CN113156337A - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

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***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***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。

根据本申请实施例提供的技术方案，当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，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小于其小于零的次数，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大于等于其小于零的次数，则判定开路故障相的下桥臂故障。

根据本申请实施例提供的技术方案，判定该相为电流过零相的步骤，还包括：定义过零点标志位ε_k为：

其中：i_k(k＝a,b,c)为三相输入电流；i_th为零电流检测的诊断阈值i_th。

根据本申请实施例提供的技术方案，计算第一预设时长内电流过零相的零值平台持续时间的步骤，包括：设定与三相输入电流相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)，当ε_k由0变1时，则启动与电流过零相相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)工作第一预设时长的时间；在第一预设时长内，若ε_k为1，则W_k累加1；若ε_k为0，则W_k不累加；计算出电流零值平台持续时间t_k为：

t_k＝W_kT_s,k＝a,b,c

其中：Ts为电流采样周期。

根据本申请实施例提供的技术方案，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的步骤包括：设定与三相桥臂中上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2(k＝a,b,c)；当ε_k为1时，启动与电流过零相上上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2工作第一预设时长；在第一预设时长内，分别统计β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数,当β相电流分量幅值大于零,W_βk1累计加1；当β相电流分量幅值小于零,W_βk2累计加1；为比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，设定开关管诊断定位变量n

当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，n为1，则开路故障相的上桥臂故障；n为0，则开路故障相的下桥臂故障；当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，n为1，则开路故障相的下桥臂故障；n为0，则开路故障相的上桥臂故障。

另一方面，本申请还提供一种用于VIENNA整流器单管开路故障在线辨识的装置，包括：电流过零相判断模块，用于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；开路故障相判断模块，用于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；电流变换模块，用于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；开关管故障侧判断模块，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。

另一方面，本申请还提供一种计算机设备，所述设备包括：存储器，用于存储可执行程序代码；一个或多个处理器，用于读取所述存储器中存储的可执行程序代码以执行如上所述的用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法。

另一方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上所述的VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法。

综上所述，本申请公开有一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法，本申请所提供的技术方案基于VIENNA整流器自带的电流传感器，实时地监测三相输入电流是否存在过零现象，并在任一相存在过零现象时，通过采集第一预设时长内电流过零相的零值平台持续时间，并与零值平台检测阈值相比较来确定该相是否发生开路故障。

另外，在实时地监测三相输入电流的同时，本方法还将三相输入电流进行实时地变换，以获得变换后的两相静止坐标系下的α相电流分量和β相电流分量，在测得任一相为电流过零相时，α相电流分量同样存在零值平台，鉴于β相电流分量与α相电流分量同相位或反相位，故在测得任一相为电流过零相的同一时刻，开始同时分别统计该相输入电流对应的β相电流分量幅值大于零和小于零的次数，将β相电流分量幅值大于零次数与其幅值小于零次数相比较，则能够得出电流过零相上究竟哪一桥臂的开关管发生故障。

基于上述在线辨识过程，在发生零值稳区之后，一方面开始检测该电流过零相是否发生开路故障，同时刻，另一方面还开始检测该电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障。在两方面的同时判断下，若该电流过零相确实发生开路故障，则其能够快速及时且同时诊断出开路故障相以及究竟哪一桥臂开关故障。综上所述，本申请所提供的技术方案，一方面，无需增加额外的传感器，无硬件的变化，仅通过对三相输入电流进行相应处理分析，即可实现VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识；另一方面，其在判断开路故障相和开路故障相上哪一桥臂的开关管发生故障时，都是在第一预设时长内进行同时同步统计，能够实现快速高效地诊断；再一方面，本申请所提供的在线辨识方法，运算过程简单，第一预设时长，以及相关阈值设定简便。相较于现有技术中的诊断方法所存在的，或算法复杂计算量大；或需要增加额外传感器等问题而言，本方法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。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1所示的是VIENNA整流器，其整体电路拓扑图；

