CN102269793B - 监测高压直流电路的电绝缘的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及监测高压直流电路的电绝缘的方法和装置，具体是监测电绝缘的高压直流电路。周期性地采样电信号，并且计算接地绝缘指数。将与趋势元素对应的趋势特征化。将特征趋势与期望趋势进行比较，在二者发生偏离的情况下则指示潜在故障。

Description

监测高压直流电路的电绝缘的方法和装置

技术领域

本发明涉及电动机控制电路，更具体而言，涉及监测电动机控制电路。

背景技术

本节的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，而可能不构成现有技术。

电机包括转子，转子响应于施加到关联的定子的交流（AC）电能而旋转。转子能够机械地联接到功率传输设备以便向车辆的动力传动***提供牵引动力。

已知的包括整流桥电路和关联的控制电路的电压源逆变器能够将源于高压储能设备的直流（DC）电能转变为交流（AC）电能，以响应于操作者的请求而产生牵引动力。已知的整流桥电路包括MOSFET和IGBT开关设备。电负载需求可包括当前发生的电负载和为满足未来电负载的电池充电。

电压源逆变器使用浮动DC总线设备，其中DC输入电压被配置为相对于接地机壳浮动。该浮动可通过使用连接到接地机壳的高阻抗电阻器而被控制。电容器可与高阻抗电阻器并行电连接，以便为高频电噪声电流提供低阻抗分路路径。在一个实施例中，DC总线电压的一半被施加为从正电力总线DC（+）到接地机壳，并且DC总线电压的一半被施加为从负电力总线DC（-）到接地机壳。电压源逆变器的AC侧相对于接地机壳浮动。当接地绝缘故障发生在电压源逆变器的AC侧的一个相位上时，与逆变器的开关设备的激活和去激活关联的AC电流流过为高频电噪声电流提供低阻抗分路路径的电容器。在接地绝缘故障的事件中，与逆变器的从正电力总线DC（+）到负电力总线DC（-）的一个相电压关联的AC电流可导致过多的电流流到为高频电噪声电流提供低阻抗分路路径的电容器。超过电容器容量的AC电流能够导致电容器故障以及关联的逆变器损坏。

一种检测并因此防止接地绝缘故障的已知解决方案包括测量通过与电压源逆变器的AC侧的相位关联的每个电缆的电流，并且对它们进行算术求和。在无故障操作的理想***中，测量的电流的总和在任何一个选定的时间点都为零。当存在接地绝缘故障时，测量的电流总和是零之外的值。与该方案关联的问题包括与来自电流感测设备的信号输出关联的测量误差，该测量误差是可累积的。这可导致总电流信号的误差。并且，相电流传感器由于磁电响应特性和传感器饱和度而具有带宽/级别响应限制。因此，根据与和逆变器关联的开关事件相关的采样测量的时间，可能检测不到故障。并且，接地绝缘故障和关联的阻抗变化可包括调谐元素，其数据采样发生在过零区间或者其附近。因此，故障电流可能被混淆。并且，当阻抗接近零时，任何电流震荡可在小于采样时间时被衰减。因此故障电流可能不能被测量。

另一种检测、减轻和防止接地绝缘故障的已知方案包括测量正电力总线DC（+）和接地机壳之间的电压以及测量负电力总线DC（-）和接地机壳之间的电压以便检测接地绝缘故障。与该已知方案关联的问题包括信号的测量误差，信号的测量误差需要被考虑并且通常是可累积的。并且，已知的DC电压传感器可具有带宽和响应时间测量限制。因此，可能检测不到故障。并且，与故障相关的测量采样时间以及关联的开关事件可导致故障未被记录。并且，故障阻抗可包括调谐元素，其数据采样发生在过零区间或者其附近。因此，任何故障电流都可能被混淆。并且，当与逆变器关联的开关时间接近50%的占空比时，平均电压可能仍然接近预期水平。因此，可能不能测量到故障电压。

发明内容

电绝缘的高压直流电路包括经由正DC电力总线和负DC电力总线电连接到电负载设备的电能存储设备。一种用于监测所述电路的方法包括：监测所述正DC电力总线和所述负DC电力总线以及与电机关联的电负载；对与所述正DC电力总线和所述负DC电力总线关联的电信号周期性地采样，并且基于周期性采样的电信号计算相应的接地绝缘指数；使用连续计算得到的接地绝缘指数计算趋势元素；将与所述趋势元素对应的趋势特征化；将特征趋势与期望趋势比较，所述期望趋势与关联到所述电机的被监测的电负载关联；和当所述特征趋势偏离所述期望趋势时检测与所述高压直流电路的电绝缘关联的潜在故障。

