无线电能传输系统故障诊断与处理方法、系统及存储介质

1.本发明属于无线电能传输技术((wireless power transfer，wpt)领域，尤其涉及一种无线电能传输系统故障诊断与处理方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.目前，无线电能传输技术(wpt)是指无需导线或其他物理接触，直接将电能转换为电磁波、光波、声波等形式，通过空间将能量从电源传递到负载的电能传输技术。该技术实现了电源与负载之间的完全电气隔离，具有安全、可靠、灵活等传统电能传输方式无可比拟的优点。但由于电源与用电设备(负载)之间的电能传输电路，在工作的过程中会不可避免地存在各种故障，进而无法保证系统的供电可靠性与运行稳定性。现有传统无线电能传输系统，没有任何故障诊断与处理措施，当系统发生故障时，如ac-dc-ac电能变换器中的电力电子开关器件因换相失败，而导致外接的220v市电电源通过开关器件形成短路回路，不仅本传能系统的可靠、稳定的供电得不到保证，而且将影响市电电源对其他负载的正常供电，甚至损坏市电电源。各种类型故障的存在，危及该系统的供电可靠性与运行稳定性。迄今为止，国内外学者还没有就传统无线电能传输系统可能存在的故障问题，而提出相应的故障诊断与处理方法。因此，针对无线电能传输系统可能存在的故障问题，提出一种故障诊断与处理方法是非常有必要的。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(1)由于电源与用电设备之间的电能传输电路，在工作过程中不可避免地会出现各种故障，导致电能传输系统的供电可靠性与运行稳定性得不到保障。现有传统无线电能传输系统发生故障时，没有任何故障诊断与处理措施，故将严重降低该系统的供电可靠性与运行稳定性。
5.(2)迄今为止，国内外学者还没有就传统无线电能传输系统可能存在的故障问题，而提出相应的故障诊断与处理方法。
6.解决以上问题及缺陷的难度为：
7.(1)本发明在传统无线电能传输系统基础上，所提出的故障诊断与处理方法，由于将增设传感器、数字信号处理器等电路元件，电路复杂度、系统整体体积等均将增加。
8.(2)本发明在传统无线电能传输系统基础上，所提出的故障诊断与处理方法，考虑到成本与系统整体体积等问题，传统无线电能传输系统发送端、接收端的电气量检测结果均传送至同一个数字信号处理器(dsp)，则需增加发送端、接收端间的通信部分，进而增加控制复杂度与难度。
9.解决以上问题及缺陷的意义为：
10.本发明在传统无线电能传输系统基础上，针对传能电路可能出现的故障而提出的故障诊断与处理方法，极大地保证了该电能传输系统的供电可靠性与运行稳定性。


技术实现要素：

11.针对传统无线电能传输系统运行过程中可能出现的故障，本发明提供了一种无线电能传输系统故障诊断与处理方法、系统及存储介质。
12.本发明是这样实现的，一种无线电能传输系统故障诊断与处理方法，所述无线电能传输系统故障诊断与处理方法利用相应传感器来实时采集传能系统中特定位置处的电气量，并将该电气量经转换电路传送至数字信号处理器(dsp)，而后数字信号处理器(dsp)对所传送来的数据进行判断；若判断结果为系统存在故障，则将该结果经转换电路传送至控制器，控制器根据故障类型，实施相应故障处理措施，最终排除故障，保证系统正常运行。
13.进一步，所述无线电能传输系统故障诊断与处理方法包括以下步骤：
14.步骤一，当霍尔电压传感器1(hall voltage sensor 1,hvs1)采集到a、b两点间不存在电势差，即u
ab
＝0时，所采集的数据经a/d转换器
①
进行转换，而后传送至数字信号处理器(dsp)；数字信号处理器(dsp)在内部将所接收到的数值与预先设定的系统正常运行时a、b两点间的电压值u
abs
进行比较，并得到判断结果；
15.步骤二，当霍尔电流传感器1(hall current sensor 1，hcs1)所检测点处的电流ic＝0，即c点所在的支路没有电流流过，所采集的数据经a/d转换器
②
进行转换，而后传送至数字信号处理器(dsp)；数字信号处理器(dsp)在内部将所接收到的数值与预先设定的系统正常运行时该处的电流值i
cs
进行比较，并得到判断结果；
16.步骤三，当霍尔电压传感器2(hall voltage sensor 2,hvs2)采集到d、e两点间不存在电势差，即u
de
＝0时，所采集的数据经a/d转换器
③
