本發(fā)明屬于在線檢測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域:
,更具體地,涉及一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中逆變器功率管開(kāi)路故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。
背景技術(shù):
:目前,交流電機(jī)作為電能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的裝置,在航空航天、軍事、工業(yè)、機(jī)車(chē)牽引系統(tǒng)及船舶等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,呈現(xiàn)完全取代直流電機(jī)的趨勢(shì)。逆變器作為交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的核心部件,是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié),其中功率管由于高頻開(kāi)通、關(guān)斷造成的開(kāi)路故障尤為顯著,直接影響電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。針對(duì)逆變器功率管的開(kāi)路故障提出實(shí)時(shí)有效的檢測(cè)、定位和隔離的方法,提供實(shí)時(shí)有效的信息給后續(xù)的容錯(cuò)控制策略,對(duì)提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值?,F(xiàn)有技術(shù)中,關(guān)于逆變器功率管開(kāi)路故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法有三種:1、基于電機(jī)模型,設(shè)計(jì)觀測(cè)器,若觀測(cè)器的輸出和實(shí)際系統(tǒng)輸出的殘差大于設(shè)定的閾值,則判斷系統(tǒng)發(fā)生故障。這種方法很大程度依賴(lài)于電機(jī)參數(shù),在實(shí)際運(yùn)行中電機(jī)的參數(shù)是變化的不確定的,因此這種方法在工程應(yīng)用中存在一定的不足;2、基于檢測(cè)電壓的方法,根據(jù)故障功率管電壓畸變的特性,進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的檢測(cè)和定位,這一類(lèi)方法需要在硬件上添加相應(yīng)的傳感器以及檢測(cè)電路,提高了監(jiān)控系統(tǒng)的成本;3、基于檢測(cè)電流的方法,根據(jù)逆變器輸出的三相電流,分別在坐標(biāo)系和坐標(biāo)系中分析系統(tǒng)故障機(jī)理,進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的檢測(cè)和定位,這類(lèi)方法需要估算同步旋轉(zhuǎn)角,估算誤差會(huì)影響檢測(cè)精度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求,本發(fā)明提供一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中逆變器功率管開(kāi)路故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法,其目的在于改善已有的功率管開(kāi)路故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法,提高檢測(cè)速度,增強(qiáng)算法魯棒性,降低檢測(cè)成本。本發(fā)明提供一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中逆變器功率管開(kāi)路故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法,包括以下步驟:步驟1、計(jì)算滑動(dòng)窗口的寬度其中,Ts表示電流環(huán)的采樣周期,n表示電機(jī)轉(zhuǎn)速,p表示電機(jī)的極對(duì)數(shù);步驟2、設(shè)計(jì)三相電流矢量,重構(gòu)電流矢量的數(shù)據(jù)使得其同相位:首先,將一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)儲(chǔ)存在矢量Ia,Ib,Ic中,其維數(shù)為L(zhǎng),在每一個(gè)電流采樣瞬間k,電流矢量Ia,Ib,Ic拋棄最末的一個(gè)采樣點(diǎn)Ia(1),Ib(1),Ic(1),然后將剩余采樣點(diǎn)在矢量中左移一位,同時(shí)將最新的采樣點(diǎn)加入Ia,Ib,Ic,記為Ia(L),Ib(L),Ic(L),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線更新;然后,在每一個(gè)電流采樣瞬間,對(duì)電流矢量進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu),如公式(1)所示:Da=IaDb=[Ib[1/3L:L],Ib[1:1/3L-1]]Dc=[Ic[2/3L:L],Ic[1:2/3/L-1]]\*MERGEFORMAT---(1)]]>式中,Ib(1/3L:L)代表一段電流采樣點(diǎn),從位置1/3L開(kāi)始,以位置L結(jié)束。