图2所示的是升压比为3.3时计数变量及故障定位变量仿真波形图；

图3所示的是升压比为4.57时计数变量及故障定位变量仿真波形图；

图4所示的是用于VIENNA整流器单管开路故障在线辨识的装置的逻辑结构示意图；

图5所示的是计算机设备硬件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

VIENNA整流器，其整体电路拓扑图如图1所示。图1中，所示的L_a，L_b和L_c为内置于VIENNA整流器上的传感器，用于获取三相输入电流i_k(k＝a,b,c)。M_k1(k＝a,b,c)为某相的上桥臂开关管；M_k2(k＝a,b,c)为某相的下桥臂开关管。

本实施方式所针对的VIENNA整流器单管开路故障在线辨识提供有如下所示的方法：

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。本步骤中，通过实时获取三相输入电流，并实时判断三相输入电流是否存在电流过零的现象，一旦任一相输入电流存在零值稳区，则判定该相为电流过零相，然后针对该电流过零相进行进一步地判断。具体地，获取三相输入电流瞬时幅值的方式可以采用整流器内自带的传感器。具体地，在判断三相输入电流是否存在电流过零的现象时，可以具体地采用如下步骤，比如：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。具体地，所述零电流检测阈值范围为(-i_th，i_th)，可选地，所述i_th会影响辨识精度，优选地，其值在5％峰值电流左右选取。设定VIENNA整流器的三相桥臂分别为a、b、c。i_k(k＝a,b,c)为三相输入电流，通过三相输入电流i_k(k＝a,b,c)与零电流检测的诊断阈值i_th相比较，若测得相电流i_k(k＝a,b,c)的值在区间(-i_th，i_th)范围内，则表示k(k＝a,b,c)相输入电流过零；否则，则表示k(k＝a,b,c)相输入电流不过零。

可选地，为了便于标识电流过零相，判定该相为电流过零相的步骤，还包括：定义过零点标志位ε_k为：

其中：i_k(k＝a,b,c)为三相输入电流；i_th为零电流检测的诊断阈值i_th。

在获得任一相为电流过零相时，需要针对该电流过零相进行进一步处理，即：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。本步骤中，通过进一步地计算电流过零相的零值平台持续时间，是为了在第一预设时长内对于电流过零相上发生过零的次数进行统计，利用过零次数和采样周期相乘，即得第一预设时长内的零值平台持续时间。具体地，设定与三相输入电流相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)，当ε_k由0变1时，则启动与电流过零相相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)工作第一预设时长的时间；在第一预设时长内，若ε_k为1，则W_k累加1；若ε_k为0，则W_k不累加；计算出电流零值平台持续时间t_k为：

t_k＝W_kT_s,k＝a,b,c

其中：T_s为电流采样周期,其可为0.0001s。

计数模块W_k(k＝a,b,c)的工作方式如下：

ε_k由0变1时，若计数模块W_k处于休眠状态，则唤醒W_k工作第一预设时长。

在第一预设时长内，若ε_k为1，则计数模块W_k累加1；若ε_k为0，则计数模块W_k不累加。

第一预设时长时间之后，则计数模块W_k进入休眠状态，计数清零。当再次发送ε_k由0变1时，重复上述工作方式。

可选地，第一预设时长为1/4的工频周期，如：0.005s。当然，第一预设时长为1/4的工频周期是优选的数值，其取值范围可以为(0.004s-0.007s)，第一预设时长值过大会可能会导致故障诊断时间延迟，如图2所示的电流波形图可知，零值平台周期性显现，若第一预设时长取值过大，超出了零值平台的持续时间，在超出的时间里W_k其实并不累加；但因为还在第一预设时长内，所以无法计算t_k，也即无法最终判定该相是否为开路故障相，最终导致故障诊断时间延迟。

第一预设时长值过小会导致漏诊断，因为当第一预设时长值很小的时候，计数模块工作时间过短，计数值过小，当计数模块工作第一预设时长时间后又开始清零重新计数使得计算的零值平台持续时间t_k＝W_kT_s,k＝a,b,c过小，始终达不到故障阈值，从而造成漏诊断。

