兼顾逆变器电流传感器故障和功率管开路故障的诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种兼顾逆变器电流传感器故障和功率管开路故障的诊断方法，包括从逆变器获取用于诊断的信号；计算桥臂间线电压期望值和桥臂间线电压实际值；计算桥臂间线电压偏差值作为第一诊断变量；计算电感电流之和的偏差值作为第二诊断变量；设定第一诊断变量的阈值；设定第二诊断变量的阈值；计算第一诊断变量和第二诊断变量的极性，再根据故障诊断表来综合诊断逆变器电流传感器故障和功率管开路故障；若诊断出某一相的电流传感器发生了故障，进行电流传感器故障容错。本发明专利技术提供的诊断方法具有综合性、快速性和鲁棒性，本不需要额外的硬件电路，可适用于不同控制方法的逆变器系统，且采样频率低、计算量小。

【技术实现步骤摘要】
兼顾逆变器电流传感器故障和功率管开路故障的诊断方法
本专利技术属于电力电子设备故障诊断
，具体涉及一种兼顾逆变器电路传感器故障和功率管开路故障的诊断方法。
技术介绍
逆变器的可靠性对可再生能源系统、微电网和电气传动系统等应用领域非常重要。为了满足这些应用领域对安全性、成本和实用性的要求，近年来对逆变器故障诊断技术的研究越来越得到重视。大功率逆变器中的电流传感器由于受到噪声、振动、老化等因素的影响容易发生故障，传感器失效会造成反馈的电流值错误，导致整个系统紊乱。而半导体功率管是电力电子变换器中故障率最高的元器件，开路故障是常见的功率管故障。因此对电流传感器故障和功率管开路故障进行诊断是非常必要的。公开号为CN107957527A的中国专利文献公开了一种基于单电流传感器技术的逆变器功率管故障诊断方法，将单电流传感器安装在逆变器的两条支路上，采集两条支路的总电流，在一个PWM周期的两个零电压矢量中间时刻对单电流传感器进行采样，分别得到C相电流ic和A相电流ia，再根据ia+ib+ic＝0，重构出电机的三相电流；利用重构出的三相电流，计算出Park电流矢量，并得到故障诊断变量，根据故障诊断变量的取值范围判定发生开路故障的功率管位置。公开号为CN104793161A的中国专利文献公开了一种电机驱动系统电流传感器故障诊断方法，利用两个电流传感器分别检测三相电机任意二相的电流，对第一个电流传感器检测得到的相电流、第二个电流传感器检测得到的相电流进行采样，一个相电流周期内的采样点数为N；计算一个相电流周期内的相电流幅值如果一个相电流周期内相电流幅值超出相平衡阀值范围较多次，则判断发生相电流不平衡，电流传感器存在严重或精度故障。目前研究电流传感器故障诊断的方法和针对功率管开路故障的诊断方法不少，然而这些诊断方法都只考虑了其中一种故障类型，没有统筹考虑电流传感器故障和功率管故障，这样会引起误诊断。例如，电流传感器失效可能会引起功率管故障诊断方法的误诊断。并且，现有的诊断方法不能同时很好地满足对故障诊断的可靠性、快速性和实用性的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种兼顾逆变器电流传感器故障和功率管开路故障的诊断方法。本专利技术提供的诊断方法可以实现电流传感器故障和功率管开路故障的同时诊断，提高了故障诊断的综合性，并且具有可靠性、快速性和实用性的特点。本专利技术提供如下技术方案：本专利技术所述的电流传感器故障是指传感器完全失效的故障。一种兼顾逆变器电流传感器故障和功率管开路故障的诊断方法，包括以下步骤：(1)从逆变器的控制系统中获取用于诊断的信号，所述信号包括逆变器输入端的直流母线电压、功率开关的占空比、输出滤波电感的电流和输出电压；(2)由逆变器输入端的直流母线电压和功率开关的占空比计算得到桥臂间线电压期望值，由逆变器的电感电流和输出电压计算得到桥臂间线电压实际值；(3)由桥臂间线电压期望值和桥臂间线电压实际值计算得到桥臂间线电压偏差值作为第一诊断变量；(4)由电感电流之和期望值和电流传感器采样得到的电感电流值计算得到电感电流之和的偏差值作为第二诊断变量；(5)根据采样误差、参数误差、死区和延迟时间设定第一诊断变量的阈值；(6)根据电感电流的采样误差设定第二诊断变量的阈值；(7)通过比较步骤(3)得到的第一诊断变量和步骤(5)得到的第一诊断变量的阀值，获得第一诊断变量的的极性；通过比较步骤(4)得到的第二诊断变量和步骤(6)得到的第一诊断变量的阀值，获得第二诊断变量的的极性；再根据故障诊断表来综合诊断逆变器电流传感器故障和功率管开路故障；(8)若诊断出某一相的电流传感器发生了故障，则通过正常相的电流计算得到故障相的电流的重构值，进行电流传感器故障容错。