方案1. 一种用于监测高压直流电路的方法，所述高压直流电路包括经由正DC电力总线和负DC电力总线电连接到电机的电能存储设备，所述高压直流电路与接地机壳电绝缘，所述方法包括：

监测所述正DC电力总线和所述负DC电力总线以及与所述电机关联的电负载；

对与所述正DC电力总线和所述负DC电力总线关联的电信号周期性地采样，并且基于周期性采样的电信号计算相应的接地绝缘指数；

使用连续计算得到的接地绝缘指数计算趋势元素；

将与所述趋势元素对应的趋势特征化；

将特征趋势与期望趋势比较，所述期望趋势与被监测的电负载关联，而所述电负载又与所述电机关联；以及

当所述特征趋势偏离所述期望趋势时，检测与所述高压直流电路的电绝缘关联的潜在故障。

方案2. 如方案1所述的方法，其中检测与所述高压直流电路的电绝缘关联的潜在故障包括：检测出所述特征趋势指示所述高压储能设备的放电增加以及检测出所述期望趋势指示所述高压储能设备的充电。

方案3. 如方案1所述的方法，其中检测与所述高压直流电路的电绝缘关联的潜在故障包括：检测出所述特征趋势指示所述高压储能设备的充电增加以及检测出所述期望趋势指示所述高压储能设备的放电。

方案4. 如方案1所述的方法，其中基于周期性采样的电信号计算每个相应的接地绝缘指数包括：

对所述正DC电力总线和所述负DC电力总线之间相应的第一电势进行采样；

对所述负DC电力总线和所述接地机壳之间相应的第二电势进行采样；和

计算包括相应的所述第一电势与所述第二电势的比率的相应的接地绝缘指数。

方案5. 如方案1所述的方法，其中使用连续计算得到的接地绝缘指数计算趋势元素包括：使用三个连续计算得到的接地绝缘指数计算第一、第二和第三趋势元素。

方案6. 如方案5所述的方法，其中所述第一趋势元素包括所述三个连续计算得到的接地绝缘指数中的第一接地绝缘指数和第二接地绝缘指数之间的算术差。

方案7. 如方案5所述的方法，其中所述第二趋势元素包括所述连续计算得到的接地绝缘指数中的第二接地绝缘指数和第三接地绝缘指数之间的算术差。

方案8. 如方案1所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化包括：当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数减小但在所述接地绝缘指数的第一可确定状态下稳定化时，将第一趋势特征化。

方案9. 如方案8所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化进一步包括：当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数增加但在所述接地绝缘指数的第二可确定状态下稳定化时，将第二趋势特征化。

方案10. 如方案9所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化进一步包括：当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数以不稳定方式增加时，将第三趋势特征化。

方案11. 如方案10所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化进一步包括：当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数以不稳定方式减小时，将第四趋势特征化。

方案12. 如方案11所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化进一步包括：当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数稳定时，将第五趋势特征化。

方案13. 一种用于监测高压直流电路的方法，所述高压直流电路包括经由正DC电力总线和负DC电力总线电连接到电机的电能存储设备，所述高压直流电路与接地机壳电绝缘，所述方法包括：

对与所述正DC电力总线和所述负DC电力总线关联的电势以及所述电机的对应负载电流周期性地采样；

计算与每个周期性采样的电势对应的接地绝缘指数；

使用多个连续的接地绝缘指数计算趋势元素；

将与所述趋势元素对应的趋势特征化；

将特征趋势与期望趋势比较，所述期望趋势基于所述电机的所述负载电流；以及

当所述特征趋势偏离所述期望趋势时，检测与所述高压直流电路的电绝缘关联的潜在故障。

方案14. 一种用于监测高压直流电路的方法，所述高压直流电路包括经由正DC电力总线和负DC电力总线电连接到电机的电能存储设备，所述高压直流电路与接地机壳电绝缘，所述方法包括：

