CN116559725A - 双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法、装置、设备 - Google Patents

双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法、装置、设备 Download PDF

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CN116559725A CN202310637276.XA CN202310637276A CN116559725A CN 116559725 A CN116559725 A CN 116559725A CN 202310637276 A CN202310637276 A CN 202310637276A CN 116559725 A CN116559725 A CN 116559725A
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吴立建
段汝鹏
吕泽楷
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Abstract

本发明公开了双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法、装置、设备、介质。该双三相永磁同步电机谐波平面电流采用开环控制，所述匝间短路诊断方法包括：获取基于谐波平面电流开环控制的双三相永磁同步电机的谐波平面电流，并确定对应于所述谐波平面电流的电流频谱；从所述电流频谱中提取基频分量幅值；根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路。本发明基于谐波平面电流开环控制的双三相永磁同步电机的谐波平面电流，对双三相永磁同步电机的物理特征进行分析，从而获得双三相永磁同步电机的故障特征，能够有效地通过谐波平面电流分析诊断双三相永磁同步电机的匝间短路故障。

Description

双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法、装置、设备
技术领域
本发明涉及故障诊断技术领域，尤其涉及一种双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法、装置、设备、介质。
背景技术
匝间短路故障是电机中的一种常见故障，发生后不仅造成输出平均转矩的降低并产生振动和噪声，还会使被短路部分绕组的电流增大，造成故障回路温度急剧上升，从而进一步破坏电机绕组的绝缘保护。电机早期的匝间短路故障若未得到有效的发现并采取相应的容错策略，可能引发更为严重的二次故障，最终造成电机的损坏。
相比于三相电机，双三相电机具有更高的控制自由度和更高的功率密度，因此受到国内外学者的广泛研究。双三相电机具有多相绕组，若其中一相发生匝间短路故障，可在诊断为故障状态且定位故障相后切换容错控制模式，从而避免匝间短路故障对电机的进一步损坏。
为了对电机是否发生匝间短路故障进行准确判断，国内外现有研究提出了许多诊断方法，主要可以分为三类：基于信号处理的方法，基于模型的方法和基于知识的方法。
基于信号处理的方法，通过对实时采集到的相电流、dq轴电流、控制器输出dq轴电压、零序电流、零序电压以及振动信号进行频域分析，根据匝间短路后定子绕组的不平衡特性，提取对应的特征谐波幅值作为故障特征量，从而实现对定子匝间短路故障的有效诊断。
基于模型的方法通过对所建模型与实际电机变化的一致性进行判断从而达到故障诊断的目的。一些研究通过设计一个开环反电势观测器，通过比较观测反电势与参考反电势的差异进行匝间短路故障的诊断。
基于知识的方法依托大量的运行数据进行驱动，并不依赖于精确的电机模型。一些研究利用永磁同步电机运行时的电流和转矩数据对建立的人工神经网络进行训练，该神经网络可以有效区分健康电机与匝间短路故障电机。
但现有研究技术仍有一些不足之处。第一，缺少在匝间短路状态下的双三相永磁同步电机等效数学模型研究，不利于故障状态的理论分析以及特征提取；第二，现有双三相永磁同步电机的匝间短路故障诊断方法并未利用其多控制自由度的特点；第三，现有研究中，可实现匝间短路故障相定位的诊断方法较少，无法配合双三相电机在故障容错方面的优势。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法、装置、设备、介质。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
第一方面，提供一种双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法，所述双三相永磁同步电机谐波平面电流采用开环控制，所述匝间短路诊断方法包括：
获取基于谐波平面电流开环控制的双三相永磁同步电机的谐波平面电流，并确定对应于所述谐波平面电流的电流频谱；
从所述电流频谱中提取基频分量幅值；
根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路。
可选地，所述双三相永磁同步电机运行于基于矢量空间解耦的矢量控制模式；获取所述双三相永磁同步电机的谐波平面电流，包括：
获取所述双三相永磁同步电机各相的采样电流；
