基于Spearman的直流充电桩整流器开路故障诊断方法技术

本发明专利技术涉及基于Spearman的直流充电桩整流器开路故障诊断方法，属于故障诊断技术域。包括3部分：故障数据采集、开路故障识别、开路故障定位。采集直流充电桩整流器交流侧三相电流数据，并计算各相电流均值绝对值；为了识别出整流器开路故障桥臂，构造的开路故障识别特征量，将可能发生开路故障桥臂对应的电流均值绝对值进行数值比较，取三相电流均值绝对值中最大数值对应相，确定为整流器开路故障桥臂；若存在开路故障桥臂，利用故障相整倍数周期内相电流数据，结合正常三相电流历史数据，通过构造开路故障定位特征量，实现对整流器单个功率器件开路故障定位。本发明专利技术仅需交流侧三相电流数据，就可以实现直流充电桩整流器开路故障诊断。诊断。诊断。

【技术实现步骤摘要】
基于Spearman的直流充电桩整流器开路故障诊断方法


[0001]本专利技术属于故障诊断
，涉及基于Spearman的直流充电桩整流器开路故障诊断方法。

技术介绍

[0002]当前电动汽车数量增加较快，以快充为代表的直流充电桩数量迅猛增加，直流充电桩工作环境恶劣，大多数长期工作在室外高温、严寒、潮湿等环境下，极易引起充电桩突发故障，已经引起运营商和制造商高度重视。据统计，在充电桩整流器中约34％的故障都是IGBT功率器件故障引起的，以IGBT功率器件开路故障居多。IGBT功率器件发生开路故障时，不会明显影响充电桩继续运行，不会产生过大的电流和电压，甚至难以有效触发相关保护动作，具有易隐蔽难发现的特点。若不及时发现和检修，长期造成对电网产生谐波和影响汽车充电时间等影响、最终导致充电桩进一步发生二次故障突发停机。因此，有必要研究直流充电桩整流器功率器件开路故障诊断方法。
[0003]目前，直流充电桩的整流模块多采用三相两电平整流电路和三相Vienna整流电路，考虑到三相Vienna整流电路不能实现能量的双向流动，三相两电平整流电路可实现车网能量双向互动，在平抑电网功率波动和电网故障紧急支撑等方面具有重要应用价值。因此，本专利技术针对直流充电桩三相两电平整流器，提出了基于Spearman相关系数的直流充电桩整流器开路故障诊断方法。采集直流充电桩整流器交流侧三相电流数据，并计算各相电流均值绝对值；为了识别出整流器开路故障桥臂，构造的开路故障识别特征量，将可能发生开路故障桥臂对应的电流均值绝对值进行数值比较，取三相电流均值绝对值中最大数值对应相确定为整流器开路故障桥臂；若存在开路故障桥臂，利用故障相整倍数周期内相电流数据，结合正常三相电流历史数据，采用Spearman相关系数，通过构造开路故障定位特征量，实现对整流器单个功率器件开路故障定位。本专利技术提出的基于Spearman相关系数的直流充电桩整流器开路故障诊断方法，仅需交流侧三相电流数据，就可以实现直流充电桩整流器开路故障诊断，可为充电站直流充电桩的安全可靠运行提供技术支撑。对减小故障对电网电能质量的影响、提高充电桩维修效率和降低维护成本有重要意义。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供基于Spearman的直流充电桩整流器开路故障诊断方法，用于获得直流充电桩整流器功率器件开路故障情况。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]基于Spearman的直流充电桩整流器开路故障诊断方法，该方法包括以下步骤：
[0007](1)采集具有T个整数倍周期的整流器交流侧三相电流数据，利用式(1)分别求得各相电流的均值绝对值。
[0008][0009]其中，m分别为A、B或C相；t为电流i
m
采样总数。可见，通过式(1)可以分别计算得到均值绝对值I
A
、I
B
、I
C
。
[0010](2)在获取的电流均值绝对值I
m
的基础上，构造的开路故障识别特征量D
m
为：
[0011][0012]其中，k1为开路故障识别阈值。当故障识别特征量D
m
＝1，则表示m相桥臂可能发生开路故障；若故障识别特征量D
m
＝0，则表示m相桥臂未发生开路故障。
[0013]将可能发生开路故障桥臂对应的电流均值绝对值进行数值比较，取三相电流均值绝对值中最大数值对应相桥臂确定为整流器开路故障桥臂。