监测所述正DC电力总线和所述负DC电力总线以及与所述电机关联的电负载；

对与所述正DC电力总线和所述负DC电力总线关联的电信号周期性地采样，并且计算相应的接地绝缘指数，上述采样和计算包括：

       对所述正DC电力总线和所述负DC电力总线之间的第一电势进行采样；

       对所述负DC电力总线与接地机壳之间的第二电势进行采样；和

       计算包括所述第一电势与所述第二电势的比率的相应的接地绝缘指数；

使用三个连续计算得到的接地绝缘指数计算包括第一趋势元素和第二趋势元素的趋势元素，所述第一趋势元素包括所述三个连续计算得到的接地绝缘指数中的第一和第二接地绝缘指数之间的算术差，并且所述第二趋势元素包括所述连续计算得到的接地绝缘指数中的第二接地绝缘指数和第三接地绝缘指数之间的算术差；

将与所述趋势元素对应的趋势特征化；

将所述特征趋势与期望趋势比较，所述期望趋势与关联到所述电机的被监测的电负载关联；以及

当所述特征趋势偏离所述期望趋势时，检测与所述高压直流电路的电绝缘关联的潜在故障。

方案15. 如方案14所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化包括将所述趋势特征化为下列各项中的一项：

当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数减小但在所述接地绝缘指数的第一可确定状态下稳定化时，将第一趋势特征化；

当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数增加但在所述接地绝缘指数的第二可确定状态下稳定化时，将第二趋势特征化；

当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数以不稳定方式增加时，将第三趋势特征化；

当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数以不稳定方式减小时，将第四趋势特征化；和

当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数稳定时，将第五趋势特征化。

附图说明

现在将参照附图以示例的方式描述一个或多个实施例，附图中：

图1示意性描绘了根据本发明的电动机控制电路，其包括被配置为将来自储能设备的高压直流（DC）电能传输和转变到电负载设备的逆变器电路；

图2描绘出根据本发明检测正DC电力总线和负DC电力总线中的一个的接地绝缘丧失的流程图；

图3描绘出根据本发明分析相对于接地绝缘指数的预期趋势的接地绝缘指数的特性趋势的过程的流程图；以及

图4为描绘出根据本发明与Type 1、Type 2、Type 3、Type 4和Type 5趋势关联的连续计算得到的接地绝缘指数的采样点特性的图表。

具体实施方式

现在参见附图，其中图示的目的是仅描绘某些示例性实施例，而不是为了限制的目的，图1示意性描绘出包括高压储能设备（电压源）15的电路，高压储能设备15经由正DC电力总线40和负DC电力总线45电连接到逆变器电路35。正DC电力总线40和负DC电力总线45在它们之间传输高压直流（DC）电能。图1中绘出的电路的含义是描绘性的，并且这里描述的概念不是限制性的。

逆变器电路35包括整流桥电路，其将来自高压储能设备15的DC电能转变为被传输到电负载（负载）10（例如多相电机10）的高压交流（AC）电能。逆变器电路35经由AC电路32电连接到电机10，AC电路32包括具有多个电缆34A、34B和34C的线束，其中电缆34A、34B和34C电连接到电机10的相位。

电机10优选包括多相同步AC电机，多相同步AC电机包括定子和磁性地联接到定子的转子。如所描绘的那样，电机10是具有电相位A、B和C的三相电机。可替代地，电机10可包括多个多相设备中的任何一种，例如两相、四相、五相设备以及半相电机。在一个实施例中，电机10被配置为产生扭矩，该扭矩经由转子被传输到用于车辆的动力传动***。可替代的应用对于本领域技术人员来说将是明显的。

逆变器电路35电连接到电机10的相位A、B和C的每一个。逆变器电路35包括多个开关设备37，其示出为关联到所描绘电机10的对应相位A、B和C的三对开关设备37。每个开关设备37优选包括具有例如毫欧姆大小级别的低导通阻抗的半导体设备。一个示例性开关设备37包括场效应晶体管设备。在一个实施例中，这可为MOSFET设备。可替代地，开关设备37可包括IGBT设备、JFET设备和其它设备。所述成对开关设备37被配置为控制在正DC电力总线40与关联到电机10的相位A、B和C中的一个的AC电路32的多个电缆34A、34B和34C中的一个之间的电力流，以及控制在正DC电力总线40与负DC电力总线45之间的电力流。控制模块20包括开关控制电路，以控制每个开关设备37的激活和去激活。

