基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法及系统，本发明专利技术诊断方法包括步骤：基于离散采样获取三角形载波周期的平均电流；获取该三角形载波周期的离散采样电流的一阶导数和二阶导数；基于二阶导数值判断换流器是否故障，如果二阶导数的绝对值介于第一阈值和第二阈值之间，通过混合差分判断换流器是否故障，根据二阶导数值区间，确定第一故障值；获取三角形载波周期的电流平均绝对值，获取第二故障值；根据第一故障值和第二故障值联合判断故障类型；如果二阶导数的绝对值大于第二阈值，则换流器故障

【技术实现步骤摘要】
基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种换流器故障诊断技术，尤其涉及一种基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法及系统
。

技术介绍

[0002]三相电压源型换流器广泛应用于工业生产
、
电力传输
、
电机牵引等各个领域
。
绝缘栅双极型晶体管
(IGBT)
是换流器的关键部件，它的可靠性至关重要，但由于所处的工作环境恶劣，
IGBT
容易发生意外故障
。
换流器的常见故障类型为开路故障和短路故障
。
由于短路故障对系统的损坏速度极快且危害性极大，大多数制造商已将相关检测和保护算法集成到硬件中
。
然而，与短路故障保护相比，开路故障保护通常不包含在换流器的硬件标准中，逆变器的开路故障会使电压和电流发生畸变，产生谐波及过流问题，甚至影响系统的整体可靠性
。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中的问题，本专利技术提供一种基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法，用于对换流器开路故障进行诊断
。
[0004]本专利技术基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法，包括如下步骤：
[0005]S1
：基于离散采样获取三角形载波周期的平均电流；
[0006]S2
：基于所述平均电流，采用前项差分公式获取该三角形载波周期的离散采样电流的一阶导数；
[0007]S3
：基于所述离散采样电流的一阶导数获取二阶导数；
[0008]S4
：基于二阶导数值判断换流器是否故障，如果二阶导数的绝对值小于第一阈值，则换流器正常，如果二阶导数的绝对值介于第一阈值和第二阈值之间，则执行步骤
S5,
通过混合差分判断换流器是否故障，如果二阶导数的绝对值大于第二阈值，则换流器故障，所述换流器的故障类型直接基于所述二阶导数值获取，结束；
[0009]S5
：根据步骤
S4
中二阶导数值区间，确定第一故障值；
[0010]S6
：获取三角形载波周期的电流平均绝对值，将电流平均绝对值与第三阈值进行比较，获取第二故障值；
[0011]S7
：根据第一故障值和第二故障值联合判断故障类型
。
[0012]本专利技术作进一步改进，步骤
S1
中，对每个三角形载波周期内的电流采样，获得
n
个采样点，获取该三角形载波周期
n
个采样点的平均电流
。
[0013]本专利技术作进一步改进，基于均值滤波器计算平均电流，计算公式为：
[0014][0015]其中，
n
＝
T
r
/T
s
是每个三角形载波周期内等间隔采样点的数量，
φ
＝
a,b,c
表示三相中的某一特定相位，
i
φ
(j)
表示某一特定相位的环内离散采样电流，
k
为三角形载波周期
序号，
T
s
是电流采样时间，
T
r
是闭环系统脉宽调制的触发时间
。
[0016]本专利技术作进一步改进，步骤
S2
中，离散采样电流的的一阶导数
D
φ
(k)
计算方法为：
[0017][0018]本专利技术作进一步改进，步骤
S3
中，二阶导数的计算方法为：
[0019](1)
对一阶导数
D
φ
(k)
模型的趋势进行量化和编码，当
D
φ
(k)≥0
时，编码为1，当
D
φ
(k)
＜0时，编码为
‑1；
[0020](2)
获取二阶导数值，基于编码化后的一价导数值计算二阶导数值，二阶导数值的差分定义为：
[0021][0022]本专利技术作进一步改进，步骤
S5
中，第一故障值
Fe1φ
(k)
由以下公式确定，所述第一故障编码器为：
[0023][0024]其中，
ρ1为第一阈值，
ρ2为第二阈值
。
[0025]本专利技术作进一步改进，步骤
S6
中，设
AAC
φ
(k)
为电流的平均绝对值