步驟3、故障特征量提取,設(shè)計(jì)兩個(gè)特征量函數(shù)用于故障診斷與定位:故障特征量一:電流矢量平均值,如下公式(2)所示:Sm=Σi=1LDm(i)Lm=a,b,c\*MERGEFORMAT---(2)]]>故障特征量二:任意兩相電流的相關(guān)系數(shù),如下公式(3)所示:Xmm=Σi=1L|(Dm-Sm)(Dn-Sn)|(Σi=1L(Dm-Sm)2)(Σi=1L(Dn-Sn)2)(m,n=a,b,c;m≠n)\*MERGEFORMAT---(3).]]>步驟4、根據(jù)設(shè)計(jì)的故障特征量進(jìn)行故障診斷,故障診斷包括故障檢測(cè)與故障定位兩個(gè)環(huán)節(jié),當(dāng)且僅當(dāng)任意兩相重構(gòu)后的電流矢量相關(guān)性函數(shù)值近似相等且為1的時(shí)候,系統(tǒng)處于健康狀態(tài),無(wú)故障發(fā)生;系統(tǒng)檢測(cè)出故障,給予故障報(bào)警;在系統(tǒng)檢測(cè)出故障的情況下,根據(jù)任意兩相重構(gòu)后的電流矢量相關(guān)性函數(shù)值與電流矢量平均值定位故障類(lèi)型,然后由所得的兩個(gè)故障特征量檢測(cè)并且定位故障功率管??傮w而言,通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下有益效果:本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)出任意三相驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單管故障與同橋臂雙管故障的開(kāi)路故障的情況,并可以精確定位故障功率管。本發(fā)明適用于同步電機(jī)、異步電機(jī)電流閉環(huán)或者開(kāi)環(huán)控制策略的系統(tǒng),并對(duì)5相(多相)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率管開(kāi)路故障的在線檢測(cè)具有指導(dǎo)意義。(1)成本低,本發(fā)明適用于任何采用矢量控制策略的系統(tǒng)中,不需要額外的電壓傳感器;也適用于三相電機(jī)電流開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中逆變器功率管開(kāi)路故障診斷;(2)檢測(cè)精度高,速度快,實(shí)時(shí)性高。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)變頻器中任意單管或者雙管開(kāi)路故障和二次故障;(3)魯棒性好,抗干擾能力強(qiáng)。電機(jī)啟動(dòng)、變速、突加或者突減負(fù)載等動(dòng)態(tài)過(guò)程不會(huì)對(duì)本發(fā)明的故障診斷結(jié)果產(chǎn)生消極影響;且該方案對(duì)電機(jī)內(nèi)部參數(shù)不敏感,抗噪聲能力強(qiáng);(4)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,本發(fā)明可以作為一個(gè)子程序嵌入到控制程序中,不影響也無(wú)需修改控制程序。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中逆變器功率管開(kāi)路故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法中的逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2為本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中逆變器功率管開(kāi)路故障實(shí)時(shí)檢測(cè)方法的流程圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。此外,下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。圖1所示為本發(fā)明中帶故障診斷模塊的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三相電壓源逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),忽略功率管(IGBT)的非線性工作曲線,在健康或者故障狀態(tài)下,6個(gè)功率管T1~T6全部或者部分在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上存在對(duì)稱(chēng)性,其中Ud是直流側(cè)電壓,C1、C2是直流鏈電容,D1、D2、D3、D4、D5、D6分別為各功率管附帶的二極管,ia、ib、ic為三相輸出電流。傳統(tǒng)的控制模塊包括矢量控制系統(tǒng)與PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào),新增加的故障診斷模塊包括數(shù)據(jù)重構(gòu)、相關(guān)性函數(shù)以及故障診斷。