电阻器分路电路50包括串联电连接在正DC电力总线40与负DC电力总线45之间的第一和第二高阻抗电阻器52和54。第一和第二高阻抗电阻器52和54之间的接头56被电连接到接地机壳25。高压储能设备15电连接到正DC电力总线40和负DC电力总线45，使得DC输入电压与接地机壳25电绝缘，并且相对于接地机壳25浮动。接地绝缘通过使用第一和第二高阻抗电阻器52和54被控制。优选地，DC总线电压的一半被应用为从正DC电力总线40到接地机壳25，而DC总线电压的另一半被应用为从负DC电力总线45到接地机壳25。

电容分路电路60包括在接头56处串联电连接在正DC电力总线40与负DC电力总线45之间的第一和第二高电容器62和64。电容分路电路60提供低阻抗分路路径用于高频噪声电流。第一和第二电容器62和64为精密电容器，其优选具有被定制为适合于在正DC电力总线40和负DC电力总线45之间传输的电力的相等的电容标称值。在一个实施例中，第一和第二电容器62和64的标称值为2μF，10%，1200V。电容分路电路60是用于抑制持续工作期间的瞬态电压和电流的缓冲电路。电压抑制可通过在工作周期的一个部分期间将电能存储在第一和第二电容器62和64中并且在工作周期的第二部分期间释放电能而实现。优选地，每个电容器62和64为对公共模式电噪声电流进行分路的Y型电容器。已知的Y型电容器包含具有自愈特性的电介质，以抑制和防止电流泄露从其通过，并且防止关联的接地故障。

控制模块20被配置为持续监测与包括高压储能设备15的电路关联的电势和电负载，高压储能设备15经由正和负DC电力总线40和45电连接到逆变器电路35。这包括监测穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势，如图1中所绘的Vdc。这包括监测负DC电力总线45与接地机壳25之间的电势，这里指中间点电压，且如图1中所绘为Vmid。可替代地，这可包括监测正DC电力总线40与接地机壳25之间的电势。这包括使用已知的负载监测设备和技术经由逆变器电路35以及正和负DC电力总线40和45来监测与高压储能设备15和电机10之间流动的电流关联的负载电流。

控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似术语的含义是以下各项中的一个或多个的任意适当的一种或多种组合：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元（优选为微处理器）和关联的内存和存储器（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、适当的信号调节和缓冲电路以及提供所描述的功能的其它适合的部件。控制模块20具有一组控制算法，其包括保存在内存中并且被执行以提供期望功能的常驻软件程序指令和校准值。算法优选在预先设定的循环周期期间执行。算法例如通过中央处理单元被执行，并且可操作以监测来自感测设备和其它联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断程序以控制执行器的工作。循环周期可以以规律间隔在持续发动机和车辆工作期间被执行，例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒执行。可替代地，可响应于事件的发生来执行算法。

图2描绘出流程图200，其优选作为程序指令在控制模块20中执行，以检测正DC电力总线40和负DC电力总线45中的一个相对于接地机壳25的接地绝缘的丧失。在持续操作期间，穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势和电机10的电负载被持续监测，如之前描述的那样（205）。在一个实施例中，这包括监测中间点电压（Vmid）、穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势(Vdc)和负载电流(Idc)。

控制模块20对与电路关联的监测到的电势和电负载周期性地采样，即对与穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势关联的电压采样，并且同时对关联的电负载采样。在一个实施例中，这包括周期性地对中间点电压Vmid、穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势Vdc和负载电流Idc进行采样。周期性地采样包括以合适的速率采样，在一个实施例中其可为1.0毫秒采样速率（210）。

接地绝缘指数针对电势和电负载的每一个连续采样被计算（215）。在一个实施例中，接地绝缘指数是绝缘比，其针对电势的每个前面提到的连续采样被计算并且被相关到电负载。计算绝缘比包括将电势与中间点电压Vmid进行算术比较，即将穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势与中间点电压Vmid进行算术比较。在一个实施例中，绝缘比（ISO_RAT）按照如下公式计算：

ISO_RAT = (2 x Vmid)/Vdc                 [1]