进行转换，而后传送至数字信号处理器(dsp)；数字信号处理器(dsp)在内部将所接收到的数值与预先设定的系统正常运行时d、e两点间的电压值u
des
进行比较，并得到判断结果；
17.步骤四，当霍尔电流传感器2(hall current sensor 2，hcs2)所检测点处的电流if＝0，即f点所在的支路没有电流流过，所采集的数据经a/d转换器
④
进行转换，而后传送至数字信号处理器(dsp)；数字信号处理器(dsp)在其内部将所接收到的数值与预先设定的系统正常运行时该处的电流值i
fs
进行比较，并得到判断结果。
18.进一步，所述步骤一中的判断结果为：
19.该无线电能传输系统的发射端部分存在短路故障而使得a、b两点间不存在电势差，即u
ab
＝0；在该短路故障下，此系统处于四阶阻尼振荡状态，经三个振荡周期后，发送端、接收端恢复稳定状态；将该判断结果经d/a转换器送到控制器，控制器将固体继电器
①
(solid state relay
①
，ssr
①
)的触点从1切换至2位置处，即通过引入另一套220v市电电源、ac-dc-ac电能变换器与补偿电路部分，也即增加备用，最终排除系统故障，进而保证对用电设备可靠、稳定的供电。
20.进一步，所述步骤二中的判断结果为：
21.该无线电能传输系统的发射端部分存在开路故障，使得c点所在的支路没有电流流过，即ic＝0；在该开路故障下，此系统处于二阶阻尼振荡状态；经两个振荡周期后，耦合线圈接收端电流值将为零；将该判断结果经d/a转换器送到控制器，控制器将固体继电器
①
(solid state relay
①
，ssr
①
)的触点从1切换至2位置处，即通过引入另一套220v市电电源、ac-dc-ac电能变换器与补偿电路部分，也即增加备用，最终排除系统故障，进而保证对用电设备可靠、稳定的供电。
22.进一步，所述步骤三中的判断结果为：
23.该无线电能传输系统的接收端部分存在短路故障，使得d、e两点间不存在电势差，即u
de
＝0；在该短路故障下，此系统处于四阶阻尼振荡状态，且此时系统会出现失谐现象，经七个失谐周期后，一、接收端恢复稳定状态，而期间的动态过程产生为稳态运行时电流幅值三倍的超调现象；将该判断结果经d/a转换器送到控制器，控制器将固体继电器
②
(solid state relay
②
，ssr
②
)的触点从3切换至4位置处，即通过引入补偿电路与电能变换部分，也即增加备用，最终排除系统故障，进而保证对用电设备可靠、稳定的供电。
24.进一步，所述步骤四中的判断结果为：
25.该无线电能传输系统的的接收端部分存在开路故障，使得f点所在的支路没有电流流过，即if＝0；在该开路故障下，此系统处于二阶阻尼振荡状态；经二十个振荡周期后，系统将恢复稳定状态，此时的电流将达到最大值，且所述最大值为原稳态运行时电流值的四倍；将该判断结果经d/a转换器送到控制器，控制器将固体继电器
②
(solid state relay
②
，ssr
②
)的触点从3切换至4位置处，即通过引入补偿电路与电能变换部分，也即增加备用，最终排除系统故障，进而保证对用电设备可靠、稳定的供电。
26.进一步，所述无线电能传输系统故障诊断与处理方法由220v的市电电源供电，其输出的交流电经ac-dc-ac电能变换器，输出高频的交流电，而后经补偿电路、发射线圈、接收线圈、补偿电路，实现电能以无线的方式从发射端传输到接收端，该交流电根据负载性质，电能变换装置对其进行相应的电能变换，最终为负载供电；霍尔电压或电流传感器实时对系统特定位置处的电气量进行采集，霍尔电压或电流传感器的输出，经a/d转换器转换后，传送至数字信号处理器dsp，数字信号处理器将此传送的信号，与预先所设定的系统正常运行时相关的信号进行比较；若两者存在差异，数字信号处理器dsp则输出相应信号，该信号经d/a转换器转换后，通过控制器对固体继电器实施相应控制，最终排除故障，保证对负载可靠、稳定的供电。
27.本发明的另一目的在于提供一种实施所述的无线电能传输系统故障诊断与处理方法的无线电能传输系统故障诊断与处理系统，所述无线电能传输系统故障诊断与处理系统包括：220v市电电源
①
、220v市电电源
②
：无线电能传输系统的电源；
28.ac-dc-ac电能变换器
①
、ac-dc-ac电能变换器
②
：因电力电子器件在工作过程中将产生谐波、发射线圈与接收线圈间的磁场耦合需要高频的交变磁场，所以需要将220v市电电源输出的交流电进行ac-dc-ac的变换；
29.补偿电路
①
、补偿电路
②
、补偿电路
③
、补偿电路
④