圖2所示為本發(fā)明具體的實(shí)施流程圖,包含如下步驟:步驟1、根據(jù)滑動(dòng)窗口計(jì)算公式求取滑動(dòng)窗口的寬度L,其具體的計(jì)算公式為其中,T表示電網(wǎng)的供電周期,Ts表示電流環(huán)的采樣周期,n表示電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,p表示電機(jī)的極對(duì)數(shù),滑動(dòng)窗口的寬度L在數(shù)值上等于供電周期內(nèi)的電流采樣次數(shù)。步驟2、設(shè)計(jì)三相電流矢量,重構(gòu)三相電流矢量數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)三相電流矢量,重構(gòu)電流矢量的數(shù)據(jù)使得其同相位。首先,將一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)儲(chǔ)存在矢量Ia,Ib,Ic中,其維數(shù)為L(zhǎng),在每一個(gè)電流采樣瞬間k,電流矢量Ia,Ib,Ic拋棄最末的一個(gè)采樣點(diǎn)Ia(1),Ib(1),Ic(1),然后將剩余采樣點(diǎn)在矢量中左移一位,同時(shí)將最新的采樣點(diǎn)加入Ia,Ib,Ic,記為Ia(L),Ib(L),Ic(L),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線更新。然后,在每一個(gè)電流采樣瞬間,對(duì)電流矢量進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu),如公式(1)所示。Da=IaDb=[Ib[1/3L:L],Ib[1:1/3L-1]]Dc=[Ic[2/3L:L],Ic[1:2/3/L-1]]\*MERGEFORMAT---(1)]]>式中,Ib(1/3L:L)代表一段電流采樣點(diǎn),從位置1/3L開(kāi)始,以位置L結(jié)束。步驟3、故障特征量提?。哼@里設(shè)計(jì)兩個(gè)特征量函數(shù)用于故障診斷與定位,故障特征量一:電流矢量平均值,如下公式(2)所示:Sm=Σi=1LDm(i)Lm=a,b,c\*MERGEFORMAT---(2)]]>故障特征量二:任意兩相電流的相關(guān)系數(shù),如下公式(3)所示:Xmm=Σi=1L|(Dm-Sm)(Dn-Sn)|(Σi=1L(Dm-Sm)2)(Σi=1L(Dn-Sn)2)(m,n=a,b,c;m≠n)\*MERGEFORMAT---(3)]]>步驟4、根據(jù)設(shè)計(jì)的故障特征量進(jìn)行故障診斷,如表1所示,故障診斷包括故障檢測(cè)與故障定位兩個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)且僅當(dāng)任意兩相重構(gòu)后的電流矢量相關(guān)性函數(shù)值近似相等且為1的時(shí)候,系統(tǒng)處于健康狀態(tài),無(wú)故障發(fā)生。否則,系統(tǒng)檢測(cè)出故障,給予故障報(bào)警。在系統(tǒng)檢測(cè)出故障的情況下,根據(jù)任意兩相重構(gòu)后的電流矢量相關(guān)性函數(shù)值與電流矢量平均值定位故障類(lèi)型。如表1所示。若B相與C相的相關(guān)性函數(shù)Xbc≈1,且另外兩個(gè)相關(guān)性函數(shù)Xab=1,Xac=1,Xab≈Xac,則故障發(fā)生在A相,若A相電流平均值Sa<0,則故障定位為T(mén)1管,若A相電流平均值Sa>0,則故障定位為T(mén)2管,若A相電流平均值Sa=0,則故障定位為T(mén)1T2管。表1本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)出任意三相驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單管故障與同橋臂雙管故障的開(kāi)路故障的情況,并可以精確定位故障功率管。本發(fā)明適用于同步電機(jī)、異步電機(jī)電流閉環(huán)或者開(kāi)環(huán)控制策略的系統(tǒng),并對(duì)5相(多相)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率管開(kāi)路故障的在線檢測(cè)具有指導(dǎo)意義。本發(fā)明適用于任何采用矢量控制策略的系統(tǒng)中,不需要額外的電壓傳感器;也適用于三相電機(jī)電流開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中逆變器功率管開(kāi)路故障診斷;檢測(cè)精度高,速度快,實(shí)時(shí)性高。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)變頻器中任意單管或者雙管開(kāi)路故障和二次故障,魯棒性好,抗干擾能力強(qiáng)。電機(jī)啟動(dòng)、變速、突加或者突減負(fù)載等動(dòng)態(tài)過(guò)程不會(huì)對(duì)本發(fā)明的故障診斷結(jié)果產(chǎn)生消極影響;且該方案對(duì)電機(jī)內(nèi)部參數(shù)不敏感,抗噪聲能力強(qiáng);實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,本發(fā)明可以作為一個(gè)子程序嵌入到控制程序中,不影響也無(wú)需修改控制程序。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3