[0026][0027]其中，
m
表示平均电流的离散点的数量，
AAC
φ
(k)
为
k
×
T
r
时刻之前，
m
个离散点平均电流的均值计算，计算
DD
φ
(k)
的滞后时间为
m
×
T
r
，因此，当
Fe1φ
(k)
被可能的故障触发时，将持续大约2到3倍于
m
×
T
r
的时间，通过采用这种滤波特性，将第二故障编码器
Fe2φ
(k)
定义为：
[0028]其中，
ε
为第一阈值
。
[0029]本专利技术作进一步改进，步骤
S7
中，通过第一故障编码器
Fe1φ
(k)
与第二故障编码器
Fe2φ
(k)
，设定组合故障编码器
Fe
φ
(k)
，所述组合故障编码器
Fe
φ
(k)
为：
[0030]Fe
φ
(k)
＝
Fe1φ
(k)
·
Fe2φ
(k)
[0031]对所述组合故障编码器
Fe
φ
(k)
编码如下：
[0032][0033]其中，
DR
φ
(k)
＝1表示上开关开路故障，
DR
φ
(k)
＝
‑1表示下开关开路故障，
DR
φ
(k)
＝0表示无故障
。
[0034]本专利技术还提供一种用于实现所述基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法的换流器故障诊断系统，包括：
[0035]平均电流计算模块：用于基于离散采样获取三角形载波周期的平均电流；
[0036]一阶导数获取模块：用于基于所述平均电流，采用前项差分公式获取该三角形载波周期的离散采样电流的一阶导数；
[0037]二阶导数获取模块：用于基于所述离散采样电流的一阶导数获取二阶导数；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
：基于离散采样获取三角形载波周期的平均电流；
S2
：基于所述平均电流，采用前项差分公式获取该三角形载波周期的离散采样电流的一阶导数；
S3
：基于所述离散采样电流的一阶导数获取二阶导数；
S4
：基于二阶导数值判断换流器是否故障，如果二阶导数的绝对值小于第一阈值，则换流器正常，如果二阶导数的绝对值介于第一阈值和第二阈值之间，则执行步骤
S5,
通过混合差分判断换流器是否故障，如果二阶导数的绝对值大于第二阈值，则换流器故障，所述换流器的故障类型直接基于所述二阶导数值获取，结束；
S5
：根据步骤
S4
中二阶导数值区间，确定第一故障值；
S6
：获取三角形载波周期的电流平均绝对值，将电流平均绝对值与第三阈值进行比较，获取第二故障值；
S7
：根据第一故障值和第二故障值联合判断故障类型
。2.
根据权利要求1所述的基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法，其特征在于：步骤
S1
中，对每个三角形载波周期内的电流采样，获得
n
个采样点，获取该三角形载波周期
n
个采样点的平均电流
。3.
根据权利要求2所述的基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法，其特征在于：基于均值滤波器计算平均电流，计算公式为：其中，
n
＝
T
r
T
s
是每个三角形载波周期内等间隔采样点的数量，
φ
＝
a,b,c
表示三相中的某一特定相位，
i
φ
(j)
表示某一特定相位的环内离散采样电流，
k
为三角形载波周期序号，
T
s
是电流采样时间，
T
r
是闭环系统脉宽调制的触发时间
。4.
根据权利要求3所述的基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法，其特征在于：步骤
S2
中，离散采样电流的的一阶导数
D
φ
(k)
计算方法为：
5.
根据权利要求4所述的基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法，其特征在于：步骤
S3
中，二阶导数的计算方法为：
(1)
对一阶导数
D
φ
(k)
模型的趋势进行量化和编码，当
D
φ
(k)≥0
时，编码为1，当
D
φ
(k)
＜0时，编码为
‑1；
(2)
获取二阶导数值，基于编码化后的一价导数值计算二阶导数值，二阶导数值的差分定义为：
6.
根据权利要求5所述的基于离散时间序列混合差分的换流器故障诊断方法，其特征在于：步骤
S5
中，第一故障值由第一故障编码器确定，所述第一故障编码器
Fe1φ
(k)
为：

【专利技术属性】
技术研发人员：戴亨远，赵晓龙，杜远鹏，周毅，
申请(专利权)人：深圳市英捷思技术有限公司，
类型：发明
国别省市：