一种开路故障的检测定位方法、系统、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及于电力电子系统的故障诊断技术领域，尤其是一种开路故障的检测定位方法、系统、装置及存储介质。


背景技术：

2.双有源全桥dc/dc(dab)变换器因其高功率密度、软开关、电气隔离等优点被广泛应用于可再生能源发电并网系统、电池储能系统、铁路牵引变压器等领域。作为上述领域的核心组成部件，dab的可靠性尤其重要。但是dab的开关器件数量较大，系统的正常运行依赖其开关器件电路与其他部分电路的正常工作，因此对于dab的故障容错控制策略将是一个重要的研究方向。
3.故障容错控制策略分为三部分：故障检测、故障定位、容错控制。传统的故障检测、定位策略是测量开关器件源极与漏级的电压来判断的，不可避免的增加了额外的检测电路。另一个方法是测量高频变压器电流的平均值，在正常工况下，dab高频变压器的电流没有直流分量，平均值为零；当开关器件发生开路故障后，电流将会出现严重的直流偏置。但是该电流的频率与开关频率相同，根据香浓采样定理可知，测量频率至少是开关频率的2倍，这将用到高速adc，极大地增大了整体设计的成本。
4.中国专利cn112710922a公开了一种双有源桥dc-dc变换器的开路故障诊断方法，其根据驱动脉冲信号及一次侧电感电流的极性计算双有源桥变换器两个全桥的开关函数；计算双有源桥变换器电感电流状态估计模型；根据故障下的桥臂间电压特征和电流残差特征，设计故障诊断算法，最终实现故障定位。但该方法不仅需要采集高频的电感电流，还需对电感电流进行估计，既增加了硬件成本也增加控制器的计算量。


技术实现要素：

5.针对现有技术中针对开关器件发生开路故障时的故障检测过于复杂且成本高问题，本发明提供一种开路故障的检测定位方法、系统、装置及存储介质，利用当dab变换器发生开路故障时功率传输能力下降的特性，对开路故障的进行检测与定位，以无需额外传感器和增加检测电路的低成本检测准确定位故障器件所在的全桥。
6.为实现上述目的，本发明选用如下技术方案：一种双有源全桥变换器开路故障的检测定位方法，包括：
7.获取变换器的参数值；
8.根据所述参数值以数学模型计算得到m个控制周期的三组传输功率值，包括正常工况组传输功率值p
t
、原边全桥开路故障组传输功率值p
p
和副边全桥开路故障组传输功率值ps；
9.将各组传输功率值以方差模型分别计算，得到正常工况下的传输功率方差值x
lt
、原边全桥开路故障传输功率方差值x
lp
、副边全桥开路故障传输功率方差值x
ls
；
10.判断各传输功率方差值的大小：
11.当传输功率方差值x
lt
最小时，表明变换器没有发生故障；
12.当传输功率方差值x
lp
最小时，表明原边全桥发生开路故障；
13.当传输功率方差值x
ls
最小时，表明副边全桥发生开路故障。
14.优选地，所述获取变换器的参数值包括：
15.获取采用单移相控制的dab变换器的参数值；
16.所述参数值包括以下至少之一：变换器驱动脉冲的死区时间t
dead
、半个开关周期t
hs
、负载功率值p
l
、外移相比d、变换器的控制频率f、变换器的变比n、变换器的输入侧电压v
in
、变换器的负载侧电压vo、变换器漏感和辅助电感之和lr。
17.优选地，所述根据所述参数值以数学模型计算得到m个控制周期的三组传输功率值包括：
18.根据所述参数值以第一数学模型计算得到m个周期的正常工况组传输功率值p
t
，其中第一数学模型为：
[0019][0020]
优选地，所述根据所述参数值以数学模型计算得到m个控制周期的三组传输功率值包括：
[0021]
根据所述参数值以第二数学模型计算得到m个周期的原边全桥开路故障组传输功率值p
p
，其中第二数学模型为：
[0022][0023]
式中，m表示变换器驱动脉冲的死区时间与半个开关周期比值，公式为：
[0024]
优选地，所述根据所述参数值以数学模型计算得到m个控制周期的三组传输功率值包括：
[0025]
根据所述参数值以第三数学模型计算得到m个周期的副边全桥开路故障组传输功率值ps，其中第三数学模型为：
[0026][0027][0028]
优选地，所述将各组传输功率值以方差模型分别计算包括：
[0029]
将每个周期的各组传输功率值以队列形式在存储队列中存储；
[0030]
对应m个周期的负载功率值p
l
、正常工况组传输功率值p
t
、原边全桥开路故障组传
输功率值p
p
和副边全桥开路故障组传输功率值ps分别以p
l[m]
、p
t[m]
、p
p[m]
、p
s[m]
载入存储队列中，其中m＝1,2,3，
…
，m；
[0031]
当从存储队列的push端推入一列各组传输功率值时，所述存储队列的pop端将丢弃最末端一列的各组传输功率值以使所述存储队列保持存储最新的m个周期各组传输功率值。
[0032]