[0014](3)若存在整流器开路故障相，需采用所述的步骤三，对整流器发生开路故障的功率器件进行定位。采用式(3)分别计算故障相的正半周期Spearman相关系数S
mp
和负半周期Spearman相关系数S
mn
，计算式如下：
[0015][0016]其中，i
m
和i'
m
分别为采集的m相电流数据和正常m相电流历史数据；L为采集的m相电流正半周期或负半周期数据总个数，L＝0.5t；S
m
为相关系数，且
‑
1≤S
m
≤1；当S
m
＝1时，表示2个波形完全一致；当S
m
＝
‑
1时，表示2个波形幅值相同、极性相反。
[0017]构造的功率器件故障定位特征量R为：
[0018][0019]其中，S
mp
表示正半周期相关系数，S
mn
表示负半周期相关系数，k2为故障定位阈值。
[0020]若功率器件定位特征量R＝U，则表示故障相m的上桥臂功率器件发生开路故障；若功率器件定位特征量R＝D，则表示故障相m的下桥臂功率器件发生开路故障。
[0021]本专利技术的有益效果在于：采集直流充电桩整流器交流侧三相电流数据，并计算各相电流均值绝对值；为了识别出整流器开路故障桥臂，构造的开路故障识别特征量，将可能发生开路故障桥臂对应的电流均值绝对值进行数值比较，取三相电流均值绝对值中最大数值对应相确定为整流器开路故障桥臂；若存在开路故障桥臂，利用故障相整倍数周期内相电流数据，结合正常三相电流历史数据，采用Spearman相关系数，通过构造开路故障定位特征量，实现对整流器单个功率器件开路故障定位。本专利技术提出的基于Spearman相关系数的直流充电桩整流器开路故障诊断方法，仅需要交流侧三相电流数据，就可以实现直流充电桩整流器开路故障诊断，可为充电站直流充电桩的状态监测提供技术支撑。
[0022]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和
获得。
附图说明
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0024]图1为故障诊断流程图；
[0025]图2为直流充电桩整流器电路结构图；
[0026]图3为功率器件VT1开路故障的三相电流；
[0027]图4为功率器件VT1开路故障时电流均值绝对值变化情况。
具体实施方式
[0028]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0029]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于Spearman的直流充电桩整流器开路故障诊断方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一：采集直流充电桩整流器交流侧三相电流数据，并计算各相电流均值绝对值；步骤二：为识别出整流器开路故障桥臂，构造的开路故障识别特征量，将可能发生开路故障桥臂对应的电流均值绝对值进行数值比较，取三相电流均值绝对值中最大数值对应相，确定为整流器开路故障桥臂；步骤三：若识别出整流器存在开路故障，利用故障相整倍数周期内相电流数据，结合正常三相电流历史数据，采用Spearman相关系数，通过构造开路故障定位特征量，实现对整流器单个功率器件开路故障定位。2.根据权利要求1所述的基于Spearman的直流充电桩整流器开路故障诊断方法，其特征在于：所述步骤一中，采集直流充电桩整流器交流侧三相电流数据，提取具有T个周期的m相电流数据i
m
，利用式(1)求得m相电流的均值绝对值I
m
；其中，m分别为A、B或C相；t为电流i
m
采样总数；通过式(1)分别计算得到均值绝对值I
A
、I
B
、I
C
。3.根据权利要求2所述的基于Spearman的直流充电桩整流器开路故障诊断方法，其特征在于：所述步骤二中，在利用获取三相电流均值绝对值的基础上，构造的开路故障识别特征量D
m
为：其中，k1为开路故障识别阈值；当故障识别特征量D
m
＝1，则表示m相桥臂可能发生开路故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡姚刚，刘怀盛，时萍萍，方辉，蒋能，向红吉，余亚南，朱晟毅，王伟，周敬森，钟加勇，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：