逆变器在线开路故障检测方法技术

本发明专利技术公开了一种逆变器在线开路故障检测方法，首先采集逆变器的两相电流，然后计算得到采样时刻时三相电流的幅值和相位，再据此计算得到采样时刻时三相电流绝对值之和的标幺值，将此标幺值与预设阈值进行比较，判断是否发生开路故障，如果发生再根据三相电流进行故障定位，其具体方法为对三相电流进行标幺化处理，然后对标幺化电流进行过零置“一”处理，计算采样时刻的故障定位标识，将故障定位标识与预设阈值进行比较，实现开路故障相与故障管的定位检测。本发明专利技术通过对检测得到的负载电流进行在线处理进行开路故障检测，减小故障检测时间，实现在线故障检测。

On-line Open-circuit Fault Detection Method for Inverters

【技术实现步骤摘要】
逆变器在线开路故障检测方法
本专利技术属于逆变器故障检测
，更为具体地讲，涉及一种逆变器在线开路故障检测方法。
技术介绍
逆变器广泛应用于电网、电机系统和电源等领域，但是系统因半导体功率器件发生故障后所带来的隐患不可忽视，特别是对于不易察觉的逆变器开路故障。目前，通过检测逆变器输出电流，实现快速准确的逆变器故障检测，而且逆变器故障检测和容错控制的关键方法和技术，可以推广到电网逆变器、电机逆变器和电源逆变器故障检测容错中，得到了国内外专家学者的重视。基于电流的逆变器故障检测方法，通过对已测电流量经过坐标变换、信号处理或者模式识别等技术进行检测以及定位故障。基于负载电流的故障检测方法可以利用电流闭环系统中的传感器，无需额外的电流传感器，但是电流量却是一个状态量，而且容易受到系统运行情况的影响，不能直接及时地将故障信息反映出来，使得其极易受到外界变化的影响，导致错报和漏报故障，抗干扰性能较差，检测可靠性较低。除此之外，基于电流的现有诸多技术在故障检测时间上往往受限于电流基波周期，检测时间通常以电流基波周期为参考，检测时间较长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种逆变器在线开路故障检测方法，通过对检测得到的负载电流进行在线处理进行开路故障检测，减小故障检测时间，实现在线故障检测。为实现上述专利技术目的，本专利技术逆变器在线开路故障检测方法包括以下步骤：S1：采用传感器采集逆变器的两相电流，分别记为ia(k)、ib(k)，k表示传感器的采样时刻；S2：记第三相电流为ic(k)，根据以下公式计算采样时刻k时三相电流的幅值Im和相位ωt：其中，ω表示电流角频率，t表示时间，与采样时刻k对应；S3：采用步骤S2计算得到的采样时刻k时三相电流的幅值Im和相位ωt计算得到采样时刻k时三相电流绝对值之和ρ(k)的标幺值fρ(k)：其中，n是满足式的正整数；S4：根据需要设定检测阈值s1，若fρ(k)＞s1，则说明采样时刻k时逆变器未发生开路故障，不作任何操作，若fρ(k)≤s1，则逆变器开路故障发生，进入步骤S5进行故障定位；S5：根据以下公式对采样时刻k的三相电流进行标幺化处理，得到标幺化三相电流iph(k)：其中，h＝a,b,c，当h＝a，j＝0，当h＝b，j＝1，当h＝c，j＝2；S6：根据需要设定阈值s2，采用以下公式对标幺化电流iph(k)进行过零置“一”处理，得到标幺化电流iph(k)对应的标志参数σh(k)：S7：采用以下公式计算采样时刻k的故障定位标识δh(k)：其中，L表示一个电流基波周期的采样点数；S8：根据需要设定检测阈值s3，若δh(k)≤-s3，则逆变器h相发生上管开路故障；若|δh(k)|＜s3，则逆变器h相未发生开路故障；若δh(k)≥s3，则逆变器h相发生下管开路故障。本专利技术逆变器在线开路故障检测方法，首先采集逆变器的两相电流，然后计算得到采样时刻时三相电流的幅值和相位，再据此计算得到采样时刻时三相电流绝对值之和的标幺值，将此标幺值与预设阈值进行比较，判断是否发生开路故障，如果发生再根据三相电流进行故障定位，其具体方法为对三相电流进行标幺化处理，然后对标幺化电流进行过零置“一”处理，计算采样时刻的故障定位标识，将故障定位标识与预设阈值进行比较，实现开路故障相与故障管的定位检测。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术针对现有技术在故障检测时间上往往受限于电流基波周期的问题，利用检测得到的负载电流设置新的变量，使得检测时间仅仅与1/6的电流基波周期相关，减小故障检测时间，提高故障检测的速度，改善故障检测性能；(2)本专利技术能够准确定位故障相和故障管，为系统进一步的故障处理提供有效的依据；(3)本专利技术不受负载变化的影响，逆变器负载可以是电网、电机、电源等，相比于其它在线检测方法有更好的灵敏度和准确性，非常适用于逆变器快速开路故障在线检测；(4)本专利技术适用于三相逆变器单管和多管开路故障的在线监测。