优选地，所述将各组传输功率值以方差模型分别计算还包括：将m个周期的各组传输功率值分别与负载功率值以方差模型进行计算，得到正常工况下的传输功率方差值x
lt
、原边全桥开路故障传输功率方差值x
lp
、副边全桥开路故障传输功率方差值x
ls
；
[0033]
所述方差模型为：
[0034][0035]
另一方面，本发明提供如下技术方案：一种双有源全桥变换器开路故障的检测定位系统，包括：
[0036]
获取模块，用于获取采用单移相控制的dab变换器的参数值；
[0037]
第一数学模型，用于根据所述参数值计算得到正常工况组传输功率值p
t
；
[0038]
第二数学模型，用于根据所述参数值计算得到原边全桥开路故障组传输功率值p
p
；
[0039]
第三数学模型，用于根据所述参数值计算得到副边全桥开路故障组传输功率值ps；
[0040]
存储模块，用于根据各数学模型计算得到m个周期的各组传输功率值以存储队列形式进行存储；
[0041]
方差模型，用于根据存储模块最新的m个传输功率值计算得到传输功率方差值；
[0042]
判断模块，用于根据所述传输功率方差值的大小作出判断结果；
[0043]
执行模块，用于控制各模块执行各指令。
[0044]
另一方面，本发明提供如下技术方案：一种双有源全桥变换器开路故障的检测定位装置，所述检测定位装置设置成能够执行实现上述的一种双有源全桥变换器开路故障的检测定位方法。
[0045]
另一方面，本发明提供如下技术方案：一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序能够被该存储介质所在设备的处理器执行，以实现上述的一种双有源全桥变换器开路故障的检测定位方法。
[0046]
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0047]
本发明无需使用额外的传感器获取系统参数，极大地削减了使用成本，也降低了系统的复杂程度。
[0048]
本发明推导了带死区时间的dab变换器的故障数学模型，根据dab变换器发生开路
故障时，其对应的数学模型将发生改变、功率传输能力下降的特性，对开路故障的进行检测，可准确定位故障器件所在的全桥，为后续的故障容错控制策略的实施提供了基础。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]
图1为dab变换器的拓扑结构示意图。
[0051]
图2为实施案例一的流程示意图。
[0052]
图3为传输功率值的存储队列示意图。
具体实施方式
[0053]
为了能够清楚、完整地理解技术方案，现结合实施例和附图对本发明进一步说明，显然，所记载的实施例仅仅是本发明部分实施例，所属领域的技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054]
实施案例一：
[0055]
一种双有源全桥变换器开路故障的检测定位方法，包括dab变换器的拓扑结构，如图1所示，所述拓扑结构包括原边全桥和副边全桥，所述原边全桥具有开关器件q1、开关器件q2、开关器件q3、开关器件q4，所述副边全桥具有开关器件开关器件q5、开关器件q6、开关器件q7、开关器件q8，图中所示还包括：输入侧电压v
in
、输入侧的支撑电容c
in
、负载侧电压vo、输出侧的支撑电容co、辅助电感与高频变压器t的漏感之和lr。
[0056]
如图2所示，所述检测定位方法包括以下步骤：
[0057]
s100，启动dab变换器，采用单移相控制方法。
[0058]
s200，获取dab变换器的参数值，所述参数值包括以下至少之一：变换器驱动脉冲的死区时间t
dead
、半个开关周期t
hs
、负载功率值p
l
、外移相比d、变换器的控制频率f、变换器的变比n、变换器的输入侧电压v
in
、变换器的负载侧电压vo、变换器漏感和辅助电感之和lr。
[0059]
s300，根据所述参数值以数学模型计算得到传输功率值，具体包括：
[0060]
s301，接通电源且投入负载后，获取双有源全桥dab变换器中外移相比d，所述外移相比d为开关器件q1和开关器件q5之间的相位差，并根据所述参数值以第一数学模型计算得到单个周期的正常工况组传输功率值p
t
，其中第一数学模型为：
[0061][0062]
s302，根据所述参数值以第二数学模型计算得到单个周期的原边全桥开路故障组传输功率值p
p
，其中第二数学模型为：
[0063][0064]
式中，m表示变换器驱动脉冲的死区时间与半个开关周期比值，公式为：
[0065][0066]
s303，根据所述参数值以第三数学模型计算得到单个周期的副边全桥开路故障组传输功率值ps，其中第三数学模型为：
[0067][0068][0069]
s400，计算m个周期的各组传输功率值并将其以队列方式存储在存储队列中，以方差模型对各组的m个传输功率值分别计算，得到各组传输功率方差值，具体包括：
[0070]
