述三相逆变器的电流不平衡程度的第一指标值；
其中，为平均值，/>为每个所述开关的电流幅值，p表示所述开关数量；
所述装置还包括：
第一判断模块，用于在所述第一指标值与对应阈值的比对结果为第一比对结果，则所述第一指标值满足预置条件；
第二判断模块，用于在所述第一指标值与对应阈值的比对结果为第二比对结果，则计算所述第二电流样本中的电流值与三相逆变器所在电路的额定电流的倍数的乘积，以及所述乘积与每个所述电流幅值的比值，所述比值为归一化后的电流幅值。
在一些实施例中，所述基于所述电流幅值与参照值确定出候选故障电流子样本，包括：
对所述电流幅值或归一化后的电流幅值分别与0.33进行比对；
基于比对结果将小于0.33的电流幅值或归一化后的电流幅值对应的电流子样本确定为候选故障电流子样本。
在一些实施例中，所述三相逆变器由三个桥臂组成，每个桥臂的不同侧分别设有一个所述开关；
所述确定与每个所述候选故障电流子样本对应的第一开关，并基于各个所述第一开关在所述三相逆变器中所处的位置自所述第一开关中确定出第二开关，包括：
确定与每个所述候选故障电流子样本对应的第一开关；
确定每个所述第一开关在所述三相逆变器中所述的位置；
基于所述位置，依次将每个所述第一开关所在桥臂设为第一桥臂，并分别确定位于第二桥臂、第三桥臂上，且与位于所述第一桥臂上的第一开关不同侧的开关是否同为第一开关，若是，则确定当前位于第一桥臂上的第一开关为所述第二开关。
本发明另一实施例还提供一种计算机设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，配置为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如上文中任一项实施例所述的三相逆变器的开路故障检测方法。
本发明另一实施例还提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制包括所述存储介质的设备执行如上述任一项实施例中所述的三相逆变器的开路故障检测方法。
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在计算机可读介质上并且包括计算机可读指令，所述计算机可执行指令在被执行时使至少一个处理器执行诸如上文所述实施例中的三相逆变器开路故障检测方法。应理解，本实施例中的各个方案具有上述方法实施例中对应的技术效果，此处不再赘述。
需要说明的是，本申请的计算机存储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。计算机可读介质例如可以但不限于是电、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、随机访问存储介质（RAM）、只读存储介质（ROM）、可擦式可编程只读存储介质（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储介质（CD-ROM）、光存储介质件、磁存储介质件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，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。而在本申请中，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、传播或者传输配置为由指令执行系统、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、天线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的保护范围限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入本申请的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三相逆变器的开路故障检测方法，其特征在于，包括：
采集所述三相逆变器的第一电流样本；
对所述第一电流样本进行归一化处理，得到第二电流样本；
确定所述第二电流样本中对应所述三相逆变器中每个开关的电流子样本；
基于所述电流子样本确定对应开关的电流幅值；
基于每个所述开关的电流幅值计算表征所述三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值；
在所述第一指标值满足预置条件的情况下，基于所述电流幅值与参照值确定出候选故障电流子样本；
确定与每个所述候选故障电流子样本对应的第一开关，并基于各个所述第一开关在所述三相逆变器中所处的位置自所述第一开关中确定出第二开关，所述第二开关为受到其他第一开关的异常电流的影响而导致自身电流异常的开关；
将排除所述第二开关后的第一开关确定为开路故障开关；
其中，所述基于每个所述开关的电流幅值计算表征所述三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值，包括：
