一种整流器开路故障的实时诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种整流器开路故障的实时诊断方法，包括步骤如下：S1,构建三相整流器系统模型，并在系统中加入故障诊断单元；S2,通过模拟故障产生，分别采集健康状况和各种故障下的三相电流i

【技术实现步骤摘要】
一种整流器开路故障的实时诊断方法


[0001]本专利技术涉及电力电子变换器诊断方法，尤其涉及一种整流器开路故障的实时诊断方法。

技术介绍

[0002]电力电子技术的发展历经六十余年，已在世界范围内得到广泛应用，是电力电子变换器发展的一个重要技术支撑。与此同时，电力电子变换器应的用规模不断扩大，且结构更加复杂，对安全可靠提出越来越高的要求。因此，电力电子变换器的健康状况对于整个系统的稳定运行来说至关重要。整流器中一般有快速熔断器，当发生器件短路故障时，通过熔断器可以将短路故障转化为开路故障。功率管开路故障不仅会使得变换器损坏，甚至可能会导致系统崩溃，产生重大事故。因此，在保证系统性能的同时，对电力电子变换器进行实时故障检测，具有重要意义。
[0003]故障诊断技术最早被应用于监控工业控制过程中的状态，对系统的运行状态进行检测，逐渐通过故障诊断来衡量系统的健康状态，检测到异常情况后对系统的故障进行分析，这是最早使用该技术的情况，存在一定局限性，在发生单管开路故障或双管复合开路故障的情况下，无法实时、准确判别整流器的故障类型及位置。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够实时判别故障类型及位置的整流器开路故障的实时诊断方法。
[0005]技术方案：本专利技术的实时诊断方法，包括步骤如下：
[0006]S1，构建包括故障诊断单元的三相整流器系统的仿真模型；
[0007]S2，模拟各种单管开路故障以及双管复合开路故障的产生，并分别采集健康状况下和各种故障下的原始三相电流信号i
a
、i
b
、i
c
；
[0008]S3，采用数据重构算法对原始三相电流数据进行处理；
[0009]S4，在三相电流数据的相位差被消除后，采用多尺度熵的算法对三相电流数据处理；
[0010]S5，根据整流器拓扑结构对称性，检测出开路故障的产生，并利用经处理后的三相电流数据，完成单管开路故障和双管复合开路故障的分类识别。
[0011]进一步，所述步骤S2的实现过程如下：
[0012]S2a，将一个周期内在k时刻对三相电流信号i
a
、i
b
、i
c
保存的采样链表，采用时间序列的表达式如下：
[0013][i
n
(k
‑
L+1)，i
n
(k
‑
L+2)，...，i
n
(k)][0014]其中，L为电流信号在一个周期内的采样点数，n＝a，b，c；
[0015]S2b，采用滑动窗口的方法获取电流采样数据，则电流信号在一个周期内的采样点数L为：
[0016]L＝f
s
/f
[0017]其中，f
s
为采样频率，f为三相电压源的频率；
[0018]S2c，保存电流基波周期内的数据，具体如下：
[0019]在k时刻，采样链表保存一个电流基波周期内的数据，表达式如下：
[0020][i
n
(k
‑
L+1)，i
n
(k
‑
L+2)，...，i
n
(k)][0021]在k+1时刻，电流采样链表插入新采样点，删掉旧采样点，进行实时更新，更新后的表达式如下：
[0022][i
n
(k
‑
L+2)，i
n
(k
‑
L+3)，...，i
n
(k+1)]。
[0023]进一步，所述步骤S3的具体实现过程如下：
[0024]S3a，记录每一相电流一个周期内的自下而上过零点的位置和相位角；
[0025]将其中某一相电流I
n
在一个周期内的自下而上过零点的位置记为F
n
，相位角记为
[0026]S3b，当检测到F
n
后，将F
n
之前的采样数据直接拼接到滑动窗口的最后；
[0027]S3c，在k时刻，i＝k
‑
L，其中，L为一个周期内采样点数；
[0028]若满足则F
n
＝k
‑
L；
[0029]若不满足则F
n
的位置右移直到满足，此时将F
n
之前的采样点按顺序移到采样链表之后补齐，从而形成新的电流链表
[0030]进一步，所述步骤S4的实现过程如下：
[0031]S4a，设定从共享电流传感器中所采集到的电流信号的数据为I
n
(k)，长度为N，模式维数为m，相似容限为r；
