移相全桥变换器实时故障诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种移相全桥变换器实时故障诊断方法及系统，在移相全桥变换器两个下桥臂上放置电流传感器，移相全桥变换器一个完整开关周期的正半周中，超前下桥臂的传感器获取功率管反并联二极管续流电流信号；开关周期的负半周中，滞后下桥臂的传感器获取功率管反并联二极管续流电流信号；通过功率管驱动信号结合上述正半周或负半周采样获得的续流电流信号，依据功率管反并联二极管续流电流信号和功率管驱动信号的逻辑关系，来确定移相全桥变换器的故障情况。本发明专利技术可以快速、准确定位故障并确定故障类别，建立故障数据库，且实现故障预测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及系统故障诊断领域，具体涉及一种针对移相全桥变换器实时故障诊断方法及系统。
技术介绍
在电力电子装置中主功率变换器功率器件是最容易发生故障的薄弱环节，近年来 功率器件运行的可靠性虽然有所提高，但未能满足功率变换器的要求。统计资料表明，短路 和断路是功率器件最常见的故障，移相全桥变换器(如图1)功率管的故障可分为单管短 路、双管短路、单管断路和双管断路四种类型，而功率管的过电压、过电流和过温是是造成 故障的最主要原因。目前，针对功率变换器故障诊断所采用的技术可以分为基于数学模型 和不依赖数学模型两大类。基于数学模型的故障诊断方法可分为状态估计法和参数辨识 法，基于数学模型的电力电子故障诊断方法物理意义十分明了 ，公式推导简单，但由于电力 电子变换器是非线型系统，实际工作中变换器模型总是不够精确的，而且很多变换器拓扑 甚至连数学模型都很难建立，所以该方法很少在工程上应用。不依赖数学模型的故障诊断 方法主要包括直接测量法、信号处理法、模式识别、专家系统、神经网络和遗传算法等等。直 接测量法可分为检测功率器件变量和检测电路其它相关变量两类，该方法简单直观，实时 性强，但无法对电路故障精确定位。信号处理法、模式识另U、专家系统、神经网络等方法由于 涉及到复杂的算法，程序处理时间长，很难满足运行频率越来越高的电力电子变换器的要 求，例如必须在10i! s内检测出变换器功率管发生短路故障并排除故障，否则桥式拓扑的 电力电子变换器将出现桥臂直通这种恶劣的故障状态。 总的来说，不依赖数学模型的电力电子变换器故障诊断方法有以下不足(l)直 接测量法不能对故障进行精确定位；(2)信号处理法、模式识别等涉及人工智能的故障诊 断法的算法复杂很难在工程上应用；(3)无法实现故障预测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种移相全桥变换器实时故障诊断方法，能快速准确定位 故障并确定故障类别。 本专利技术的另一个目的在于通过实现上述方法的系统。 本专利技术的第一个目的可通过以下的技术措施来实现一种移相全桥变换器实时故 障诊断方法，其特征在于在移相全桥变换器两个下桥臂上放置电流传感器，移相全桥变换 器一个完整开关周期的正半周中，超前下桥臂的传感器获取功率管反并联二极管续流电流 信号；开关周期的负半周中，滞后下桥臂的传感器获取功率管反并联二极管续流电流信号； 通过功率管驱动信号结合上述正半周或负半周采样获得的续流电流信号，依据功率管反并 联二极管续流电流信号和功率管驱动信号的逻辑关系，来确定移相全桥变换器的故障情 况。 作为进一步改进，为了保证判断的准确性，在确定移相全桥变换器的故障情况时，还可结合相电流信号的逻辑关系；所述相电流信号通过以下采样获取在开关周期的正半 周中，滞后下桥臂的电流传感器获取工作状态的相电流信号；开关周期的负半周中，超前下 桥臂的电流传感器获取工作状态的相电流信号。 作为进一步改进，在故障情况下，还采样获取移相全桥变换器的母线电压信号、变 压器一次侧电流信号、功率管散热器温度值，存储建立变换器故障状态数据库；将采样的实 时运行数据与故障数据库中的数据比较，判断当前运行数据与故障数据库数据是否匹配， 实现故障情况预诊断。 本专利技术的另一个目的通过以下技术措施实现一种移相全桥变换器实时故障诊断 系统，其特征在于包括信号采集模块、数据管理模块、故障特征信号逻辑分析模块、故障诊 断解析模块；信号采集模块从移相全桥变换器获取工作状态的相电流信号、功率管反并联 二极管续流电流信号和功率管驱动信号输入至数据管理模块，数据管理模块将上述采样信 号传输至故障特征信号逻辑分析模块分析工作状态的相电流信号、续流电流信号和功率管 驱动信号的逻辑关系，故障诊断解析模块根据分析模块得出的逻辑关系，确定移相全桥变 换器故障情况。 