在没有接地绝缘故障存在的理想条件下，绝缘比使用公式1具有1.0的值。应该理解的是，公式1的绝缘比是描绘性的。公式1的绝缘比之外的公式可用于计算接地绝缘指数。如本领域技术人员认识到的那样，与***和工作条件关联的因素能够在正DC电力总线40和负DC电力总线45中的一个不发生对应接地绝缘故障时导致接地绝缘指数发生偏差。因此，接地绝缘指数的可允许范围能够被确定并且与前述因素关联。在一个实施例中，接地绝缘指数的可允许范围在0.8和1.2之间。

接地绝缘指数的偏差可包括偏离到接地绝缘指数的可允许范围之外，这可指示接地绝缘故障，尽管该指示不是结论性的。其它因素能够影响与电势Vdc相关的中间点电压Vmid，包括由通过电机10的电负载的突然改变导致的高压储能设备15的泄露电流的不均衡性，这可由检测到的负载电流Idc指示。当通过电机10的电力需求有改变时，能够导致电负载的突然改变。这可包括对来自电机10的扭矩输出以及关联的从高压储能设备15的电力释放的需求增加。这可包括对来自电机10的再生制动扭矩输出以及关联的向高压储能设备15的充电电力的需求增加。

流程图200通过计算被连续计算的接地绝缘指数中的趋势元素（220）并且使用趋势元素求出接地绝缘指数的趋势特征（225）来计算与电负载的突然改变关联的接地绝缘指数从理想接地绝缘指数的偏离。电负载优选由监测到的负载电流Idc指示，如之前描述的那样。

计算趋势元素和求出连续计算出的接地绝缘指数的趋势特征包括使用接地绝缘指数的曲线拟合分析。对于给定的数据组y（t），例如连续计算的接地绝缘指数的采样点y[0]、y[-1]和y[-2]，能够通过以下公式被曲线拟合：

y(t)= K1+K2*exp(-t/T), 且m(t)= dy(t)/dt = -K2/T*exp(-t/T)   [2]

其可被重写如下：

y[i]= K1+K2*exp(-i*T_cal/T), 且m[i]= -K2/T*exp(-i*T_cal/T)   [3]

其中K1、K2、T为用于拟合y（t）的参数，y[i]和m[i]是y（t）和m（t）的离散形式，其中T为时间常数且T_cal <<T，T_cal为用于离散化的时间段，即数据采样速率。可计算以下各项。

m[0] = -K2/T                             [4] 

m[-1] = m[0]*exp(-Tcal/T)≈m[0]*(1-Tcal/T)       [5]

T=m[-1] / (m[-1] - m[0]) * Tcal                [6]

K2=-m[0]*T                              [7]

T和K2的值能够从本地信息获得。趋势元素Q1、Q2和Q3能够使用连续计算得到的接地绝缘指数y[0]、y[-1]和y[-2]的采样点按照如下公式计算：

Q1=2* y[-2]- y[0]- y[-1]                            [8]

Q2= y[-1]- y[-2]                                  [9]

Q3= y[0]- y[-1]                                   [10]

这产生如下用于T和K2的公式：

T=Q2/Q1* T_cal                                    [11]

K2=-（Q3+Q2）/2/ T_cal *T                          [12]

此外，时间常数T具有最大阈值T_high，其优选显著大于时间常数T的期望值。最大阈值T_high被引入以避免计算时间常数T时进行除法运算。

趋势元素Q1、Q2和Q3被特征化为多个趋势中的一种，多个趋势包括Type 1、Type 2、Type 3、Type 4和Type 5趋势。每种趋势与由连续计算得到的接地绝缘指数所指示的绝缘比的改变量（即y方向）关联。特征趋势的数量是描绘性的而非限制性的。前面提到的趋势被描述如下。

总体上，当与通过电机10产生牵引扭矩的电力需求关联的电负载改变时，即与高压储能设备15的放电增加对应的电负载增加时，期望接地绝缘指数将保持不变或者减小。这分别对应于Type 5和Type 1趋势。

总体上，当与通过电机10引起与可再生制动操作相关的制动扭矩的电力需求关联的电负载改变时，即与高压储能设备15的充电增加对应的电负载减小时，期望接地绝缘指数将保持不变或者增加。这分别对应于Type 5和Type 2趋势。

总体上，当与通过电机10的电力需求关联的电负载没有改变时，即与高压储能设备15的充电或放电实质上不变时，期望接地绝缘指数将保持不变。这对应于Type 5趋势。

连续计算得到的接地绝缘指数y[0]、y[-1]和y[-2]的采样点的趋势能够使用公式8、9、10、11和12按照以下描述被特征化，以计算趋势元素Q1、Q2和Q3以及其它因子。