附图说明图1是本专利技术逆变器在线开路故障检测方法的具体实施方式流程图；图2是本实施例中三相逆变器系统结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图1是本专利技术逆变器在线开路故障检测方法的具体实施方式流程图。如图1所示，本专利技术逆变器在线开路故障检测方法的具体步骤包括：S101：采集两相电流：采用传感器采集逆变器的两相电流，分别记为ia(k)、ib(k)，k表示传感器的采样时刻。S102：计算三相电流参数：记第三相电流为ic(k)，由于三相电流ia、ib、ic满足等式ia+ib+ic＝0。那么根据以下公式计算采样时刻k时三相电流的幅值Im和相位ωt：其中，ω表示电流角频率，t表示时间，与采样时刻k对应。S103：计算三相电流绝对值之和的标幺值：记三相电流绝对值之和ρ＝|ia|+|ib|+|ic|，则有：其中，n是满足式的正整数。记T1为1/6个电流基波周期，则三相电流绝对值之和ρ在每个周期T1内的平均值<ρ>可以采用以下公式计算：三相电流绝对值之和ρ可以采用以下公式进行标幺化处理，得到三相电流绝对值之和ρ的标幺值fρ：显然，采用步骤S102计算得到的采样时刻k时三相电流的幅值Im和相位ωt即可计算得到采样时刻k时三相电流绝对值之和ρ(k)的标幺值fρ(k)：在逆变器正常工作情况下，标幺值fρ的取值范围为可近似认为fρ∈(0.9069,1.0472)。当逆变器单桥臂开路故障发生后，标幺值fρ将会脱离区间(0.9069,1.0472)。S104：故障检测：根据需要设定检测阈值s1，若fρ(k)＞s1，则说明采样时刻k时逆变器未发生开路故障，不作任何操作，若fρ≤s1，则逆变器开路故障发生，进入步骤S105进行故障定位。在实际应用时，综合考虑正常与故障情况下标幺值fρ的变化，并权衡检测方法的快速性与抗干扰性，避免故障误判的发生，适当选取阈值s1。根据标幺值fρ的取值范围可知，阈值s1应小于0.9069。经过实验发现，为了兼顾可靠性与检测速度，阈值s1可在0.5附近进行取值。由于变量fρ采用了标准化处理，使得其不依赖于负载，对控制系统参数特征不敏感，故阈值s1不会因故障的不同而改变。S105：三相电流标幺化处理：根据以下公式对采样时刻k的三相电流进行标幺化处理，得到标幺化三相电流iph(k)：其中，h＝a,b,c，当h＝a，j＝0，当h＝b，j＝1，当h＝c，j＝2。可以得到标幺化三相电流ipa(k)、ipb(k)、ipc(k)的计算公式如下：S106：标幺化电流过零置“一”处理：根据需要设定阈值s2，采用以下公式对标幺化电流iph(k)进行过零置“一”处理，得到标幺化电流iph(k)对应的标志参数σh(k)：阈值s2的理论值为0，但是在实际应用中通常取标幺化电流iph(k)的最大值的2％附近，即s2≈0.01。S107：计算故障定位标识：采用以下公式计算采样时刻k的故障定位标识δh(k)：其中，L表示一个电流基波周期的采样点数。也就是说，本专利技术对于采样时刻k-L+1至采样时刻k中的每一个采样时刻k′，先根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种逆变器在线开路故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采用传感器采集逆变器的两相电流，分别记为ia(k)、ib(k)，k表示传感器的采样时刻；S2：记第三相电流为ic(k)，根据以下公式计算采样时刻k时三相电流的幅值Im和相位ωt：

【技术特征摘要】
1.一种逆变器在线开路故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采用传感器采集逆变器的两相电流，分别记为ia(k)、ib(k)，k表示传感器的采样时刻；S2：记第三相电流为ic(k)，根据以下公式计算采样时刻k时三相电流的幅值Im和相位ωt：其中，ω表示电流角频率，t表示时间；S3：采用步骤S2计算得到的采样时刻k时三相电流的幅值Im和相位ωt计算得到采样时刻k时三相电流绝对值之和ρ(k)的标幺值fρ(k)：其中，n是满足式的正整数；S4：根据需要设定检测阈值s1，若fρ(k)＞s1，则说明采样时刻k时逆变器未发生开路故障，不作任何操作，若fρ≤s1，则逆变器开路故障发生，进入步骤S104...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，张建建，陈章勇，张鹏，李鹏豪，
申请(专利权)人：电子科技大学，重庆红江机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51