基于各个所述开关的电流幅值计算平均值；
基于下述公式计算表征所述三相逆变器的电流不平衡程度的第一指标值；
其中，为平均值，/>为每个所述开关的电流幅值，p表示开关数量。
2.根据权利要求1所述的三相逆变器的开路故障检测方法，其特征在于，所述采集所述三相逆变器的第一电流样本，包括：
采集所述三相逆变器的电流波形图作为第一电流样本。
3.根据权利要求1所述的三相逆变器的开路故障检测方法，其特征在于，所述对所述第一电流样本进行归一化处理，得到第二电流样本，包括：
将所述第一电流样本中的电流值依次与所述三相逆变器所在电路的额定电流的倍数做除法运算，由计算结果形成所述第二电流样本。
4.根据权利要求2所述的三相逆变器的开路故障检测方法，其特征在于，所述确定所述第二电流样本中对应每个所述开关的电流子样本，包括：
基于所述第二电流样本对应的电流波形图确定出三个连续的电流样本值，其中第一电流样本值大于0，第一电流样本值大于第二电流样本值，第三电流样本值小于0；
基于三个所述电流样本值确定出绝对值最小的目标电流样本值；
确定在以所述目标电流样本值为起始点之后的所述电流波形图中出现的第一个最高幅值；
确定所述三相逆变器的电流样本在每个采样周期内的采样数；
基于所述目标电流样本值、最高幅值、采样数、各个开关在所述三相逆变器中的相位关系自所述第二电流样本值中确定出对应每个所述开关的电流子样本。
5.根据权利要求4所述的三相逆变器的开路故障检测方法，其特征在于，所述基于所述电流子样本确定对应开关的电流幅值，包括：
确定所述电流子样本的中间电流样本点，并将所述中间电流样本点作为对应开关的电流幅值。
6.根据权利要求1所述的三相逆变器的开路故障检测方法，其特征在于，
所述方法还包括：
若所述第一指标值与对应阈值的比对结果为第一比对结果，则所述第一指标值满足预置条件；
若所述第一指标值与对应阈值的比对结果为第二比对结果，则计算所述第二电流样本中的电流值与三相逆变器所在电路的额定电流的倍数的乘积，以及所述乘积与每个所述电流幅值的比值，所述比值为归一化后的电流幅值。
7.根据权利要求6所述的三相逆变器的开路故障检测方法，其特征在于，所述基于所述电流幅值与参照值确定出候选故障电流子样本，包括：
对所述电流幅值或归一化后的电流幅值分别与0.33进行比对；
基于比对结果将小于0.33的电流幅值或归一化后的电流幅值对应的电流子样本确定为所述候选故障电流子样本。
8.根据权利要求1所述的三相逆变器的开路故障检测方法，其特征在于，所述三相逆变器包含三个桥臂，每个桥臂的不同侧分别设有一个所述开关；
所述确定与每个所述候选故障电流子样本对应的第一开关，并基于各个所述第一开关在所述三相逆变器中所处的位置自所述第一开关中确定出第二开关，包括：
确定与每个所述候选故障电流子样本对应的第一开关；
确定每个所述第一开关在所述三相逆变器中所述的位置；
基于所述位置，依次将每个所述第一开关所在桥臂设为第一桥臂，并分别确定位于第二桥臂、第三桥臂上，且与位于所述第一桥臂上的第一开关不同侧的开关是否同为第一开关，若是，则确定当前位于第一桥臂上的第一开关为所述第二开关。
9.一种三相逆变器的开路故障检测装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集三相逆变器的第一电流样本；
处理模块，用于对所述第一电流样本进行归一化处理，得到第二电流样本；
第一确定模块，用于确定所述第二电流样本中对应所述三相逆变器中每个开关的电流子样本；
第二确定模块，用于根据所述电流子样本确定对应开关的电流幅值；
计算模块，用于根据每个所述开关的电流幅值计算表征所述三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值；
第三确定模块，用于在所述第一指标值满足预置条件的情况下，基于所述电流幅值与参照值确定出候选故障电流子样本；
第四确定模块，用于确定与每个所述候选故障电流子样本对应的第一开关，并基于各个所述第一开关在所述三相逆变器中所处的位置自所述第一开关中确定出第二开关，所述第二开关为受到其他第一开关的异常电流的影响而导致自身电流异常的开关；
第五确定模块，用于将排除所述第二开关后的第一开关确定为开路故障开关；
其中，所述基于每个所述开关的电流幅值计算表征所述三相逆变器电流不平衡程度的第一指标值，包括：
基于各个所述开关的电流幅值计算平均值；
基于下述公式计算表征所述三相逆变器的电流不平衡程度的第一指标值；
其中，为平均值，/>为每个所述开关的电流幅值，p表示开关数量。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，配置为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如权利要求1-8任一项所述的三相逆变器的开路故障检测方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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