一种变频调速系统三相逆变器功率管故障实时检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种变频调速系统三相逆变器功率管故障实时检测方法，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。利用电流之间的协方差实现单管与双管故障的故障定位，以协方差作为特征量具有很高的辨识度，鲁棒性好，抗干扰能力强，电机启动、变速、突加或者突减负载等动态过程不会对本发明专利技术的故障诊断结果产生消极影响；且对电机内部参数不敏感，抗噪声能力强。通过利用均值极性判断上下管故障，实现功率开关管单管以及双管开路故障的检测与定位，检测精度高，速度快，实时性高，能够实时准确的检测变频器中任意功率开关管开路故障。

A Real-time Fault Detection Method for Three-phase Inverter Power Tube in Frequency Converter Speed Regulation System

The invention discloses a real-time fault detection method for three-phase inverter power transistor of variable frequency speed regulating system. Through wavelet decomposition of DQ axis current, the open-circuit fault diagnosis of power switching transistor is completed by using detail components, and the fault types are distinguished by using approximate components, without excessive calculation, thus greatly reducing the computational complexity of the system. The covariance between the current is used to locate the fault of single and double transistors. The covariance as the characteristic variable has high identification, good robustness and strong anti-interference ability. The dynamic process of starting, changing speed, suddenly adding or reducing load of the motor will not have a negative impact on the fault diagnosis results of the invention, and it is insensitive to the internal parameters of the motor and has strong anti-noise ability. By using the mean polarity to judge the upper and lower tube faults, the detection and location of open circuit faults of single and double power switches can be realized. The detection accuracy is high, the speed is fast and the real-time performance is high, and the open circuit faults of arbitrary power switches in frequency converters can be accurately detected in real time.

【技术实现步骤摘要】
一种变频调速系统三相逆变器功率管故障实时检测方法
本专利技术属于在线检测
，更具体地，涉及一种变频调速系统三相逆变器功率管故障实时检测方法。
技术介绍