基于此步骤，能够最终判定该相是否为开路故障相，为便于标识，本步骤中还可以定义故障相定位变量m_k为：

公式中，t_th为零值平台判断阈值，通过电流零值平台的持续时间t_k与零值平台判断阈值t_th相比较，得到故障相定位变量m_k的值，若m_k＝0表示k相开关管正常工作，m_k＝1表示k相开关管开路故障。t_th的取值会影响辨识精度和速度，优选t_th为0.08T附近取值，如：(0.0012s-0.0020s)本实施例中t_th取0.0016s。

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。本步骤中与“实时获取整流器三相输入电流”同时进行，无先后之分，具体地，为了构造直接表示故障开关位置的变量，通过公式(4)、(5)对[i_a,i_b,i_c]^T，[i_b,i_c,i_a]^T和[i_c,i_a,i_b]^T进行Clark变换，得到[i_αa,i_αb,i_αc]^T和[i_βa,i_βb,i_βc]^T。

基于上述变换，在两相静止坐标系下，i_βk超前i_αk(k＝a,b,c)90°，为了使i_αk和i_βk(k＝a,b,c)的变化便于分析，需将i_βk(k＝a,b,c)延迟0.75T，即令t'＝t-0.75T，此时，i_αk和i_βk(k＝a,b,c)二者同相位；或者，i_βk(k＝a,b,c)延迟0.25T，即令t'＝t-0.25T，此时，i_αk和i_βk(k＝a,b,c)二者反相位。

在测得任一相为电流过零相时，α相电流分量同样存在零值平台，鉴于β相电流分量与α相电流分量同相位或反相位，故在测得任一相为电流过零相的同一时刻，开始同时分别统计该相输入电流对应的β相电流分量幅值大于零和小于零的次数，将β相电流分量幅值大于零次数与其幅值小于零次数相比较，则能够得出电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障。

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。具体地，

在一优选的实施例中，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，则判定电流过零相的上桥臂故障；若β相电流分量幅值大于零的次数小于其小于零的次数，则判定电流过零相的下桥臂故障。

在一优选的实施例中，当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，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小于其小于零的次数，则判定电流过零相的上桥臂故障；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，则判定电流过零相的下桥臂故障。

为便于统计电流过零相的输入电流对应的β相电流分量幅值大于零和小于零的次数，具体地：

整流器a相的上桥臂开关管和下桥臂开关管分别标记为a₁、a₂。

整流器b相的上桥臂开关管和下桥臂开关管分别标记为b₁、b₂。

整流器c相的上桥臂开关管和下桥臂开关管分别标为c₁、c₂。

设定与三相桥臂中上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2(k＝a,b,c)；当ε_k为1时，启动与电流过零相上上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2工作第一预设时长；在第一预设时长内，分别统计β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数,当β相电流分量幅值大于零,W_βk1累计加1；当β相电流分量幅值小于零,W_βk2累计加1；为比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，设定开关管诊断定位变量n

当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，n为1，则开路故障相的上桥臂故障；n为0，则开路故障相的下桥臂故障；当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，n为1，则开路故障相的下桥臂故障；n为0，则开路故障相的上桥臂故障。

计数模块W_βk1、W_βk2的工作方式如下：

ε_k由0变1时，若计数模块W_βk1、W_βk2处于休眠状态，则唤醒计数模块W_βk1、W_βk2启动，在第一预设时长时间内工作，当β相电流分量幅值大于零,W_βk1累计加1；当β相电流分量幅值小于零,W_βk2累计加1。

第一预设时长时间之后，开始比较W_βk1、W_βk2的累计数值，以判断哪一桥臂的开关管故障。

比较之后，则计数模块W_βk1、W_βk2进入休眠状态，计数清零。

本实施方式公开有一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法，本申请所提供的技术方案基于VIENNA整流器自带的电流传感器，实时地监测三相输入电流是否存在过零现象，并在任一相存在过零现象时，通过采集第一预设时长内电流过零相的零值平台持续时间，并与零值平台检测阈值相比较来确定该相是否发生开路故障。