对所述各相的采样电流进行矢量空间解耦变换，得到所述谐波平面电流。
可选地，所述谐波平面电流包括第一电流和第二电流；所述电流频谱包括对应于所述第一电流的第一电流频谱以及对应于所述第二电流的第二电流频谱；
根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路，包括：
当所述双三相永磁同步电机的相坐标系的第一相与变换后基波平面α轴线对齐时，判断从所述第一电流频谱提取的第一基频分量幅值是否大于第一幅值阈值，和/或从所述第二电流频谱提取的第二基频分量幅值是否大于第二幅值阈值；
当判断结果为是时，确定所述双三相永磁同步电机发生匝间短路。
可选地，所述谐波平面电流包括第一电流和第二电流；所述电流频谱包括对应于所述第一电流的第一电流频谱以及对应于所述第二电流的第二电流频谱；
根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路，包括：
当所述双三相永磁同步电机的相坐标系的第一相与变换后基波平面α轴线对齐时，判断第一基频分量幅值与第一正常基频分量幅值的偏差是否大于第一偏差阈值，和/或第二基频分量幅值与第二正常基频分量幅值的偏差是否大于第二偏差阈值；其中，所述第一基频分量幅值从所述第一电流频谱提取得到，所述第二基频分量幅值从所述第二电流频谱提取得到；
当判断结果为是时，确定所述双三相永磁同步电机发生匝间短路。
第二方面，提供一种双三相永磁同步电机的匝间短路诊断装置，所述双三相永磁同步电机谐波平面电流采用开环控制，所述匝间短路诊断装置包括：
获取基于谐波平面电流开环控制的双三相永磁同步电机的谐波平面电流，并确定对应于所述谐波平面电流的电流频谱；
从所述电流频谱中提取基频分量幅值；
根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路。
可选地，所述双三相永磁同步电机运行于基于矢量空间解耦的矢量控制模式；获取所述双三相永磁同步电机的谐波平面电流，包括：
获取所述双三相永磁同步电机各相的采样电流；
对所述各相的采样电流进行矢量空间解耦变换，得到所述谐波平面电流。
可选地，所述谐波平面电流包括第一电流和第二电流；所述电流频谱包括对应于所述第一电流的第一电流频谱以及对应于所述第二电流的第二电流频谱；
根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路，包括：
当所述双三相永磁同步电机的相坐标系的第一相与变换后基波平面α轴线对齐时，判断从所述第一电流频谱提取的第一基频分量幅值是否大于第一幅值阈值，和/或从所述第二电流频谱提取的第二基频分量幅值是否大于第二幅值阈值；
当判断结果为是时，确定所述双三相永磁同步电机发生匝间短路。
可选地，所述谐波平面电流包括第一电流和第二电流；所述电流频谱包括对应于所述第一电流的第一电流频谱以及对应于所述第二电流的第二电流频谱；
根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路，包括：
当所述双三相永磁同步电机的相坐标系的第一相与基波平面α轴线对齐时，判断第一基频分量幅值与第一正常基频分量幅值的偏差是否大于第一偏差阈值，和/或第二基频分量幅值与第二正常基频分量幅值的偏差是否大于第二偏差阈值；其中，所述第一基频分量幅值从所述第一电流频谱提取得到，所述第二基频分量幅值从所述第二电流频谱提取得到；
当判断结果为是时，确定所述双三相永磁同步电机发生匝间短路。
第三方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并用于在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法。
第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明基于谐波平面电流开环控制的双三相永磁同步电机的谐波平面电流，对双三相永磁同步电机的物理特征进行分析，从而获得双三相永磁同步电机的故障特征，能够有效地通过谐波平面电流分析诊断双三相永磁同步电机的匝间短路故障。
附图说明
图1为本发明一示例性实施例提供的一种双三相永磁同步电机的电路图；
图2为本发明一示例性实施例提供的一种双三相永磁同步电机六相电流矢量空间位置及z1z2谐波电流分量空间位置的定义示意图；
图3为本发明一示例性实施例提供的一种双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法的流程图；
图4为本发明一示例性实施例提供的另一种双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法的流程图；
图5为本发明一示例性实施例提供的一种双三相永磁同步电机的匝间短路诊断装置的模块示意图；
图6为本发明一示例性实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
参见图1，本发明实施例涉及的双三相永磁同步电机的六相绕组相名称分别为A、B、C、D、E、F相，其中A、B、C三相为一组共中性点N，D、E、F三相为一组共中性点N’。参见图2，A、B、C、D、E、F六个方向分别为六相绕组通入正向电流后磁场的轴线方向，其与线圈轴线方向平行，即规定了六相绕组的空间位置关系。图中z1、z2轴线方向为z1z2谐波平面电流分量的正方向。