在工业制造、航空航天、交通运输等领域，功率变换器驱动的变频调速系统以其能量密度大，能效高等优点得到了广泛应用。随着这些系统对安全性和可靠性的要求越来越高，对系统各部件，尤其是最容易发生故障的功率变换器部分，进行故障检测和定位显得尤其重要。针对逆变器功率开关管的开路故障提出实时有效的检测、定位和隔离的方法，提供实时有效的信息给后续的容错控制策略，对提高电机驱动系统的可靠性具有重要的工程应用价值。现有的交流变频调速系统功率变换器开路故障诊断方法主要分为两种：一是基于硬件的诊断方法，通过增加传感器，直接检测功率变换器的导通压降或者测量功率变换器的温度，这种方法能够快速对系统故障进行定位，但需要增加额外的传感器等硬件，增加了系统的开销；二是基于软件的方法，利用现有的传感器资源，通过比较故障后相关特征信号与正常情况下的偏差值进行故障诊断和定位。在第二种方式中，目前常用的有基于智能分类的故障诊断方法，但是这种方法容易出现误判，其应用场合有限，且模型复杂，需要大量的故障数据支持；其次是利用欧氏距离、矢量角余弦和豪斯多夫距离等算法进行故障诊断时，这些方法在计算上稍显复杂，而且在诊断多管故障时，故障特征并不是很明显，在工作环境突变的情况下，很可能引起故障的误判。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决现有技术变频调速系统三相逆变器功率管故障检测精度不高、容易误判的技术问题。为实现上述目的，第一方面，本专利技术实施例提供了一种变频调速系统三相逆变器功率管故障实时检测方法，该方法包括以下步骤：步骤S1.采集变频调速系统中电机转速和电机定子电流，根据电机定子电流计算dq轴电流，根据电机转速计算采样点数；步骤S2.对dq轴电流分别进行j次小波分解，获得分解之后的近似分量与细节分量；步骤S3.根据d轴电流的细节分量来判断故障是否发生，若发生故障，进入步骤S4，否则，返回步骤S1，进入下一次故障检测；步骤S4.根据dq轴电流的近似分量和采样点数，区分故障类型，若为单管故障，进入步骤S5；若为同桥臂双管故障，进入步骤S6；若为不同桥臂双管故障，进入步骤S7；步骤S5.定位单管故障中发生故障的功率管；步骤S6.定位同桥臂双管中发生故障的功率管；步骤S7.定位不同桥臂双管中发生故障的功率管。具体地，所述三相逆变器为两电平三相逆变器。具体地，根据电机定子电流ia,ib,ic，计算dq轴电流，计算公式如下：根据电机转速v，计算采样点数L，计算公式如下：其中，np为电机的极对数，Ts为采样周期。具体地，步骤S2具体为：其中，cm[k]表示近似分量，dm.j[k]表示细节分量，fm(t)是d轴电流id或q轴电流iq，是haar小波基函数，ψ(t)是haar小波函数，k表示平移尺度因子，取值范围为[1,L]，t表示时间，j表示缩放尺度因子，取值范围为[2,6]。具体地，当d轴电流的细节分量dd.j[k]＞h1时，则故障发生，其中，h1＝k1×f+b1，h1为故障判断阈值，k1与b1为阈值的调整因子，f为电机转动频率，k表示平移尺度因子，取值范围为[1,L]，j表示缩放尺度因子，取值范围为[2,6]。具体地，步骤S4具体为：(1)根据dq轴电流的近似分量，计算零区计数COUNT，具体如下：(2)根据采样点数L，计算各协方差比例系数其中，m,n∈{a,b,c},m≠n；ia(k)+ib(k)+ic(k)＝0k＝1,2,…,L(3)判断是否满足COUNT＞T/20，若是，则为不同桥臂双管故障，否则，继续判断是否满足任一K_m,n＞h2，m,n∈{a,b,c},m≠n，若是，则为同桥臂双管故障，否则，为单管故障；其中，为变频调速系统电流周期，np为电机的极对数，v为电机转速，h2为同桥臂双管故障判断阈值，取值范围为(0,1)，ia,ib,ic为电机定子电流。具体地，步骤S5包括以下步骤：步骤S501.定位单管故障中发生故障的桥臂，具体如下：比较三相电流两两之间的协方差值Cov(ia,ib)、Cov(ib,ic)、Cov(ic,ia)的大小，若Cov(ib,ic)最小，则a桥臂故障；若Cov(ic,ia)最小，则b桥臂故障；若Cov(ia,ib)最小，则c桥臂故障；步骤S502.定位发生故障的桥臂中的功率管，具体如下：若x桥臂故障，通过电流均值判别故障桥臂的上管还是下管发生故障：具体地，步骤S6具体为：比较三相电流两两之间的协方差值Cov(ia,ib)、Cov(ib,ic)、Cov(ic,ia)的大小，若Cov(ib,ic)最小，则a桥臂故障；若Cov(ic,ia)最小，则b桥臂故障；若Cov(ia,ib)最小，则c桥臂故障。具体地，步骤S7包括以下步骤：步骤S701.定位不同桥臂双管中发生故障的桥臂，具体如下：若为双管故障，比较三相电流两两之间的协方差值Cov(ia,ib)、Cov(ib,ic)、Cov(ic,ia)，若Cov(ia,ib)最大，则a、b桥臂故障；若Cov(ib,ic)最大，则b、c桥臂故障；若Cov(ic,ia)最大，则c、a桥臂故障；步骤S702.定位发生故障的桥臂中的功率管，具体如下：若x桥臂故障，通过电流均值判别故障桥臂的上管还是下管发生故障：第二方面，本专利技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的三相逆变器功率管故障实时检测方法。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：1.