另外，在实时地监测三相输入电流的同时，本方法还将三相输入电流进行实时地变换，以获得变换后的两相静止坐标系下的α相电流分量和β相电流分量，在测得任一相为电流过零相时，α相电流分量同样存在零值平台，鉴于β相电流分量与α相电流分量同相位或反相位，故在测得任一相为电流过零相的同一时刻，开始同时分别统计该相输入电流对应的β相电流分量幅值大于零和小于零的次数，将β相电流分量幅值大于零次数与其幅值小于零次数相比较，则能够得出电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障。

基于上述在线辨识过程，在发生零值稳区之后，一方面开始检测该电流过零相是否发生开路故障，同时刻，另一方面还开始检测该电流过零相上哪一桥臂的开关管发生故障。在两方面的同时判断下，若该电流过零相确实发生开路故障，则其能够快速及时且同时诊断出开路故障相以及究竟哪一桥臂开关故障。本实施方式所提供的技术方案，一方面，无需增加额外的传感器，无硬件的变化，仅通过对三相输入电流进行相应处理分析，即可实现VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识；另一方面，其在判断开路故障相和开路故障相上哪一桥臂的开关管发生故障时，都是在第一预设时长内进行同时同步统计，能够实现快速高效地诊断；再一方面，本申请所提供的在线辨识方法，运算过程简单，第一预设时长，以及相关阈值设定简便，只需设计零电流检测的诊断阈值和零值平台判断阈值。相较于现有技术中的诊断方法所存在的，或算法复杂计算量大；或需要增加额外传感器等问题而言，本方法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。

尤为重要的是，是否为开路故障相和哪一桥臂的开关管发生故障同时判断，而且判断时长均为第一预设时长，能够实现同时同步判断。基于故障相定位变量m_k和开关管诊断定位变量n的设计，只有当m_k为1时，开关管诊断定位变量n的数值才具有含义；当m_k为0时，开关管诊断定位变量n的数值则无效，此设计能够在判定电流过零相后，发现其并没有发生开路故障时，避免发生误判，使得本方法的可靠性和及时性能够并存。

在一工作场景下，选取VIENNA整流器的相关参数包括：直流侧输出电压100V；滤波电感2mH；开关频率20kHz；直流侧电容680uF；输出功率166.67W；输入电压根据升压比确定(升压比＝直流侧输出电压/交流侧输入电压有效值)，如可以选择：3.3、4.57。

当在0.1401s(故障触发角为0°)时刻发生单管开路故障情况时，请参考图2所示的升压比为3.3时计数变量及故障定位变量仿真波形图，在变换至两相静止坐标系下时，i_βk(k＝a,b,c)延迟0.75T，其与i_αk同相。执行上述步骤至故障发生时刻，在故障识别时，也即：电流过零相被检测到，图中W_a所示的是a相开始计算过零次数，即：a相位电流过零相，基于W_a和T_s计算，a相零值平台持续施时间如下：

t_k＝W_kT_s,k＝a,b,c

图中，故障相定位变量m_a显示为1，故可知a相发生开关管故障。

同时，在图2中也可以看到，W_β1大于W_β2，故开关管诊断定位变量n为1，开路故障相的上桥臂故障，也即：a相的上桥臂上的开关管发生开路故障。

当在0.1401s(故障触发角为0°)时刻发生单管开路故障情况时，请参考图3所示的升压比为4.57时计数变量及故障定位变量仿真波形图，在变换至两相静止坐标系下时，i_βk(k＝a,b,c)延迟0.75T，其与i_αk同相。执行上述步骤至故障发生时刻，在故障识别时，也即：电流过零相被检测到，图中W_a所示的是a相开始计算过零次数，即：a相位电流过零相，基于W_a和T_s计算，a相零值平台持续施时间如下：