与Type 5关联的趋势被特征化为abs(Q1*T_high)≤abs(Q2*T_cal)，或者abs(Q2+Q3) ≤斜坡阈值。相应地，K2=0，并且当使用上面的公式11和12计算时abs（T）是大的。

与Type 1关联的趋势被特征化为(Q1>0)且(Q2>0)且(Q3+Q2)<0，或者当(Q1<0)且(Q2<0)且(Q3+Q2)<0。相应地，当使用上面的公式11和12计算时K2>0且T>0。

与Type 2关联的趋势被特征化为(Q1>0)且(Q2>0)且(Q3+Q2)>0，或者当(Q1<0)且(Q2<0)且(Q3+Q2>)0。相应地，当使用上面的公式11和12计算时K2<0且T>0。

与Type 3关联的趋势被特征化为(Q1>0)且(Q2<0)且(Q3+Q2)>0，或者当(Q1<0)且(Q2>0)且(Q3+Q2)>0。相应地，当使用上面的公式11和12计算时K2>0且T<0。

与Type 4关联的趋势被特征化为(Q1>0)且(Q2<0)且(Q3+Q2) <0，或者当(Q1<0)且(Q2>0)且(Q3+Q2) <0。相应地，当使用上面的公式11和12计算时K2<0且T<0。

图4为描绘出与前面提到的Type 1、Type 2、Type 3、Type 4和Type 5趋势关联的y(t)的特征曲线图。

当趋势元素指示具有干扰（在该干扰中，接地绝缘指数减小但在接地绝缘指数的某些可确定状态下稳定化）时，连续计算得到的接地绝缘指数y[0]、y[-1]和y[-2]的采样点的趋势被特征化为Type 1。

当趋势元素指示具有干扰（在该干扰中，绝缘比增加但在绝缘比的某些可确定状态下稳定化）时，连续计算得到的接地绝缘指数y[0]、y[-1]和y[-2]的采样点的趋势被特征化为Type 2。

当趋势元素指示具有干扰（在该干扰中，接地绝缘指数以不稳定的方式增加）时，连续计算得到的接地绝缘指数y[0]、y[-1]和y[-2]的采样点的趋势被特征化为Type 3。

当趋势元素指示具有干扰（在该干扰中，接地绝缘指数以不稳定的方式减小）时，连续计算得到的接地绝缘指数y[0]、y[-1]和y[-2]的采样点的趋势被特征化为Type 4。

当趋势元素指示接地绝缘指数没有干扰时，连续计算得到的接地绝缘指数y[0]、y[-1]和y[-2]的采样点的趋势被特征化为Type 5。

相对于接地绝缘指数的期望趋势来分析接地绝缘指数的特征趋势，以标识出潜在故障并且检测接地绝缘故障的存在。这包括使用与连续计算得到的接地绝缘指数y[0]、y[-1]和y[-2]相关的周期性采样负载电流Idc来确定与电负载关联的接地绝缘指数的期望趋势（230）。接地绝缘指数的期望趋势可包括1）当电负载相对稳定且不变时，接地绝缘指数的量值稳定且不变；2）当电负载增加时，例如放电增加时，接地绝缘指数的量值沿正向改变；和3）当电负载减小时，例如充电增加时，接地绝缘指数的量值沿负向改变。

相对于可使用电负载来确定的接地绝缘指数的期望趋势来分析接地绝缘指数的特征趋势（235）。计算得到的接地绝缘指数与接地绝缘指数的可允许范围-例如在0.8和1.2之间进行比较（240）。当计算得到的接地绝缘指数在接地绝缘指数的可允许范围之外并且接地绝缘指数的特征趋势偏离接地绝缘指数的期望趋势时，可标识接地绝缘指数的潜在故障（245）。

相应地更新故障计数，这包括对观测的数量进行计数和对与观测关联的故障数量进行计数（250）。对故障计数执行X-Y分析（255）。X-Y分析包括检测在Y观测期间发生的X故障的数量。这可包括表示在之前Y个电势和电负载的连续离散采样中的X个离散观测的故障。这可包括表示在电势和电负载的连续离散采样的之前Y秒（经过的时间）中的离散观测的X秒（经过的时间）的故障。X-Y分析优选通过使用被持续更新的连续离散采样数据在持续工作期间执行。

