一种三相电压源逆变器开路故障实时检测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三相电压源逆变器开路故障实时检测方法和系统，属于在线检测领域。包括：S1、采集当前时刻的a、b、c三相电流数据；S2、根据所得当前时刻的三相电流数据，更新三相电流链表，更新一个周期内电流幅值最大值Imax；S3、将幅值范围等分为n个区间，统计一个电流周期内电流数据落在各个区间的频率；S4、用S3中统计的频率近似概率，实时计算当前时刻每相电流的信息熵；S5、比较相电流信息熵与设定阈值大小，得到当前时刻诊断结果。该方法不需要对电流信号进行滤波、降噪等数据处理过程，计算量小，实时性好，对负载扰动具有较好的鲁棒性，可快速定位到故障桥臂，为逆变器的精准维修或容错控制提供基础。

【技术实现步骤摘要】
一种三相电压源逆变器开路故障实时检测方法和系统
本专利技术属于在线检测
，更具体地，涉及一种三相电压源逆变器开路故障实时检测方法和系统。
技术介绍
逆变器作为变频调速系统的核心部件，广泛应用于工业、电气化交通、家用电器等诸多领域。逆变器的健康运行对整个变频调速系统具有重要意义，如在高铁机车牵引变频器中，逆变器一旦出现故障且不能及时得到修理，轻则导致机车的控制性能降低，重则引发二次故障甚至是车毁人亡的重大事故。而在逆变器中，由于过压、过流、热应力等内外因素的影响，功率管容易发生故障，特别是开路故障。研究电压源逆变器故障检测方法，可以对故障进行快速检测和定位，进而为容错控制、精准维修等策略提供决策依据，对提高系统可靠性具有十分重要的意义。现有的逆变器桥臂故障诊断方法包括基于硬件的桥臂故障诊断方法和基于系统信息的桥臂故障诊断方法。其中，基于硬件的桥臂故障诊断方法，通过添加附加诊断电路或其他传感器进行故障诊断，在工业系统中这种方法成本较高，且增加了系统的复杂性，因此无法广泛应用。而基于系统信息的桥臂故障诊断方法，特别是基于电流的方法，往往在对信号进行滤波降噪处理后，采用机器学习等基于数据的方法进行诊断。这类方法通常运算量较大，对处理器要求高，诊断时间较长，实时性较差；此类方法多应用于离线诊断获算法训练。在实际应用中，工业级DSP计算速度有限，且检测时间过长可能导致后续处理措施还未来得及实施，事故就已经发生。
技术实现思路
针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种三相电压源逆变器开路故障实时检测方法和系统，旨在解决现有基于系统信息的故障诊断中由于计算量大而导致实时性较差的技术问题。为实现上述目的，本专利技术的一个方面提供了一种三相电压源逆变器开路故障实时检测方法，包括以下步骤：(1)采集当前时刻的三相电流值ia、ib和ic，并更新三相电流链表和一个电流周期内的电流幅值最大值Imax；(2)将幅值范围[-Imax，Imax]等分为多个区间，统计一个电流周期内每相电流值落在各个区间的频率，根据所述频率获取当前时刻每相电流的信息熵；(3)比较所述每相电流的信息熵与预设阈值th的大小，得到当前时刻故障诊断结果。进一步地，所述步骤(1)中所述三相电流链表为：Im(k)＝[im(t)，im(t+1)，…，im(k)]T其中，m＝a，b，c，t＝k-L+1，k为当前采样时刻，为电流链表长度，np为电机极对数，w为电机转速，Ts为采样时间。进一步地，所述步骤(2)包括：将幅值范围[-Imax，Imax]划分为n个区间k时刻第m相电流链表数据落在各个区间分别对应事件U1，U2，…，Un，统计落在每个区间的电流链表数据的个数，得出一个电流周期内每相电流值落在各个区间的频率，作为事件Ui的概率pi；第m相电流的信息熵为其中m＝a，b，c。进一步地，所述阈值th的取值通过以下步骤确定：S01、分别计算逆变器正常运行和逆变器故障时各相电流的信息熵；其中，所述逆变器故障包括逆变器单桥臂中双管均发生故障以及单桥臂单管发生故障的情形；S02、以逆变器正常运行时相电流的信息熵为阈值的最大值，以逆变器故障时故障相的信息熵为阈值的最小值，确定阈值的取值范围。进一步地，所述阈值th∈[1.384，2.216]。进一步地，所述步骤(3)包括：当第m相的信息熵小于所述阈值时，表示第m相发生故障；否则，判定逆变器运行正常。本专利技术的另一方面还提供了一种三相电压源逆变器开路故障实时检测系统，包括采集单元，用于采集当前时刻的三相电流值ia、ib和ic，并更新三相电流链表和一个电流周期内的电流幅值最大值Imax；熵获取单元，用于将幅值范围[-Imax，Imax]等分为多个区间，统计一个电流周期内每相电流值落在各个区间的频率，根据所述频率获取当前时刻每相电流的信息熵；诊断单元，用于比较所述每相电流的信息熵与预设阈值th的大小，得到当前时刻故障诊断结果。进一步地，所述熵获取单元将幅值范围[-Imax，Imax]划分为n个区间k时刻第m相电流链表数据落在各个区间分别对应事件U1，U2，…，Un，统计落在每个区间的电流链表数据的个数，得出一个电流周期内每相电流值落在各个区间的频率，作为事件Ui的概率pi；第m相电流的信息熵为其中m＝a，b，c。进一步地，所述阈值th的取值通过以下步骤确定：S01、分别计算逆变器正常运行和逆变器故障时各相电流的信息熵；其中，所述逆变器故障包括逆变器单桥臂中双管均发生故障以及单桥臂单管发生故障的情形；S02、以逆变器正常运行时相电流的信息熵为阈值的最大值，以逆变器故障时故障相的信息熵为阈值的最小值，确定阈值的取值范围。进一步地，所述诊断单元中，比较所述每相电流的信息熵与预设阈值th的大小，得到当前时刻故障诊断结果包括：当第m相的信息熵小于所述阈值时，表示第m相发生故障；否则，判定逆变器运行正常。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1)本专利技术提出了一种基于信息熵的三相电压源逆变器桥臂开路故障实时检测方法，将采集的一个电流基波周期信号幅值范围划分为若干个子区间，统计数据落在每个区间的频率，计算相电流的信息熵，通过比较所得各相电流的信息熵与阈值的大小，得到各相桥臂的故障检测结果，该方法不需要对电流信号进行滤波、降噪等处理，算法计算量小，复杂度为O(n)；适合应用于计算能力小的实际工业处理器中。2)本专利技术所提出的基于信息熵的三相电压源逆变器桥臂开路故障实时检测方法的平均诊断时间仅需1/2个电流基波周期，实时性好，快于目前绝大多数诊断方法。本专利技术能够快速定位故障桥臂，为逆变器的快速检修或容错控制提供基础，提高变频调速系统的可靠性。3)本专利技术所提出的基于信息熵的三相电压源逆变器桥臂开路故障实时检测方法，在电机负载的单次突变在额定负载30％以内时仍然能够快速、准确的给出诊断结果，具有较好的鲁棒性。附图说明图1是本专利技术实施例所提供的基于信息熵的三相电压源逆变器桥臂开路故障实时检测方法流程图；图2是本专利技术实施例所提供的带故障检测模块的电机矢量控制系统结构图；图3是本专利技术实施例所提供的逆变器运行在正常、a相单管故障、a相双管故障时的相电流波形及事件划分示意图。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。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。为实现上述目的，本专利技术的一个方面提供了一种三相电压源逆变器开路故障实时检测方法，包括以下步骤：(1)采集当前时刻的三相电流值ia、ib和ic，并更新三相电流链表和一个电流周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相电压源逆变器开路故障实时检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)采集当前时刻的三相电流值i