：与发射线圈、接收线圈中的电感形成谐振补偿，旨在提高系统的功率因数；
30.发射线圈、接收线圈：通过发射线圈与接收线圈间的互感，旨在使发射端从供电电源获取的能量传递到接收端，最终实现对负载的供电，也即实现无线电能传输；
31.电能变换
①
、电能变换
②
：接收端获取的交流电能，依据负载性质，进行相应的电能变换，最终实现对负载的供电；
32.霍尔电压传感器
①
、霍尔电压传感器
②
、霍尔电流传感器
①
、霍尔电流传感器
②
：用于故障诊断中，特定位置处电压、电流检测的传感器元件；
33.a/d转换器
①
、a/d转换器
②
、a/d转换器
③
、a/d转换器
④
、d/a转换器：因霍尔电压或电流传感器输出的电信号为模拟量，而该模拟量将送入数字信号处理器dsp进行处理，且
数字信号处理器dsp的输入、输出均为数字信号，故应将霍尔电压或电流传感器输出的模拟量通过a/d转换器转换为数字量，应将数字信号处理器dsp输出的数字量通过d/a转换器转换为模拟量；
34.数字信号处理器dsp：由大规模或超大规模集成电路芯片组成的用来完成数字信号处理任务的处理器，用于对霍尔电压或电流传感器实时采集到的电压、电流信号进行处理，并进行相应的判断，最后将输出信号传送至控制器；
35.控制器：根据数字信号处理器dsp的输出，实施相应的故障处理措施；
36.固体继电器
①
、固体继电器
②
：是由微电子电路、分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关，用隔离器件实现了控制与负载端的隔离。在本发明中，控制器对固体继电器实施相应控制，旨在排除电能传输系统故障，保证对负载可靠、稳定的供电。
37.本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
38.利用相应传感器来实时采集传能系统中特定位置处的电气量，并将该电气量经转换电路传送至数字信号处理器(dsp)，而后数字信号处理器(dsp)对所传送来的数据进行判断；若判断结果为系统存在故障，则将该结果经转换电路传送至控制器，控制器根据故障类型，实施相应故障处理措施，最终排除故障，保证系统正常运行。
39.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
40.利用相应传感器来实时采集传能系统中特定位置处的电气量，并将该电气量经转换电路传送至数字信号处理器(dsp)，而后数字信号处理器(dsp)对所传送来的数据进行判断；若判断结果为系统存在故障，则将该结果经转换电路传送至控制器，控制器根据故障类型，实施相应故障处理措施，最终排除故障，保证系统正常运行。
41.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的无线电能传输系统故障诊断与处理系统的功能。
42.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的无线电能传输系统故障诊断与处理方法，提高传统无线电能传输系统的供电可靠性与运行稳定性。
43.本发明基于传统无线电能传输系统，实现电能安全、可靠、稳定的传输。且针对该无线电能传输系统可能存在的故障，采用本发明所提出的故障诊断与处理方法，进而保证该传能系统的供电可靠性与运行稳定性。
44.本发明就传统无线电能传输系统在运行过程中可能存在的故障问题，提出一种故障诊断与处理方法，进而保证该传能系统的供电可靠性与运行稳定性，
45.本发明基于传统无线电能传输系统，为保证电能安全、可靠、稳定的传输，针对无线电能传输系统在运行过程中可能存在的故障，提出一种故障诊断与处理方法，最终确保该传能系统的供电可靠性与运行稳定性。
46.本发明提供的固体继电器具备诊断故障以及故障的处理，该固体继电器的使用，即用于实现故障处理功能。
附图说明
47.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
48.图1是本发明实施例提供的无线电能传输系统故障诊断与处理方法流程图。
49.图2是本发明实施例提供的无线电能传输系统故障诊断与处理方法流程图。
50.图3是本发明实施例提供的无线电能传输系统故障诊断与处理系统的结构示意图。
具体实施方式
51.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
