一种发电容错变换器的故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种开关磁阻电机发电容错功率变换器的诊断方法，适用于开关磁阻电机发电领域的故障诊断与容错控制。对于开关磁阻电机系统，功率变换器的故障不可避免，针对发电容错功率变换器的良好的容错性能和分布式发电故障维护与处理的困难问题，提出一种新的电流测量以获取更多故障信号的方法。并将母线电流，相电流，电流斜率和晶闸管门机信号组成四位二进制码以确定器件位置和判定故故障类型。不仅控制方式简单，且通过故障阀值的精确调整，且在经济性高的情况下高效精确快速的诊断出故障，通过变换器自身容错控制维持系统的稳定运行。定运行。定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种发电容错变换器的故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及开关磁阻电机功率变换器故障诊断与容错领域。

技术介绍

[0002]开关磁阻电机具有结构简单,抗干扰能力强,可缺相运行故障运行的特点。相比于其他电机发电系统,开关磁阻电机发电系统具有如下优点：可以在缺相故障的情况下进行发电运行，这是其他电机无法比拟的。在开关磁阻电机发电系统中,功率变换器作为驱动电路十分关键。由于高温，潮湿等复杂工作环境下，故障的发生是不可避免的。当故障出现时，位于偏远山区的设备不具备停机条件和维修条件，通过及时的故障诊断与容错控制避免造成更大损失和维持供电系统稳定有着重大意义。为了提高设备的容错运行能力以及避免故障带来的重大损失。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种新型电流测量方式。与原始测量所需传感器数量减少，为实现上述目的，提供技术方案如下：
[0004]其中一个电流传感器LEM1的放置于所有绕组前端，作为公用的电流传感器，所测电流为四相电流之和，此外每两相绕组再公用一个电流传感器，此外每相绕组只被两个传感器测量。
[0005]通过电流传感器测量值，可建立各相电流的电流方程。
[0006]根据转子位置，判断电流为零相，带入上述方程，减少未知量，以解出方程的解，获取实时电流。
[0007]将母线电流和相电流设置故障阀值，超越故障阀值对其做出故障标记，超越阀值记为0，正常值标记为1。
[0008]标记两采样点之间的电流斜率，电流上升时斜率为1，电流下降时斜率为0
[0009]标记和门极信号电平，高电平导通状态标记为1，低电平不导通状态标记为0
[0010]将母线电流、相电流，电流斜率和门极信号的对应数值组合成为二进制数值，提供正常状态下这四种信号在不同区域的正常数值和预置故障情况下不同位置不同类型故障的数值对故障器件进行定位和诊断。
附图说明
[0011]图1一种四相新型开关磁阻电机发电容错功率变换器结构示意图。
[0012]图2为本专利技术所提出的一种针对发电容错功率变换器的相电流测量传感器放置方式。
[0013]图3开关磁阻电机电流特性图
[0014]图4系统仿真传感器电流、实际电流与用所提出方法分解所得电流
[0015]图5S1开路时系统仿真波形
[0016]图6S1短路时系统仿真波形
[0017]图7S5开路时系统仿真波形
[0018]图8S5短路时系统仿真波形
具体实施方式
[0019]如图1，发电容错功率变换器其中开关管K5、K6、K7、K8的发射极与直流电压源U12的正极相连，构成节点1；开关管K1、K2、K3、K4、K15的发射极与直流电压源U12的负极相连，构成节点2；二极管D1、D2、D3、D4的阴极与电容C阳极相连，构成节点3；开关管k1、K5、K10的集电极,与绕组A的输出端相连，构成节点4；开关管k2、K6、K11的集电极,与绕组B的输出端相连，构成节点5；开关管k3、K7、K12的集电极,与绕组C的输出端相连，构成节点6；开关管k4、K8、K13的集电极,与绕组D的输出端相连，构成节点7；开关管K10、K11、K12、K13的发射极与开关管K9、K14的集电极相连，构成节点8；绕组A、B、C、D输入端、电容C阴极、开关管K14发射极与节点1相连；开关管K9的发射极与节点3相连；二极管D1阳极与节点4相连；二极管D2阳极与节点5相连；二极管D3阳极与节点6相连；二极管D4阳极与节点7相连；