t_k＝W_kT_s,k＝a,b,c

图中，故障相定位变量m_a显示为1，故可知a相发生开关管故障。

同时，在图3中也可以看到，W_β1大于W_β2，故开关管诊断定位变量n为1，开路故障相的上桥臂故障，也即：a相的上桥臂上的开关管发生开路故障。

结合上述具体的应用场景可知，利用本实施方式所提供的在线辨识方法，能够实现可靠，及时地识别VIENNA整流器所发生的单管开路故障，非常适于推广使用。

本申请还提供一种用于VIENNA整流器单管开路故障在线辨识的装置的具体实施方式，包括：

电流过零相判断模块，用于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。

开路故障相判断模块，用于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。

电流变换模块，用于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。

开关管故障侧判断模块，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。

请参考图4所给出的用于VIENNA整流器单管开路故障在线辨识的装置的逻辑结构示意图，基于上述方法，利用电流过零相判断模块、开路故障相判断模块、电流变换模块和开关管故障侧判断模块分别实现对应的功能，能够将上述在线辨识方法制作为可迁移的装置，便于内置于现有的使用VIENNA整流器的应用场景内。

本申请还提供一种计算机设备，所述设备包括：存储器，用于存储可执行程序代码；一个或多个处理器，用于读取所述存储器中存储的可执行程序代码以执行如上所述的用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法。请参考图5给出的计算机设备硬件结构示意图。

计算机***包括中央处理单元(CPU)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM503中，还存储有***操作所需的各种程序和数据。CPU 501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。

以下部件连接至I/O接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。

特别地，根据本发明的实施例，上文中用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法所描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明关于用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)501执行时，执行本申请的***中限定的上述功能。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法、装置和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括第一生成模块、获取模块、查找模块、第二生成模块及合并模块。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。

作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该电子设备执行时，使得该电子设备实现如上述实施例中所述的用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法，其特征在于：

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。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法，其特征在于：

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，则判定电流过零相的上桥臂故障；若β相电流分量幅值大于零的次数小于其小于零的次数，则判定电流过零相的下桥臂故障。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法，其特征在于：

当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，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小于其小于零的次数，则判定电流过零相的上桥臂故障；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，则判定电流过零相的下桥臂故障。

5.根据权利要求2所述的一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法，其特征在于：

判定该相为电流过零相的步骤，还包括：定义过零点标志位ε_k为：

其中：i_k(k＝a,b,c)为三相输入电流；i_th为零电流检测的诊断阈值i_th。

6.根据权利要求5所述的一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法，其特征在于：

计算第一预设时长内电流过零相的零值平台持续时间的步骤，包括：设定与三相输入电流相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)，当ε_k由0变1时，则启动与电流过零相相对应的计数模块W_k(k＝a,b,c)工作第一预设时长的时间；在第一预设时长内，若ε_k为1，则W_k累加1；若ε_k为0，则W_k不累加；计算出电流零值平台持续时间t_k为：

t_k＝W_kT_s,k＝a,b,c

其中：T_s为电流采样周期。

7.根据权利要求5所述的一种用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法，其特征在于：

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的步骤包括：

设定与三相桥臂中上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2(k＝a,b,c)；当ε_k为1时，启动与电流过零相上上桥臂和下桥臂分别对应的计数模块W_βk1、W_βk2工作第一预设时长；

在第一预设时长内，分别统计β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数,当β相电流分量幅值大于零,W_βk1累计加1；当β相电流分量幅值小于零,W_βk2累计加1；

为比较β相电流分量幅值大于零的次数与小于零的次数，设定开关管诊断定位变量n

当α相电流分量和β相电流分量相位一致时，n为1，则电流过零相的上桥臂故障；n为0，则电流过零相的下桥臂故障；

当α相电流分量和β相电流分量相位互反时，n为1，则电流过零相的下桥臂故障；n为0，则电流过零相的上桥臂故障。

8.一种用于VIENNA整流器单管开路故障在线辨识的装置，其特征在于：包括：

电流过零相判断模块，用于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；

开路故障相判断模块，用于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；

电流变换模块，用于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；

开关管故障侧判断模块，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。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括：存储器，用于存储可执行程序代码；一个或多个处理器，用于读取所述存储器中存储的可执行程序代码以执行权利要求1至7中任一项所述的用于VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至7中任一项所述的VIENNA整流器单管开路故障的在线辨识方法。

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