s401，如图3所示，对应m个周期的负载功率值p
l
、正常工况组传输功率值p
t
、原边全桥开路故障组传输功率值p
p
和副边全桥开路故障组传输功率值ps分别以p
l[m]
、p
t[m]
、p
p[m]
、p
s[m]
载入存储队列中，其中标记列数m＝1,2,3，
…
，m；从存储队列的push端推入一列各组传输功率值时，所述存储队列的pop端将丢弃最末端一列的各组传输功率值以使所述存储队列保持存储最新的m个周期各组传输功率值；
[0071]
即当从存储队列的push端推入一列传输功率值(p
l[m]
、p
t[m]
、p
p[m]
、p
s[m]
)时，整个存储队列将向pop端平移一列数据，同时修改载入的传输功率值的标记列数，而处于pop端最末端的一列传输功率值(原p
l[1]
、p
t[1]
、p
p[1]
、p
s[1]
)则丢弃，以保持所述存储队列存储最新的m个周期各组传输功率值。
[0072]
s402，将存储队列的各组m个周期传输功率值分别与负载功率值以方差模型进行计算，得到正常工况下的传输功率方差值x
lt
、原边全桥开路故障传输功率方差值x
lp
、副边全桥开路故障传输功率方差值x
ls
，所述方差模型为：
[0073][0074]
s500，根据所述方差模型所得的传输功率方差值进行判断，判断各传输功率方差值的大小：
[0075]
当正常工况下的传输功率方差值x
lt
最小时，表明变换器没有发生故障；
[0076]
当原边全桥开路故障传输功率方差值x
lp
最小时，表明原边全桥发生开路故障；
[0077]
当副边全桥开路故障传输功率方差值x
ls
最小时，表明副边全桥发生开路故障。
[0078]
s501，当变换器没有发生故障时，则在下一个周期再执行步骤s300根据所述参数值以数学模型计算得到传输功率值；
[0079]
s502，当检测到故障并确定故障位置后，根据所述故障位置执行容错控制策略，所述容错控制策略选用常规技术执行，不属于本实施案例所涵盖范围。
[0080]
本实施案例推导了带死区时间的dab变换器的故障数学模型，根据dab变换器发生开路故障时，其对应的数学模型将发生改变、功率传输能力下降的特性，对开路故障的进行检测与定位，无需使用额外的传感器，也不需要增加额外的检测电路，可准确定位故障器件所在的全桥，为后续的故障容错控制策略的实施提供了基础。
[0081]
实施案例二：
[0082]
一种双有源全桥变换器开路故障的检测定位系统，包括：
[0083]
获取模块，用于获取采用单移相控制的dab变换器的参数值，所述参数值包括以下至少之一：变换器驱动脉冲的死区时间t
dead
、半个开关周期t
hs
、负载功率值p
l
、外移相比d、变换器的控制频率f、变换器的变比n、变换器的输入侧电压v
in
、变换器的负载侧电压vo、变换器漏感和辅助电感之和lr；
[0084]
第一数学模型，用于根据所述参数值计算得到正常工况组传输功率值p
t
，第一数学模型为：
[0085]
第二数学模型，用于根据所述参数值计算得到原边全桥开路故障组传输功率值p
p
，第二数学模型为：
[0086]
其中
[0087]
第三数学模型，用于根据所述参数值计算得到副边全桥开路故障组传输功率值ps，第三数学模型为：
[0088][0089][0090]
存储模块，用于根据各数学模型计算得到m个周期的各组传输功率值以存储队列形式进行存储；
[0091]
方差模型，用于根据存储模块最新的m个传输功率值计算得到传输功率方差值，所述方差模型为：
[0092][0093]
判断模块，用于根据所述传输功率方差值的大小作出判断结果，当正常工况下的传输功率方差值x
lt
最小时，表明变换器没有发生故障；当原边全桥开路故障传输功率方差值x
lp
最小时，表明原边全桥发生开路故障；当副边全桥开路故障传输功率方差值x
ls
最小时，表明副边全桥发生开路故障；
[0094]
执行模块，用于控制各模块执行各指令。
[0095]
本实施案例推导了带死区时间的dab变换器的故障数学模型，利用当dab变换器发生开路故障时功率传输能力下降的特性，对开路故障的进行检测与定位，以无需额外传感器和增加检测电路的低成本检测准确定位故障器件所在的全桥。
[0096]
实施案例还提供了一种双有源全桥变换器开路故障的检测定位装置，所述检测定位装置设置成能够执行实现实施案例一所述的一种双有源全桥变换器开路故障的检测定位方法。
[0097]
实施案例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序能够被该存储介质所在设备的处理器执行，以实现实施案例一所述的一种双有源全桥变换器开路故障的检测定位方法。
[0098]
上述披露的仅为本发明优选实施例的一种或多种，用于帮助理解技术方案的发明构思，并非对本发明作其他形式的限制，所属领域的技术人员依据本发明所限定特征作出其他等同或惯用手段的置换方案，仍属于本发明所涵盖的范围。