[0020]如图1，绕组LA、LB、LC和LD的前端节点分别为Wa、Wb、Wc和Wd；
[0021]如图1，位于节点1和点Da、Db、Dc和Dd之间的导线部分称为Wa、Wb、Wc和Wd用于在缠绕电流传感器上测量电流。
[0022]如图2，电流传感器1放置在电源母线上，正向缠绕4圈；
[0023]如图2，电流传感器2分别被Wa、Wb、Wc和Wd正向缠绕一圈；
[0024]如图2，电流传感器3被Wa正向缠绕一圈，被Wc正向缠绕两圈；
[0025]如图2，电流传感器4被Wb正向缠绕一圈，被Wd正向缠绕两圈；
[0026]记电流传感器2、3、4的测量电流数值为M、Q、N，则可以得到下面的方程：
[0027][0028]如图3根据电机绕组导通相开通角到下一导通相相开通角，下一相绕组电流为零特性，根据转子位置P，有如下方程
[0029][0030]当转子位置P位于D相绕组开通角与A相开通角之间，即i
a
等于0，代入方程(1)可解出此时的各相电流表达式
[0031][0032]如图4所示，表1给出了其他位置情况下的电流表达式
[0033]表1其他情况下方程的解
[0034][0035]将电流互感器1所测母线电流设置故障阀值
[0036]一般在发电运行时各相开通角无重叠，此时母线电流故障阀值取励磁电流的最大值,引入变量B表示母线电流状态，满足以下规则
[0037][0038]引入变量A表示绕组电流状态，X、Y分别表示电流值域是上下限，满足以下规则
[0039][0040]引入变量P表示绕组电流上升或下降状态，电流斜率P的计算方法为
[0041][0042]其中Ts表示采样时间，符号
△
i代表两次采样的电流差值，“sgn”表示阶跃函数。
[0043]引入变量G表示门极信号的高低，满足以下条件
[0044][0045]根据绕组在励磁、续流和发电三个阶段的电压方程推导出三种模式的电流的斜率变化分别为(8)、(9)、(10)
[0046][0047][0048][0049]根据转子处于励磁续流发电的某个阶段，母线电流是否在相应的值域范围，相电流是否在相应的值域范围，电流的上升或下降是否匹配门极信号即可判断器件的故障情况。
[0050]如图5，A相励磁三极管正常与断路情况BAPG对应数值情况如表2
[0051]表2S1开路时对应的标记比较
[0052][0053]如图6，A相励磁三极管正常与短路情况BAPG对应数值情况如表3
[0054]表3S1短路时对应的标记比较
[0055][0056]如图7，A相续流三极管正常与断路情况BAPG对应数值情况如表4
[0057]表4S5开路时对应的标记比较
[0058][0059]A相续流三极管正常与短路在续流区域情况BAPG对应数值情况如表5
[0060]表5S6开路时对应的标记比较
[0061][0062]通过对上述故障情况的总结，将母线电流、相电流、电流斜率和门极信号组合成4位二进制码，相应的十进制数值、器件故障位置、故障类型如下表6
[0063]表6BAPG的二进制和十进制代码以及相应的故障晶体管和故障类型
[0064][0065]转子在不同位置时，不同位置的三极管发生开路和短路故障唯一对应一个上述的二进制数，根据二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发电容错变换器的故障诊断方法，其特征在于：通过电流传感器的特殊放置和缠绕方式，获取绕组电流组成的方程组；所述电流传感器的特殊放置，在于：绕组LA、LB、LC和LD的电流流入端节点分别为Wa、Wb、Wc和Wd，位于电源正极和点Da、Db、Dc和Dd之间的导线部分称为Wa、Wb、Wc和Wd，用于缠绕在电流传感器上测量电流；所述缠绕方式，特征在于：电流传感器1放置在电源母线上，正向缠绕4圈，电流传感器2分别被Wa、Wb、Wc和Wd正向缠绕一圈，电流传感器3被Wa正向缠绕一圈，被Wc正向缠绕两圈，电流传感器4被Wb正向缠绕一圈，被Wd正向缠绕两圈；所述缠绕方式特征在于：对N相开关磁阻电机仅用N
‑
1个电流传感器，通过对导线缠绕匝数的设计，即可获得N
‑
1阶方程组，结合电机特性，通过转...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘万里，赵铁军，陆哲，冷旭东，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：