【技术特征摘要】
1.一种三相电压源逆变器开路故障实时检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集当前时刻的三相电流值ia、ib和ic，并更新三相电流链表和一个电流周期内的电流幅值最大值Imax；
(2)将幅值范围[-Imax，Imax]等分为多个区间，统计一个电流周期内每相电流值落在各个区间的频率，根据所述频率获取当前时刻每相电流的信息熵；
(3)比较所述每相电流的信息熵与预设阈值th的大小，得到当前时刻故障诊断结果。


2.如权利要求1所述的三相电压源逆变器开路故障实时检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述三相电流链表为：
Im(k)＝[im(t)，im(t+1)，…，im(k)]T
其中，m＝a，b，c，t＝k-L+1，k为当前采样时刻，为电流链表长度，np为电机极对数，w为电机转速，Ts为采样时间。


3.如权利要求2所述的三相电压源逆变器开路故障实时检测方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：
将幅值范围[-Imax，Imax]划分为n个区间
k时刻第m相电流链表数据落在各个区间分别对应事件U1，U2，…，Un，统计落在每个区间的电流链表数据的个数，得出一个电流周期内每相电流值落在各个区间的频率，作为事件Ui的概率pi；
第m相电流的信息熵为其中m＝a，b，c。


4.如权利要求1所述的三相电压源逆变器开路故障实时检测方法，其特征在于，所述阈值th的取值通过以下步骤确定：
S01、分别计算逆变器正常运行和逆变器故障时各相电流的信息熵；其中，所述逆变器故障包括逆变器单桥臂中双管均发生故障以及单桥臂单管发生故障的情形；
S02、以逆变器正常运行时相电流的信息熵为阈值的最大值，以逆变器故障时故障相的信息熵为阈值的最小值，确定阈值的取值范围。


5.如权利要求4所述的三相电压源逆变器开路故障实时检测方法，其特征在于，所述阈值th∈[1.384，2.216]。


6.如权利...

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