52.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无线电能传输系统故障诊断与处理方法、系统及存储介质，下面结合附图对本发明作详细的描述。
53.如图1所示，本发明实施例提供的无线电能传输系统故障诊断与处理方法包括以下步骤：
54.s101，利用相应传感器来实时采集传能系统中特定位置处的电气量；
55.s102，将该电气量经转换电路传送至数字信号处理器(dsp)，而后数字信号处理器(dsp)对所传送来的数据进行判断；
56.s103，若判断结果为系统存在故障，则将该结果经转换电路传送至控制器，控制器根据故障类型，实施相应故障处理措施，排除故障，保证系统正常运行。
57.本发明实施例提供的无线电能传输系统故障诊断与处理方法流程图见图2。
58.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
59.本发明就传统无线电能传输系统在运行过程中可能存在的故障问题，提出一种故障诊断与处理方法，最终实现该传能系统可靠供电与稳定运行的目的。
60.参阅图3所示，本发明相关的电路器件如下：220v市电电源
①
(
②
)、ac-dc-ac电能变换器
①
(
②
)、补偿电路
①
(
②
、
③
、
④
)、发射线圈、接收线圈、电能变换
①
(
②
)、用电设备、霍尔电压传感器
①
(
②
)、霍尔电流传感器
①
(
②
)、a/d转换器
①
(
②
、
③
、
④
)、d/a转换器、数字信号处理器(dsp)、控制器、固体继电器ssr
①
(
②
)。
61.本发明所述“无线电能传输系统故障诊断与处理方法、系统及存储介质方法”相关的工作原理：
62.本无线电能传输系统由220v的市电电源供电，其输出的交流电经ac-dc-ac电能变换器，输出高频的交流电，而后经补偿电路、发射线圈、接收线圈、补偿电路，实现电能以无线的方式从发射端传输到接收端，该交流电根据负载性质(直流负载、交流负载)，经过电能变换装置而进行相应的电能变换，最终为负载供电。在传统传能系统工作时，如图三所示：图示霍尔电压(电流)传感器实时对系统特定位置处的电气量进行采集，霍尔电压(电流)传感器的输出，经a/d转换器转换后，传送至数字信号处理器(dsp)，数字信号处理器将此传送
来的信号，与预先所设定的系统正常运行时相关的信号进行比较。若两者存在差异，数字信号处理器(dsp)则输出相应信号，该信号经d/a转换器转换后，通过控制器对固体继电器实施相应控制，最终排除故障，进而保证对负载可靠、稳定的供电。
63.故障诊断及处理装置的工作原理：在无线电能传输系统正常运行时：
64.(1)对于其发射端，霍尔电压传感器
①
(hall voltage sensor
①
)所检测两点间的电压u
ab
≠0，即a、b两点间存在电势差；霍尔电流传感器
①
(hall current sensor
①
)所检测点处的电流ic≠0，即c点所在的支路有电流流过。
65.(2)同理，对于其接收端，霍尔电压传感器
②
(hall voltage sensor
②
)所检测两点间的电压u
de
≠0，即d、e两点间存在电势差；霍尔电流传感器
②
(hall current sensor
②
)所检测点处的电流if≠0，即f点所在的支路有电流流过。通过霍尔电压传感器、霍尔电流传感器，检测系统中a、b两点间的电压、d、e两点间的电压、c点所在支路的电流、f点所在支路的电流，进而诊断出无线电能传输系统中存在的故障，并通过控制器故障处理模块，对系统存在的故障进行相应的处理，最终保证该无线电能传输系统的供电可靠性与运行稳定性。
66.本发明是这样实现的，利用相应传感器来实时采集传能系统中特定位置处的电气量，并将该电气量经转换电路传送至数字信号处理器(dsp)，数字信号处理器(dsp)进行相应判断。若判断结果为系统存在故障，则将该结果经转换电路传送至控制器，控制器根据故障类型，实施相应故障处理措施，最终排除故障，保证系统正常运行。
67.本发明在传统无线电能传输系统上所新增的故障诊断与处理方法，其工作流程图如图2所示：
68.为了分析与叙述的简洁性，假设系统某一时刻仅有一处位置存在单一故障，且其故障类型为永久性故障，且不考虑数据传输过程在时间上的延误为故障处理所带来的误差。
69.1.当霍尔电压传感器
①
(hall voltage sensor
①
)采集到a、b两点间不存在电势差，即u
ab
＝0时，所采集的数据经a/d转换器
①
(a/d converter
①