[0032]根据采集到的数据，构造时间序列如下：
[0033]I
n
(k)＝[i
n
(k)，i
n
(k+1)，...，i
n
(k+m
‑
1)]，k＝1，2，...，N
‑
m+1；
[0034]对每个k值，计算I
n
(k)与所有I
n
(j)之间的距离：
[0035][0036]对每个k值，统计d[I
n
(k)，I
n
(j)]＜r的数目与总矢量数目N
‑
m的比值，记为
[0037][0038]求对所有k值的平均值，记为B
m
(r)：
[0039][0040]将模式维数m加1，变成m+1后，重复运算过程，计算B
m+1
(r)，从而得到序列I
n
(k)相应的样本熵值如下：
[0041]SampEn(m，r)＝
‑
ln(B
m+1
(r)/B
m
(r))；
[0042]S4b，根据尺度因子τ对原始时间序列I
n
(k)进行粗粒化变化，表达式如下：
[0043][0044]得到的新时间序列的长度为N/τ，对各个粗粒化时间序列，计算相应的样本熵SampEn(m，r，N)。
[0045]进一步，所述步骤S5的实现过程如下：
[0046]S5a，在整流器工作过程中，若整流器桥臂上有功率管发生故障，则相应的相电流出现一部分恒为零的采样点，则表达式如下：
[0047][0048]其中，K
th1
为选定的阈值；
[0049]则一个电流周期内采样值为零的区间所占百分比P
n
为：
[0050][0051]S5b，利用R
a
、R
b
、R
c
之间的差值关系来表示拓扑结构的对称性，在健康状态下，P
n
两两之间差值近似为0，如其中任一项超出设定的阈值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整流器开路故障的实时诊断方法，其特征在于，包括步骤如下：S1，构建包括故障诊断单元的三相整流器系统的仿真模型；S2，模拟各种单管开路故障以及双管复合开路故障的产生，并分别采集健康状况下和各种故障下的原始三相电流信号i
a
、i
b
、i
c
；S3，采用数据重构算法对原始三相电流数据进行处理；S4，在三相电流数据的相位差被消除后，采用多尺度熵的算法对三相电流数据处理；S5，根据整流器拓扑结构对称性，检测出开路故障的产生，并利用经处理后的三相电流数据，完成单管开路故障和双管复合开路故障的分类识别。2.根据权利要求1所述的整流器开路故障的实时诊断方法，其特征在于，所述步骤S2的实现过程如下：S2a，将一个周期内在k时刻对三相电流信号i
a
、i
b
、i
c
保存的采样链表，采用时间序列的表达式如下：[i
n
(k
‑
L+1)，i
n
(k
‑
L+2)，...，i
n
(k)]其中，L为电流信号在一个周期内的采样点数，n＝a，b，c；S2b，采用滑动窗口的方法获取电流采样数据，则电流信号在一个周期内的采样点数L为：L＝f
s
/f其中，f
s
为采样频率，f为三相电压源的频率；S2c，保存电流基波周期内的数据，具体如下：在k时刻，采样链表保存一个电流基波周期内的数据，表达式如下：[i
n
(k
‑
L+1)，i
n
(k
‑
L+2)，...，i
n
(k)]在k+1时刻，电流采样链表插入新采样点，删掉旧采样点，进行实时更新，更新后的表达式如下：[i
n
(k
‑
L+2)，i
n
(k
‑
L+3)，...，i
n
(k+1)]。3.根据权利要求1所述的整流器开路故障的实时诊断方法，其特征在于，所述步骤S3的具体实现过程如下：S3a，记录每一相电流一个周期内的自下而上过零点的位置和相位角；将其中某一相电流I
n
在一个周期内的自下而上过零点的位置记为F
n
，相位角记为S3b，当检测到F
n
后，将F
n
之前的采样数据直接拼接到滑动窗口的最后；S3c，在k时刻，i＝k
‑
L，其中，L为一个周期内采样点数；若满足则F
n
＝k
‑
L；若不满足则F
n
的位置右移直到满足，此时将F
n
之前的采样点按顺序移到采样链表之后补齐，从而形成新的电流链表4.根据权利要求1所述的整流器开路故障的实时诊断方法，其特征在于，所述步骤S4的
实现过程如下：S4a，设定从共享电流传感器中所采集到的电流信号的数据为I
n
(k)，长度为N，模式维数为m，相似容限...

【专利技术属性】
技术研发人员：田里思，胡彬，杨涛，唐超权，邓先明，余强，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：