[发明专利]用于VIENNA整流器单管开路故障在线辨识方法、装置及存储介质

说明书

本申请提供有一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法，包括：实时获取整流器三相输入电流的瞬时幅值，若任一相输入电流存在零值稳区，则判定该相为电流过零相；计算第一预设时长内电流过零相的零值平台持续时间，若其大于零值平台检测阈值，则判定该相为开路故障相；实时将整流器三相输入电流变换至α相电流分量和β相电流分量，将β相电流分量延迟第二预设时长使得α相电流分量和β相电流分量相位一致或互反；在判定任一相为电流过零相的同时，开始统计该相在第一预设时长内，电流过零相对应的β相电流分量幅值大于零的次数和小于零的次数；比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，判定电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障。

技术领域

本发明涉及电力电子变流器开关管的开路故障诊断，特别是指一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法。

背景技术

开关管(MOSFET或IGBT)作为变流系统的主控器件，长期承载高频大电流，易短路或开路。短路故障导致变流器大幅过流或大幅欠压，易被自带保护电路识别和保护，最终转化为开路故障。开路故障时变流器不会产生大幅过流、过压、欠压或欠流，不易识别，无法保护。变流器故障中，开关管开路故障的概率高达38％。变流器开关管开路故障后的电气特性，受到其硬件拓扑与控制策略的影响。

VIENNA整流器与普通三电平整流器相比，具有开关管数量少、无桥臂直通问题、结构简单、电路可靠性高等优点，广泛用于航空、通信等领域。特别是随着电动汽车的蓬勃发展，三相三电平VIENNA整流器已成为直流充电桩必不可少的前端。整流器带故障运行时输出电压不稳定、无法实现功率因数矫正、影响下级电路的工作、产生谐波污染电网。特别是大功率直流充电桩中的VIENNA整流器开路故障，不仅影响充电站群的系统性能，而且严重污染电网。

目前，变流器开关管开路故障诊断方法主要包括，基于神经网络、小波分析、谐波分析等的人工智能故障诊断法，基于电压电流信号采样值、三相电流矢量角或Concordia电流模式半径等暂态时域电流的阈值故障诊断法，这些故障诊断方法各有不足，或是算法复杂计算量大，或是需要超过一个周期的采样信号，或是阈值设定困难，或是需要额外增加传感器。因此，有必要针对广泛应用的VIENNA整流器，提出一种能实现便捷的开路故障在线辨识方法。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请旨在提供一种无须增加额外传感器且只需少量采样信号的用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法、装置及存储介质，以便于能够及时指导采取容错运行或保护措施、提高充电装置的运行稳定性和抑制电网电流谐波。

一方面，本申请提供有一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法，包括如下步骤：实时获取整流器三相输入电流的瞬时幅值且分别判断三相输入电流是否存在零值稳区，若任一相输入电流存在零值稳区，则判定该相为电流过零相；计算第一预设时长内电流过零相的零值平台持续时间，并将其与零值平台检测阈值相比较，若其大于零值平台检测阈值，则判定该相为开路故障相；实时将整流器三相输入电流变换至两相静止坐标系下的α相电流分量和β相电流分量，将β相电流分量延迟第二预设时长使得α相电流分量和β相电流分量相位一致或互反；在判定任一相为电流过零相的同时，开始统计该相在第一预设时长内，电流过零相对应的β相电流分量幅值大于零的次数和小于零的次数；比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，判定电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障。

根据本申请实施例提供的技术方案，判断三相输入电流是否存在零值稳区的步骤，包括：判断三相输入电流的瞬时幅值是否落入零电流检测阈值范围；若任一相输入电流的瞬时幅值落入零电流检测阈值范围内，则判定该相为电流过零相。

根据本申请实施例提供的技术方案，当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数的步骤，包括：

若β相电流分量幅值大于零的次数大于等于其小于零的次数，则判定开路故障相的上桥臂故障；若β相电流分量幅值大于零的次数小于其小于零的次数，则判定开路故障相的下桥臂故障。