本专利技术通过对dq轴电流进行小波分解，取其多次分解的细节分量与近似分量，利用细节分量完成功率开关管的开路故障诊断，利用近似分量完成单桥臂故障与不同桥臂双管故障的区分，不需要过多的计算，大大降低了系统的计算复杂度。2.本专利技术通过对三相电流之间的相关性分析，利用电流之间的协方差实现单管与双管故障的故障定位，以协方差作为特征量具有很高的辨识度，鲁棒性好，抗干扰能力强，电机启动、变速、突加或者突减负载等动态过程不会对本专利技术的故障诊断结果产生消极影响；且该方案对电机内部参数不敏感，抗噪声能力强。3.本专利技术通过利用均值极性判断上下管故障，实现功率开关管单管以及双管开路故障的检测与定位，检测精度高，速度快，实时性高，能够实时准确的检测变频器中任意功率开关管开路故障。附图说明图1为本专利技术实施例提供的带故障诊断模块的电机驱动系统三相逆变器的拓扑结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种变频调速系统三相逆变器功率管故障实时检测方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，变频调速系统由功率管(SA1,SA2,SB1,SB2,SC1,SC2)、续流二极管(DA1,DA2,DB1,DB2,DC1,DC2)、三相交流异步电机(IM)和滤波电容(C1,C2)构成。其中，Ud为直流母线电压，v为异步电机的转速，ia,ib,ic为异步电机定子电流，产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变频调速系统三相逆变器功率管故障实时检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1.采集变频调速系统中电机转速和电机定子电流，根据电机定子电流计算dq轴电流，根据电机转速计算采样点数；步骤S2.对dq轴电流分别进行j次小波分解，获得分解之后的近似分量与细节分量；步骤S3.根据d轴电流的细节分量来判断故障是否发生，若发生故障，进入步骤S4，否则，返回步骤S1，进入下一次故障检测；步骤S4.根据dq轴电流的近似分量和采样点数，区分故障类型，若为单管故障，进入步骤S5；若为同桥臂双管故障，进入步骤S6；若为不同桥臂双管故障，进入步骤S7；步骤S5.定位单管故障中发生故障的功率管；步骤S6.定位同桥臂双管中发生故障的功率管；步骤S7.定位不同桥臂双管中发生故障的功率管。

【技术特征摘要】
1.一种变频调速系统三相逆变器功率管故障实时检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1.采集变频调速系统中电机转速和电机定子电流，根据电机定子电流计算dq轴电流，根据电机转速计算采样点数；步骤S2.对dq轴电流分别进行j次小波分解，获得分解之后的近似分量与细节分量；步骤S3.根据d轴电流的细节分量来判断故障是否发生，若发生故障，进入步骤S4，否则，返回步骤S1，进入下一次故障检测；步骤S4.根据dq轴电流的近似分量和采样点数，区分故障类型，若为单管故障，进入步骤S5；若为同桥臂双管故障，进入步骤S6；若为不同桥臂双管故障，进入步骤S7；步骤S5.定位单管故障中发生故障的功率管；步骤S6.定位同桥臂双管中发生故障的功率管；步骤S7.定位不同桥臂双管中发生故障的功率管。2.如权利要求1所述的三相逆变器功率管故障实时检测方法，其特征在于，所述三相逆变器为两电平三相逆变器。3.如权利要求1所述的三相逆变器功率管故障实时检测方法，其特征在于，根据电机定子电流ia,ib,ic，计算dq轴电流，计算公式如下：根据电机转速v，计算采样点数L，计算公式如下：其中，np为电机的极对数，Ts为采样周期。4.如权利要求1所述的三相逆变器功率管故障实时检测方法，其特征在于，步骤S2具体为：其中，cm[k]表示近似分量，dm.j[k]表示细节分量，fm(t)是d轴电流id或q轴电流iq，是haar小波基函数，ψ(t)是haar小波函数，k表示平移尺度因子，取值范围为[1,L]，t表示时间，j表示缩放尺度因子，取值范围为[2,6]。5.如权利要求1所述的三相逆变器功率管故障实时检测方法，其特征在于，当d轴电流的细节分量dd.j[k]＞h1时，则故障发生，其中，h1＝k1×f+b1，h1为故障判断阈值，k1与b1为阈值的调整因子，f为电机转动频率，k表示平移尺度因子，取值范围为[1,L]，j表示缩放尺度因子，取值范围为[2,6]。6.如权利要求1所述的三相逆变器功率管故障实时检测方法，其特征在于，步骤S4具体为：(1)根据dq轴电流的近似分量，计算零区计数COUNT，具体如下：(2)根据采样点数L，计算各协方差比例系数其中，m,n∈{a,b,c},m≠n；ia(k...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金，杨焕文，刘洋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42