本专利技术所述信号采集模块获取的采样信号还包括移相全桥变换器母线电压、变压 器一次侧电流、散热器温度。 本专利技术系统还包括故障状态数据存储模块，用于存储故障情况下采集模块获取的移相全桥变换器母线电压、变压器一次侧电流、散热器温度；数据比较模块，用于将采集模块实时采样到的数据，与故障状态数据库中的数据进行比较，实现故障预诊断。 本专利技术系统还包括故障预处理模块，用于对预诊断故障作自动处理。 本专利技术利用功率管反并联二极管续流电流信号和功率管驱动信号在各种故障状态下特有的逻辑关系，可以快速、准确定位故障并确定故障类别；并通过测得故障情况下的移相全桥变换器母线电压、变压器一次侧电流、散热器温度，建立故障数据库，实现故障预测。可以使得整个系统在有限次实验后，可以得到移相全桥变换器无故障运行的临界点，也就是由功率管所承受的电压、电流和温度三个参数所确定的安全工作区。附图说明图1是现有技术中软开关移相全桥变换器的电路拓扑图；图2是本专利技术的系统结构图；图3是本专利技术的系统工作流程图；图4是本专利技术中电流和电压传感器放置位置示意电路图；图5是本专利技术中温度传感器放置位置示意结构6是本专利技术中移相全桥变换器单管断路故障示意电路图；图7是本专利技术中移相全桥变换器单管短路故障示意电路图；图8是本专利技术中移相全桥变换器双管断路故障示意电路图；图9是本专利技术中移相全桥变换器双管短路故障示意电路图；图10是本专利技术中移相全桥变换器工作状态下的电流回路示意电路图；图11是本专利技术中移相全桥变换器续流状态下的电流回路示意电路图；图12是本专利技术中移相全桥变换器正常情况下Vl\管驱动信号与各电流对应关系图； 图13是本专利技术中移相全桥变换器的Vl\管断路故障状态下驱动信号与各电流对 应关系图； 图14是本专利技术中移相全桥变换器的VT4管断路故障状态下驱动信号与各电流对 应关系图； 图15是本专利技术中移相全桥变换器的Vl\和VT4双管断路故障状态下驱动信号与各 电流对应关系图； 图16是本专利技术中移相全桥变换器的Vl\管短路故障状态下驱动信号与各电流对 应关系图。具体实施例方式下面结合实施例及附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。 本专利技术提出的一种移相全桥变换器实时故障诊断方法，在移相全桥变换器两个下桥臂上放置电流传感器，移相全桥变换器一个完整开关周期的正半周中，超前下桥臂的传感器获取功率管反并联二极管续流电流信号；开关周期的负半周中，滞后下桥臂的传感器获取功率管反并联二极管续流电流信号；通过功率管驱动信号结合上述正半周或负半周采样获得的续流电流信号，依据功率管反并联二极管续流电流信号和功率管驱动信号的逻辑 关系，来确定移相全桥变换器的故障情况。 变换器功率管发生断路故障，表现为功率管导通逻辑下处于工作状态的变压器一 次侧电流发生故障进入续流状态，不同位置的功率管发生断路故障时对应着不同的续流回 路，由于正常工作状态下功率管驱动信号与相应的续流电流信号的严格互补的，即正常工 作状态下功率管驱动信号为高电平，相应的续流电流信号为低电平，而功率管发生断路故 障时，功率管驱动信号和对应的续流电流信号均为高电平，所以根据功率管驱动信号结合对应的二极管续流电流信号，可实现对故障功率管开路故障的判别。 变换器功率管发生短路故障，移相全桥变换器工作电流会持续上升，但电流回路仍然维持正常工作状态时的电流回路，对应功率管的驱动信号变为低，由于正常工作状态 下功率管驱动信号与相应的续流电流信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移相全桥变换器实时故障诊断方法，其特征在于在移相全桥变换器两个下桥臂上放置电流传感器，移相全桥变换器一个完整开关周期的正半周中，超前下桥臂的传感器获取功率管反并联二极管续流电流信号；开关周期的负半周中，滞后下桥臂的传感器获取功率管反并联二极管续流电流信号；通过功率管驱动信号结合上述正半周或负半周采样获得的续流电流信号，依据功率管反并联二极管续流电流信号和功率管驱动信号的逻辑关系，来确定移相全桥变换器的故障情况。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜贵平，李雄韬，
申请(专利权)人：广州电器科学研究院，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]