在步骤(2)中，所述的桥臂间线电压期望值的计算方法为：其中，[n]表示第n次采样时刻的值，Vdc为逆变器输入端的直流母线电压，dk和di分别为逆变器k相和i相的功率开关的占空比，k,i＝a,b,c，且k≠i，ki＝ab,bc,ca。在步骤(2)中，所述的桥臂间线电压实际值vki[n]的计算方法为：其中，Lk和Li分别为逆变器k相和i相的输出滤波电感，ik和ii分别为逆变器k相和i相的电感电流(即输出电流)，vk和vi分别为逆变器k相和i相的输出电压，Ts为采样周期。在步骤(3)中，所述的第一诊断变量Δvki[n]的计算方法为：在步骤(4)中，所述的第二诊断变量Δis[n]的计算方法为：其中，ik为由电流传感器采样得到的电感电流值，为电感电流之和期望值。在步骤(5)中，所述的第一诊断变量的阈值vth,ki[n]的设定方法为：(5-1)计算由采样误差和参数误差引起的桥臂间线电压实际值的最大计算误差σvki[n]：其中，σvk、σvi和σik、σii分别是输出电压vk、vi和电感电流ik、ii的最大采样误差，σLk、σLi分别是输出滤波电感Lk、Li的最大偏差；(5-2)计算由采样误差引起的桥臂间线电压期望值的最大计算误差其中，σVdc为逆变器输入端直流母线电压Vdc的最大采样误差；(5-3)计算由死区和延迟时间引起的桥臂间线电压期望值的误差σdd和σdl：其中，tdd是死区时间，tdl是延迟时间；(5-4)基于以上计算误差，设定第一诊断变量的阈值vth,ki[n]为其中α≥1，α是根据系统在正常运行情况下的采样误差来确定。在步骤(6)中，所述的第二诊断变量的阈值ith的设定方法为：ith＝β·σis其中，β≥1，σis是由采样误差引起的电感电流之和实际值的最大计算误差，β是根据系统在正常运行情况下的采样误差来确定。在步骤(7)中，所述的第一诊断变量的极性Δvki_pol[n]的计算方法为：在步骤(7)中，所述的第二诊断变量的极性Δis_pol[n]的计算方法为在步骤(8)中，由正常相的电流计算故障相的电流的重构值ik*[n]的方法为其中，ii[n]和ir[n]分别是正常相相i和相r的电感电流采样值。本专利技术提供的诊断方法基于两个诊断变量，实现同时诊断逆变器电流传感器故障和功率管开路故障的功能，是一种综合诊断方法。这两个诊断变量为：桥臂间线电压偏差值(第一诊断变量)和电感电流之和的偏差值(第二诊断变量)。通过比较诊断变量和其阈值，获得诊断变量的极性，再根据故障诊断表，来综合诊断逆变器电流传感器故障和功率管开路故障。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)能同时诊断逆变器的电流传感器故障和功率管开路故障，将不同类型器件的故障诊断融合于统一的诊断方法中，提高了故障诊断的综合性，避免了某一类型器件发生故障引起另一类型器件误诊断的问题，提高了故障诊断的可靠性；2)诊断速度快，对电流传感器故障和功率管开路故障均能实现快速诊断，诊断速度可达一个采样周期；3)该诊断方法具有很强的鲁棒性，诊断阈值包含了所有的诊断计算误差，能避免由正常工作时的噪声干扰、采样误差、元件参数误差、切载、死区和延迟时间引起的误诊断；4)诊断所需的采样频率低且计算量小，对软件的负担小，在高频应用领域例如基于SiC和GaN器件的逆变器系统中，此诊断方法具有更大的优势；5)诊断过程与控制算法无关，对采用不同控制方法的逆变器系统，此诊断方法