[發(fā)明專利]移相全橋變換器實(shí)時(shí)故障診斷方法及系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010103474.0
• 申請(qǐng)日: 2010-01-27
• 公開（公告）號(hào): CN101793928A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜貴平;李雄韜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州電器科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01R31/00
• 分類號(hào): G01R31/00;G01R31/02
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)移相全橋變換器實(shí)時(shí)故障診斷方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在電力電子裝置中主功率變換器功率器件是最容易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)，近年來功率器件運(yùn)行的可靠性雖然有所提高，但未能滿足功率變換器的要求。統(tǒng)計(jì)資料表明，短路和斷路是功率器件最常見的故障，移相全橋變換器(如圖1)功率管的故障可分為單管短路、雙管短路、單管斷路和雙管斷路四種類型，而功率管的過電壓、過電流和過溫是是造成故障的最主要原因。目前，針對(duì)功率變換器故障診斷所采用的技術(shù)可以分為基于數(shù)學(xué)模型和不依賴數(shù)學(xué)模型兩大類。基于數(shù)學(xué)模型的故障診斷方法可分為狀態(tài)估計(jì)法和參數(shù)辨識(shí)法，基于數(shù)學(xué)模型的電力電子故障診斷方法物理意義十分明了，公式推導(dǎo)簡單，但由于電力電子變換器是非線型系統(tǒng)，實(shí)際工作中變換器模型總是不夠精確的，而且很多變換器拓?fù)渖踔吝B數(shù)學(xué)模型都很難建立，所以該方法很少在工程上應(yīng)用。不依賴數(shù)學(xué)模型的故障診斷方法主要包括直接測(cè)量法、信號(hào)處理法、模式識(shí)別、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等等。直接測(cè)量法可分為檢測(cè)功率器件變量和檢測(cè)電路其它相關(guān)變量兩類，該方法簡單直觀，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但無法對(duì)電路故障精確定位。信號(hào)處理法、模式識(shí)別、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法由于涉及到復(fù)雜的算法，程序處理時(shí)間長，很難滿足運(yùn)行頻率越來越高的電力電子變換器的要求，例如必須在10μs內(nèi)檢測(cè)出變換器功率管發(fā)生短路故障并排除故障，否則橋式拓?fù)涞碾娏﹄娮幼儞Q器將出現(xiàn)橋臂直通這種惡劣的故障狀態(tài)。

總的來說，不依賴數(shù)學(xué)模型的電力電子變換器故障診斷方法有以下不足：(1)直接測(cè)量法不能對(duì)故障進(jìn)行精確定位；(2)信號(hào)處理法、模式識(shí)別等涉及人工智能的故障診斷法的算法復(fù)雜很難在工程上應(yīng)用；(3)無法實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種移相全橋變換器實(shí)時(shí)故障診斷方法，能快速準(zhǔn)確定位故障并確定故障類別。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于通過實(shí)現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)。

本發(fā)明的第一個(gè)目的可通過以下的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：一種移相全橋變換器實(shí)時(shí)故障診斷方法，其特征在于在移相全橋變換器兩個(gè)下橋臂上放置電流傳感器，移相全橋變換器一個(gè)完整開關(guān)周期的正半周中，超前下橋臂的傳感器獲取功率管反并聯(lián)二極管續(xù)流電流信號(hào)；開關(guān)周期的負(fù)半周中，滯后下橋臂的傳感器獲取功率管反并聯(lián)二極管續(xù)流電流信號(hào)；通過功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)結(jié)合上述正半周或負(fù)半周采樣獲得的續(xù)流電流信號(hào)，依據(jù)功率管反并聯(lián)二極管續(xù)流電流信號(hào)和功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的邏輯關(guān)系，來確定移相全橋變換器的故障情況。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，為了保證判斷的準(zhǔn)確性，在確定移相全橋變換器的故障情況時(shí)，還可結(jié)合相電流信號(hào)的邏輯關(guān)系；所述相電流信號(hào)通過以下采樣獲取：在開關(guān)周期的正半周中，滯后下橋臂的電流傳感器獲取工作狀態(tài)的相電流信號(hào)；開關(guān)周期的負(fù)半周中，超前下橋臂的電流傳感器獲取工作狀態(tài)的相電流信號(hào)。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，在故障情況下，還采樣獲取移相全橋變換器的母線電壓信號(hào)、變壓器一次側(cè)電流信號(hào)、功率管散熱器溫度值，存儲(chǔ)建立變換器故障狀態(tài)數(shù)據(jù)庫；將采樣的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)比較，判斷當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是否匹配，實(shí)現(xiàn)故障情況預(yù)診斷。

本發(fā)明的另一個(gè)目的通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)：一種移相全橋變換器實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)，其特征在于包括：信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、故障特征信號(hào)邏輯分析模塊、故障診斷解析模塊；信號(hào)采集模塊從移相全橋變換器獲取工作狀態(tài)的相電流信號(hào)、功率管反并聯(lián)二極管續(xù)流電流信號(hào)和功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入至數(shù)據(jù)管理模塊，數(shù)據(jù)管理模塊將上述采樣信號(hào)傳輸至故障特征信號(hào)邏輯分析模塊分析工作狀態(tài)的相電流信號(hào)、續(xù)流電流信號(hào)和功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的邏輯關(guān)系，故障診斷解析模塊根據(jù)分析模塊得出的邏輯關(guān)系，確定移相全橋變換器故障情況。

本發(fā)明所述信號(hào)采集模塊獲取的采樣信號(hào)還包括移相全橋變換器母線電壓、變壓器一次側(cè)電流、散熱器溫度。

本發(fā)明系統(tǒng)還包括故障狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)故障情況下采集模塊獲取的移相全橋變換器母線電壓、變壓器一次側(cè)電流、散熱器溫度；數(shù)據(jù)比較模塊，用于將采集模塊實(shí)時(shí)采樣到的數(shù)據(jù)，與故障狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)診斷。

本發(fā)明系統(tǒng)還包括故障預(yù)處理模塊，用于對(duì)預(yù)診斷故障作自動(dòng)處理。