一种三相变流器功率器件开路故障诊断方法技术

发明专利技术公开了一种三相变流器功率器件开路故障诊断方法。首先，对三相变流器采用模型预测控制得到(k+1)时刻变流器作用的最优开关状态S

【技术实现步骤摘要】
一种三相变流器功率器件开路故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及一种三相变流器功率器件开路故障诊断方法，可应用于变流器故障诊断。

技术介绍

[0002]随着能源技术的不断发展，新能源汽车凭借其节能、环保、高效等诸多优点，逐步成为汽车市场的重要组成部分。相较于传统的内燃机汽车，新能源电动汽车是“零污染”的车辆，不排放废气，不消耗石油，且电动机驱动噪声小，易于控制，能够获得良好的稳态特性。作为新能源汽车的三电技术之一，电机控制器是连接电机与电池的神经中枢，用来调节新能源汽车的各项性能，毋庸置疑，其安全性问题必须得到重视。因此需要对电机控制器进行实时监测，及时预警及检测设备故障。在电机控制器的诸多故障中，三相变流器功率器件故障最为常见，其后果也最为严重。通常分为功率器件开路故障和功率器件短路故障，其中短路故障由于时间短且危害大，可以利用硬件电路进行解决；而功率器件开路故障，不易被发现，可能引发系统二次故障，造成更大损失。
[0003]目前针对变流器功率器件开路故障诊断方法，主要包括电流检测和电压检测两大类。电流检测法是将电流信号作为诊断变量，通过坐标变换、信号处理、人工智能或者模式识别等技术综合处理电流量，以实现功率器件开路故障诊断及定位。常见的电流检测法有电流轨迹法、电流矢量特征分析法、负载电流分析法等。通常基于电流的功率器件故障诊断方法易受系统负载和运行工况的影响，并且诊断周期较长，通用性较差。而电压诊断法不受闭环控制的影响，独立于负载和系统运行工况，通用性和可靠性更高，且诊断时间较短。但是一些常规的电压检测法只能检测开关管单管故障且需要复杂的检测电路。因此，提出一种基于模型预测控制的三相变流器功率器件开路故障诊断方法，首先，对三相变流器采用模型预测控制得到(k+1)时刻变流器作用的最优开关状态；然后通过检测各相中点对地电压，得到变流器实际应用的开关状态；进一步地，根据变流器功率器件开路情况下的故障特征，比较开关状态的差异，设置功率器件开路故障标志信号FT
n
；最后，根据不同故障标志信号的状态，判断功率器件是否发生开路故障，从而实现三相变流器功率器件开路故障诊断与定位。