均适用；6)诊断方法与功率变换器的工作模式无关，在逆变模式或整流模式下，此方法均适用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼顾逆变器电流传感器故障和功率管开路故障的诊断方法，包括以下步骤：(1)从逆变器的控制系统中获取用于诊断的信号，所述信号包括逆变器输入端的直流母线电压、功率开关的占空比、输出滤波电感的电流和输出电压；(2)由逆变器输入端的直流母线电压和功率开关的占空比计算得到桥臂间线电压期望值，由输出滤波电感的电流和输出电压计算得到桥臂间线电压实际值；(3)由桥臂间线电压期望值和桥臂间线电压实际值计算得到桥臂间线电压偏差值作为第一诊断变量；(4)由电感电流之和期望值和电流传感器采样得到的电感电流值计算得到电感电流之和的偏差值作为第二诊断变量；(5)根据采样误差、参数误差、死区和延迟时间设定第一诊断变量的阈值；(6)根据电感电流的采样误差设定第二诊断变量的阈值；(7)通过比较步骤(3)得到的第一诊断变量和步骤(5)得到的第一诊断变量的阀值，获得第一诊断变量的极性；通过比较步骤(4)得到的第二诊断变量和步骤(6)得到的第二诊断变量的阀值，获得第二诊断变量的的极性；再根据故障诊断表来综合诊断逆变器电流传感器故障和功率管开路故障；(8)若诊断出某一相的电流传感器发生了故障，则通过正常相的电流计算得到故障相的电流的重构值，进行电流传感器故障容错。...

【技术特征摘要】
1.一种兼顾逆变器电流传感器故障和功率管开路故障的诊断方法，包括以下步骤：(1)从逆变器的控制系统中获取用于诊断的信号，所述信号包括逆变器输入端的直流母线电压、功率开关的占空比、输出滤波电感的电流和输出电压；(2)由逆变器输入端的直流母线电压和功率开关的占空比计算得到桥臂间线电压期望值，由输出滤波电感的电流和输出电压计算得到桥臂间线电压实际值；(3)由桥臂间线电压期望值和桥臂间线电压实际值计算得到桥臂间线电压偏差值作为第一诊断变量；(4)由电感电流之和期望值和电流传感器采样得到的电感电流值计算得到电感电流之和的偏差值作为第二诊断变量；(5)根据采样误差、参数误差、死区和延迟时间设定第一诊断变量的阈值；(6)根据电感电流的采样误差设定第二诊断变量的阈值；(7)通过比较步骤(3)得到的第一诊断变量和步骤(5)得到的第一诊断变量的阀值，获得第一诊断变量的极性；通过比较步骤(4)得到的第二诊断变量和步骤(6)得到的第二诊断变量的阀值，获得第二诊断变量的的极性；再根据故障诊断表来综合诊断逆变器电流传感器故障和功率管开路故障；(8)若诊断出某一相的电流传感器发生了故障，则通过正常相的电流计算得到故障相的电流的重构值，进行电流传感器故障容错。2.根据权利要求1所述的兼顾逆变器电流传感器故障和功率管开路故障的诊断方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的桥臂间线电压期望值的计算方法为：其中，[n]表示第n次采样时刻的值，Vdc为逆变器输入端的直流母线电压，dk和di分别为逆变器k相和i相的功率开关的占空比，k,i＝a,b,c，且k≠i，ki＝ab,bc,ca。3.根据权利要求1所述的兼顾逆变器电流传感器故障和功率管开路故障的诊断方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的桥臂间线电压实际值vki[n]的计算方法为：其中，Lk和Li分别为逆变器k相和i相的输出滤波电感，ik和ii分别为逆变器k相和i相的电感电流，vk和vi分别为逆变器k相和i相的输出电压，Ts为采样周期。4.根据权利要求1所述的兼顾逆变器电流传感器故障和功率管开路故障的诊断方法，其特征在于，在步骤(3)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：马皓，任伊昵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33