当X-Y分析检测到在Y个观测期间发生的X故障的数量而X超过预定阈值时，与接地绝缘关联的故障可被检测（206）。在一个实施例中，预定阈值可为Y的50%，并且因此当Y个观测期间X故障的数量大于Y的50%时，标识出故障。应认识到，预定阈值可为与在特定实施例中观测到的故障关联的另一适当的阈值，且本发明不限于此。

图3描绘出过程300，其优选作为程序指令在控制模块20中执行，以便相对于接地绝缘指数的期望趋势分析接地绝缘指数的特征趋势。在该实施例中，接地绝缘指数的期望趋势通过使用电负载而被确定，优选包括在穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势的改变方向和量值-即正和负dV/dt中的一个方面描述负载电流Idc。优选地，在持续操作期间，针对每个连续计算得到的接地绝缘指数执行过程300。

当在接地绝缘指数中标识Type 5趋势时（302），接地绝缘指数与接地绝缘指数的可允许范围进行比较，并且故障计数相应地被调节（304）。

当穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势的改变方向和量值指示期望具有Type 1和Type 4趋势中的一种（高的负dV/dt）（306）并且对应地被检测到时（310），故障计数基于接地绝缘指数的之前状态被调节（322）。

当穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势的改变方向和量值指示期望具有Type 1和Type 4趋势中的一种（高的负dV/dt）（306）但其没有对应地被检测到时（310），接地绝缘指数与接地绝缘指数的可允许范围进行比较并且故障计数相应地被调节（320）。

当穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势的改变方向和量值指示期望具有Type 2和Type3趋势中的一种（高的正dV/dt）（308）并且对应地被检测到时（312），故障计数基于接地绝缘指数的之前状态被调节（324）。

当穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势（高的正dV/dt）的改变方向和量值指示期望具有Type 2和Type 3趋势中的一种（308）但没有对应地被检测到时（312），接地绝缘指数与接地绝缘指数的可允许范围进行比较并且故障计数相应地被调节（326）。

当穿过正DC电力总线40和负DC电力总线45的电势的改变方向和量值指示期望不具有Type 1、Type 2、Type 3和Type 4趋势的任意一个（314）时，接地绝缘指数与接地绝缘指数的可允许范围进行比较并且故障计数相应地被调节（314）。

与接地绝缘指数关联的故障计数与最大故障计数或阈值故障计数进行比较（328），并且当其满足或超过最大故障计数（MaxFltCnt）时，设定故障标志（332）。当与接地绝缘指数关联的故障计数小于最大故障计数或阈值故障计数时（328），故障计数与零值进行比较以确保故障计数有效，即为正（330）。如果故障计数无效，即为负或零时，则故障计数被重新设定为零并且故障标志被重新设定（334）。此时，分析结束。

本发明已经描述了某些优选实施例及其改型。基于阅读和理解说明书他人可做出进一步的改型和变型。因此，本发明将不局限于作为执行本发明的最佳模式而公开的特定实施例，相反，本发明将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种用于监测高压直流电路的方法，所述高压直流电路包括经由正DC电力总线和负DC电力总线电连接到电机的电能存储设备，所述高压直流电路与接地机壳电绝缘，所述方法包括：

监测所述正DC电力总线和所述负DC电力总线以及与所述电机关联的电负载；

对与所述正DC电力总线和所述负DC电力总线关联的电信号周期性地采样，并且基于周期性采样的电信号计算相应的接地绝缘指数；

使用连续计算得到的接地绝缘指数计算趋势元素；

将与所述趋势元素对应的趋势特征化以形成特征趋势；

将特征趋势与期望趋势比较，所述期望趋势与被监测的电负载关联，而所述电负载又与所述电机关联；以及

当所述特征趋势偏离所述期望趋势时，检测出与所述高压直流电路的电绝缘关联的潜在故障。

2.如权利要求1所述的方法，其中检测出与所述高压直流电路的电绝缘关联的潜在故障包括：检测出所述特征趋势指示所述电能存储设备的放电增加且检测出所述期望趋势指示所述电能存储设备的充电。

3.如权利要求1所述的方法，其中检测出与所述高压直流电路的电绝缘关联的潜在故障包括：检测出所述特征趋势指示所述电能存储设备的充电增加且检测出所述期望趋势指示所述电能存储设备的放电。