技术实现思路

[0004]技术问题：针对现有变流器功率器件开路故障诊断方法，提出一种基于模型预测控制的三相变流器功率器件开路故障诊断方法，该方法不需要增加大量硬件电路或使用复杂的信号提取电路，并且信号处理算法简单，可以快速地检测出功率器件开路故障，并实现准确定位，且对于单管、双管及多管同时故障均有显著效果。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采取了一种三相变流器功率器件开路故障诊断方法，包括如下步骤：配置模型预测控制模块，以在当前时刻获取下一时刻三相变流器作用的最优开关状态的步骤S1；当下一个时刻到来时，根据三相变流器各相中点对地电压，获取三
相变流器的当前开关状态的步骤S2；根据三相变流器功率器件开路状态下的故障特征，通过比较所述最优开关状态和当前开关状态，为三相变流器各所述功率器件配置开路故障标示信号的步骤S3；根据所述开路故障标示信号，判断其所指向的功率器件的所述故障特征的步骤S4。
[0006]优选地，配置模型预测控制模块，以获取下一时刻三相变流器作用的最优开光状态的步骤具体为：将三相变流器的各相分别定义为相a、相b以及相c，则在k时刻，对三相变流器采用模型预测控制得到k+1时刻变流器作用的最优开关状态S
a1
S
b1
S
c1
，其包括如下步骤：
[0007]步骤S11：将给定的直流侧电压与实际测量的直流侧电压u
dc
差值e
n
输入变流器电压外环PI调节器，根据公式(1)获得d轴电流参考值
[0008][0009]式中，k
p
和k
i
分别为电压调节器的比例增益和积分增益，s表示复变量；
[0010]步骤S12：利用锁相环得到三相变流器电网电压角度θ，通过坐标变换模块将三相电压e
abc
、电流i
abc
转换为两相同步旋转坐标系下的电压电流u
dq
、i
dq
；
[0011]步骤S13：根据公式(2)所示的一阶欧拉方程将变流器电流微分方程进行离散化处理，根据公式(3)得到三相变流器k+1时刻的dq轴电流预测值：
[0012][0013][0014]式中，T
s
为系统的采样周期；i
dq
(k+1)分别表示k+1时刻dq轴电流的预测值；i
dq
(k)分别表示k时刻dq轴电流的采样值；e
dq
(k)分别表示k时刻dq轴电网电压的采样值；u
dq
(k)分别表示k时刻三相变流器交流侧dq轴输出电压的采样值；
[0015]步骤S14：设定无功的参考值i
q*
为0，将k+1时刻dq轴电流预测值和参考值输入价值函数模块，分别对k+1时刻8个开关状态作用下的i
dq
(k+1)进行预测，根据公式(4)计算价值函数g
i
，通过价值函数进行滚动优化，选择使价值函数最小的开关状态作为最优开关状态S
a1
S
b1
S
c1
：
[0016][0017]式中，i＝{1,
…
,8}。
[0018]进一步优选的，根据变流器各相中点对地电压，获取三相变流器的当前开关状态S
a2
S
b2
S
c2
的步骤具体为：定义三相变流器各桥臂包含的两功率器件分别为上管和下管，则在k时刻，采集各相中点对地电压：其中，若相中点对地电压为u
dc
，则该相当前开关状态为1，此时该相的所述上管导通；若相中点对地电压为0，则该相当前开关状态为0，此时该相所述下管导通，各相的所述当前开关状态按相序排列形成三相变流器的当前开关状态S
a2
S
b2
S
c2
。
[0019]更进一步优选地，根据三相变流器功率器件开路状态下的故障特征，通过比较所
述最优开关状态和当前开关状态，为三相变流器各所述功率器件配置开路故障标示信号FT
n
的步骤具体为：通过所述最优开关状态S
a1
S
b1
S
c1
和当前开关状态S
a2
S
b2
S
c2
，建立彼此之间相互独立的功率器件开路故障标志信号FT1，FT2，FT3，FT4，FT5，FT6，如果检测到k+1时刻，三相变流器的所述当前开关状态S
a2
S
b2
S
c2
与最优开关状态S
a1
S
b1
S
c1
不符，则相应的将故障标志信号F本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相变流器功率器件开路故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：配置模型预测控制模块，以在当前时刻获取下一时刻三相变流器作用的最优开关状态的步骤S1；当下一个时刻到来时，根据三相变流器各相中点对地电压，获取三相变流器的当前开关状态的步骤S2；根据三相变流器功率器件开路状态下的故障特征，通过比较所述最优开关状态和当前开关状态，为三相变流器各所述功率器件配置开路故障标示信号的步骤S3；根据所述开路故障标示信号，判断其所指向的功率器件的所述故障特征的步骤S4。2.根据权利要求1所述的三相变流器功率器件开路故障诊断方法，其特征在于，配置模型预测控制模块，以获取下一时刻三相变流器作用的最优开光状态的步骤具体为：将三相变流器的各相分别定义为相a、相b以及相c，则在k时刻，对三相变流器采用模型预测控制得到k+1时刻变流器作用的最优开关状态S
a1
S
b1
S
c1
，其包括如下步骤：步骤S11：将给定的直流侧电压与实际测量的直流侧电压u
dc
差值e
n
输入变流器电压外环PI调节器，根据公式(1)获得d轴电流参考值参考值式中，k
p
和k
i
分别为电压调节器的比例增益和积分增益，s表示复变量；步骤S12：利用锁相环得到三相变流器电网电压角度θ，通过坐标变换模块将三相电压e
abc
、电流i
abc
转换为两相同步旋转坐标系下的电压电流u
dq
、i
dq
；步骤S13：根据公式(2)所示的一阶欧拉方程将变流器电流微分方程进行离散化处理，根据公式(3)得到三相变流器k+1时刻的dq轴电流预测值：根据公式(3)得到三相变流器k+1时刻的dq轴电流预测值：式中，T
s
为系统的采样周期；i
dq
(k+1)分别表示k+1时刻dq轴电流的预测值；i
dq
(k)分别表示k时刻dq轴电流的采样值；e
dq
(k)分别表示k时刻dq轴电网电压的采样值；u
dq
(k)分别表示k时刻三相变流器交流侧dq轴输出电压的采样值；步骤S14：设定无功的参考值为0，将k+1时刻dq轴电流预测值和参考值输入价值函数模块，分别对k+1时刻8个开关状态作用下的i
dq
(k+1)进行预测，根据公式(4)计算价值函数g
i
，通过价值函数进行滚动优化，选择使价值函数最小的开关状态作为最优开关状态S
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓锋，李少华，周威，刘晨亚，
申请(专利权)人：苏州恒美电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：