[發明專利]一種三相電壓源逆變器開路故障實時檢測方法和系統

有效

• 申請號: 202010914295.9
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112198458B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 趙金;周洋
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R31/54
• 分類號: G01R31/54;G01R19/165
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 祝丹晴;李智

本發明公開了一種三相電壓源逆變器開路故障實時檢測方法和系統，屬于在線檢測領域。包括：S1、采集當前時刻的a、b、c三相電流數據；S2、根據所得當前時刻的三相電流數據，更新三相電流鏈表，更新一個周期內電流幅值最大值Imax；S3、將幅值范圍等分為n個區間，統計一個電流周期內電流數據落在各個區間的頻率；S4、用S3中統計的頻率近似概率，實時計算當前時刻每相電流的信息熵；S5、比較相電流信息熵與設定閾值大小，得到當前時刻診斷結果。該方法不需要對電流信號進行濾波、降噪等數據處理過程，計算量小，實時性好，對負載擾動具有較好的魯棒性，可快速定位到故障橋臂，為逆變器的精準維修或容錯控制提供基礎。

技術領域

本發明屬于在線檢測技術領域，更具體地，涉及一種三相電壓源逆變器開路故障實時檢測方法和系統。

背景技術

逆變器作為變頻調速系統的核心部件，廣泛應用于工業、電氣化交通、家用電器等諸多領域。逆變器的健康運行對整個變頻調速系統具有重要意義，如在高鐵機車牽引變頻器中，逆變器一旦出現故障且不能及時得到修理，輕則導致機車的控制性能降低，重則引發二次故障甚至是車毀人亡的重大事故。而在逆變器中，由于過壓、過流、熱應力等內外因素的影響，功率管容易發生故障，特別是開路故障。研究電壓源逆變器故障檢測方法，可以對故障進行快速檢測和定位，進而為容錯控制、精準維修等策略提供決策依據，對提高系統可靠性具有十分重要的意義。

現有的逆變器橋臂故障診斷方法包括基于硬件的橋臂故障診斷方法和基于系統信息的橋臂故障診斷方法。其中，基于硬件的橋臂故障診斷方法，通過添加附加診斷電路或其他傳感器進行故障診斷，在工業系統中這種方法成本較高，且增加了系統的復雜性，因此無法廣泛應用。而基于系統信息的橋臂故障診斷方法，特別是基于電流的方法，往往在對信號進行濾波降噪處理后，采用機器學習等基于數據的方法進行診斷。這類方法通常運算量較大，對處理器要求高，診斷時間較長，實時性較差；此類方法多應用于離線診斷獲算法訓練。在實際應用中，工業級DSP計算速度有限，且檢測時間過長可能導致后續處理措施還未來得及實施，事故就已經發生。

發明內容

針對相關技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種三相電壓源逆變器開路故障實時檢測方法和系統，旨在解決現有基于系統信息的故障診斷中由于計算量大而導致實時性較差的技術問題。

為實現上述目的，本發明的一個方面提供了一種三相電壓源逆變器開路故障實時檢測方法，包括以下步驟：

(1)采集當前時刻的三相電流值i_a、i_b和i_c，并更新三相電流鏈表和一個電流周期內的電流幅值最大值I_max；

(2)將幅值范圍[-I_max，I_max]等分為多個區間，統計一個電流周期內每相電流值落在各個區間的頻率，根據所述頻率獲取當前時刻每相電流的信息熵；

(3)比較所述每相電流的信息熵與預設閾值th的大小，得到當前時刻故障診斷結果。

進一步地，所述步驟(1)中所述三相電流鏈表為：

I_m(k)＝[i_m(t)，i_m(t+1)，…，i_m(k)]^T

其中，m＝a，b，c，t＝k-L+1，k為當前采樣時刻，為電流鏈表長度，n_p為電機極對數，w為電機轉速，T_s為采樣時間。

進一步地，所述步驟(2)包括：

將幅值范圍[-I_max，I_max]劃分為n個區間