4.如权利要求1所述的方法，其中基于周期性采样的电信号计算相应的接地绝缘指数包括：

对所述正DC电力总线和所述负DC电力总线之间相应的第一电势进行采样；

对所述负DC电力总线和所述接地机壳之间相应的第二电势进行采样；和

计算包括相应的所述第一电势与所述第二电势的比率的相应的接地绝缘指数。

5.如权利要求1所述的方法，其中使用连续计算得到的接地绝缘指数计算趋势元素包括：使用三个连续计算得到的接地绝缘指数计算第一、第二趋势元素。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一趋势元素包括所述三个连续计算得到的接地绝缘指数中的第一接地绝缘指数和第二接地绝缘指数之间的算术差。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述第二趋势元素包括所述连续计算得到的接地绝缘指数中的第二接地绝缘指数和第三接地绝缘指数之间的算术差。

8.如权利要求1所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化包括：当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数减小但在所述接地绝缘指数的第一可确定状态下稳定化时，将第一趋势特征化。

9.如权利要求8所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化进一步包括：当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数增加但在所述接地绝缘指数的第二可确定状态下稳定化时，将第二趋势特征化。

10.如权利要求9所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化进一步包括：当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数以不稳定方式增加时，将第三趋势特征化。

11.如权利要求10所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化进一步包括：当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数以不稳定方式减小时，将第四趋势特征化。

12.如权利要求11所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化进一步包括：当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数稳定时，将第五趋势特征化。

13.一种用于监测高压直流电路的方法，所述高压直流电路包括经由正DC电力总线和负DC电力总线电连接到电机的电能存储设备，所述高压直流电路与接地机壳电绝缘，所述方法包括：

对与所述正DC电力总线和所述负DC电力总线关联的电势以及所述电机的对应负载电流周期性地采样；

计算与每个周期性采样的电势对应的接地绝缘指数；

使用多个连续的接地绝缘指数计算趋势元素；

将与所述趋势元素对应的趋势特征化以形成特征趋势；

将特征趋势与期望趋势比较，所述期望趋势基于所述电机的所述负载电流；以及

当所述特征趋势偏离所述期望趋势时，检测出与所述高压直流电路的电绝缘关联的潜在故障。

14.一种用于监测高压直流电路的方法，所述高压直流电路包括经由正DC电力总线和负DC电力总线电连接到电机的电能存储设备，所述高压直流电路与接地机壳电绝缘，所述方法包括：

监测所述正DC电力总线和所述负DC电力总线以及与所述电机关联的电负载；

对与所述正DC电力总线和所述负DC电力总线关联的电信号周期性地采样，并且计算相应的接地绝缘指数，上述采样和计算包括：

       对所述正DC电力总线和所述负DC电力总线之间的第一电势进行采样；

       对所述负DC电力总线与接地机壳之间的第二电势进行采样；和

       计算包括所述第一电势与所述第二电势的比率的相应的接地绝缘指数；

使用三个连续计算得到的接地绝缘指数计算趋势元素，所述趋势元素包括第一趋势元素和第二趋势元素，所述第一趋势元素包括所述三个连续计算得到的接地绝缘指数中的第一和第二接地绝缘指数之间的算术差，并且所述第二趋势元素包括所述连续计算得到的接地绝缘指数中的第二接地绝缘指数和第三接地绝缘指数之间的算术差；

将与所述趋势元素对应的趋势特征化以形成特征趋势；

将所述特征趋势与期望趋势比较，所述期望趋势与关联到所述电机的被监测的电负载关联；以及

当所述特征趋势偏离所述期望趋势时，检测出与所述高压直流电路的电绝缘关联的潜在故障。

15.如权利要求14所述的方法，其中将与所述趋势元素对应的趋势特征化包括将所述趋势特征化为下列各项中的一项：

当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数减小但在所述接地绝缘指数的第一可确定状态下稳定化时，将第一趋势特征化；

当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数增加但在所述接地绝缘指数的第二可确定状态下稳定化时，将第二趋势特征化；

当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数以不稳定方式增加时，将第三趋势特征化；

当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数以不稳定方式减小时，将第四趋势特征化；和

当所述趋势元素指示所述接地绝缘指数稳定时，将第五趋势特征化。