)进行转换，而后传送至数字信号处理器(dsp)，数字信号处理器(dsp)在其内部将所接收到的数值与预先设定的系统正常运行时a、b两点间的电压值u
abs
进行比较，判断结果为：该无线电能传输系统的发射端部分存在短路故障而使得a、b两点间不存在电势差，即u
ab
＝0。在该短路故障下，此系统处于四阶阻尼振荡状态，经三个振荡周期后，发射端、接收端恢复稳定状态。将该判断结果经d/a转换器(d/aconverter)送到控制器，控制器将固体继电器
①
(solid state relay
①
，ssr
①
)的触点从1切换至2位置处，即通过引入另一套220v市电电源、ac-dc-ac电能变换器与补偿电路部分，也即增加备用，最终排除系统故障，进而保证对用电设备可靠、稳定的供电。
70.2.当霍尔电流传感器1(hall current sensor 1)所检测点处的电流ic＝0，即c点所在的支路没有电流流过，所采集的数据经a/d转换器
②
(a/d converter
②
)进行转换，而后传送至数字信号处理器(dsp)，数字信号处理器(dsp)在其内部将所接收到的数值与预先设定的系统正常运行时该处的电流值i
cs
进行比较，判断结果为：该无线电能传输系统的的发射端存在开路故障，使得c点所在的支路没有电流流过，即ic＝0。在该开路故障下，此系统处于二阶阻尼振荡状态。经两个振荡周期后，耦合线圈接收端电流值将为零。将该判断结果经d/a转换器(d/aconverter)送到控制器，控制器将固体继电器
①
(solid state relay
①
，ssr
①
)的触点从1切换至2位置处，即通过引入另一套220v市电电源、ac-dc-ac电能变换
器与补偿电路部分，也即增加备用，最终排除系统故障，进而保证对用电设备可靠、稳定的供电。
71.3.当霍尔电压传感器2(hall voltage sensor 1)采集到d、e两点间不存在电势差，即u
de
＝0时，所采集的数据经a/d转换器
③
(a/d converter
③
)进行转换，而后传送至数字信号处理器(dsp)，数字信号处理器(dsp)在其内部将所接收到的数值与预先设定的系统正常运行时d、e两点间的电压值u
des
进行比较，判断结果为：该无线电能传输系统的接收端部分存在短路故障，使得d、e两点间不存在电势差，即u
de
＝0。在该短路故障下，此系统处于四阶阻尼振荡状态，且此时系统会出现失谐现象，经七个失谐周期后，发射端、接收端恢复稳定状态，而期间的动态过程会产生约为稳态运行时电流幅值三倍的超调现象。将该判断结果经d/a转换器(d/a converter)送到控制器，控制器将固体继电器
②
(solid state relay
②
，ssr
②
)的触点从3切换至4位置处，即通过引入补偿电路与电能变换部分，也即增加备用，最终排除系统故障，进而保证对用电设备可靠、稳定的供电。
72.4.当霍尔电流传感器2(hall current sensor 2)所检测点处的电流if＝0，即f点所在的支路没有电流流过，所采集的数据经a/d转换器
④
(a/d converter
④
)进行转换，而后传送至数字信号处理器(dsp)；数字信号处理器(dsp)在其内部将所接收到的数值与预先设定的系统正常运行时该处的电流值i
fs
进行比较，判断结果为：该无线电能传输系统的的接收端部分存在开路故障，使得f点所在的支路没有电流流过，即if＝0。在该开路故障下，此系统处于二阶阻尼振荡状态。经二十个振荡周期后，系统将恢复稳定状态，此时的电流将达到其最大值，且其约为原稳态运行时电流值的四倍。将该判断结果经d/a转换器(d/aconverter)送到控制器，控制器将固体继电器
②
(solid state relay
②
，ssr
②
)的触点从3切换至4位置处，即通过引入补偿电路与电能变换部分，也即增加备用，最终排除系统故障，进而保证对用电设备可靠、稳定的供电。
73.本发明基于传统无线电能传输系统，在实现电能安全、可靠、稳定的传输的基础上，针对该无线电能传输系统在运行过程中可能存在的故障，提出一种故障诊断与处理方法，进而保证该传能系统的供电可靠性与运行稳定性。
74.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
75.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所
作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。