对于双三相永磁同步电机，当发生匝间短路故障时，双三相永磁同步电机在相坐标系下的电压方程如下：
其中，[uabcdefF]＝[ua ub uc ud ue uf 0]T为考虑匝间短路支路的相电压矩阵，[iabcdefF]＝[ia ib ic id ie if iF]T为考虑匝间短路支路的相采样电流矩阵。iF为匝间短路支路采样电流，其频谱成分主要为基频分量。[RabcdefF]、[LabcdefF]、[ψabcdefF]分别为考虑匝间短路支路的定子电阻矩阵、定子电感矩阵以及绕组磁链矩阵。
若双三相永磁同步电机的A相发生匝间短路，忽略转子永磁体谐波磁链，则[RabcdefF]、[LabcdefF]、[ψabcdefF]如下展开：
其中，Rs为定子相电阻，Laa、Lbb…Lff为各相自感，Mab、Mac…Mfa为各相互感，ψf为转子永磁体基波磁链，θ为转子位置角，μ为被短路绕组与该相总绕组的匝数比，Rf为等效短路电阻。
考虑匝间短路支路，将相坐标系中A相轴线与变换后基波平面α轴线对齐，对应的矢量空间解耦变换矩阵如下：
用修改后的矢量空间解耦变换阵(公式6)对上述相坐标系电压方程进行变换，可获得如下z1z2谐波平面电压方程：
其中，uz1、uz2、iz1、iz2分别为z1z2谐波平面电压、电流，Ll为电机漏感。
同理，若双三相永磁同步电机的B相发生匝间短路，则可获得如下z1z2谐波平面电压方程：
若双三相永磁同步电机的C相发生匝间短路，则可获得如下z1z2谐波平面电压方程：
若双三相永磁同步电机的D相发生匝间短路，则可获得如下z1z2谐波平面电压方程：
若双三相永磁同步电机的E相发生匝间短路，则可获得如下z1z2谐波平面电压方程：
若双三相永磁同步电机的F相发生匝间短路，则可获得如下z1z2谐波平面电压方程：
同理，当双三相永磁同步电机的B相或D相发生匝间短路时，若将相坐标系中B相轴线与变换后基波平面α轴线对齐的矢量空间解耦变换矩阵对相坐标系电压方程进行变换，则可得z1z2谐波平面电压方程分别为(7)与(12)；当C相或E相发生匝间短路时，若将相坐标系中C相轴线与变换后基波平面α轴线对齐的矢量空间解耦变换矩阵对相坐标系电压方程进行变换，则可得z1z2谐波平面电压方程分别为(7)与(12)。
上述分析表明，故障后z1z2谐波平面的电压方程会出现与短路支路电流相关的额外项。由于短路支路电流主要频谱成分为基频分量，而理想情况下电机健康时z1z2谐波平面电流无基频分量，因此可通过提取z1z2谐波平面电流基频分量进行匝间短路故障诊断。对z1z2谐波平面电流进行快速傅里叶变换(FastFourierTransform,FFT)，分别提取iz1、iz2基频分量幅值，并与健康状态下基频分量幅值相除获得基频分量幅值变化率kiz1、kiz2，若kiz1、kiz2中任意一个量大于偏差阈值即可判断电机发生匝间短路故障。另外通过将基波平面α轴线分别与A、B、C相轴线对齐可以实现故障相的定位。
基于此，本发明实施例提供的一种双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法，参见图3，该匝间短路诊断方法包括：
步骤301、获取基于谐波平面电流开环控制的双三相永磁同步电机的谐波平面电流，并确定对应于谐波平面电流的电流频谱。
步骤302、从电流频谱中提取基频分量幅值；
步骤303、根据基频分量幅值，判断双三相永磁同步电机是否发生匝间短路。
在一个实施例中，根据将基波平面α轴线分别与A、B、C相轴线对齐后得到的电流基频分量幅值，判断匝间短路故障相。
本发明实施例中，基于谐波平面电流开环控制的双三相永磁同步电机的谐波平面电流，对双三相永磁同步电机的谐波特征进行分析，从而获得双三相永磁同步电机的故障特征，能够有效地通过谐波平面电流分析诊断双三相永磁同步电机的匝间短路故障。且基于谐波平面电流开环控制的双三相永磁同步电机的谐波平面电流进行匝间短路诊断，能够避免闭环控制抑制谐波特征，提取到更加有效的故障特征，使得方法的鲁棒性更强。
在一个实施例中，双三相永磁同步电机运行于基于矢量空间解耦的矢量控制模式；步骤301包括：
步骤301-1、获取双三相永磁同步电机各相的采样电流。
在一个实施例中，对双三相永磁同步电机的电流进行采样，例如图1示出的逆变器目标节点的电流，无需在双三相永磁同步电机内部部署额外传感器，从而实现了非侵入式诊断，且可以节省诊断成本。
步骤301-2、对各相的采样电流进行矢量空间解耦变换，得到谐波平面电流。
矢量空间解耦变换也即将相坐标系下的各相的采样电流转换至三个正交平面下，取其中谐波平面的电流。
双三相永磁同步电机各相的采样电流可以周期性获取，周期可以根据实际情况自行确定；双三相永磁同步电机各相的采样电流也可以按需获取。设采样得到的双三相永磁同步电机各相的采样电流为ia、ib、ic、id、ie、if，则首先将相坐标系中A相轴线与变换后基波平面α轴线对齐，谐波平面电流iz1、iz2可通过如下变换求得：
其中，为矢量空间解耦变换中对应谐波平面的变换矩阵；匝间短路诊断采用谐波平面电流，谐波平面电流可通过矢量空间解耦变换矩阵中的第3行和第4行表征的谐波平面的变换矩阵得到。
在一个实施例中，步骤301通过对谐波平面电流进行快速傅里叶变换(FastFourier Transform,FFT)，得到电流频谱。
谐波平面电流包括第一电流iz1和第二电流iz2，分别对第一电流iz1和第二电流iz2进行快速傅里叶变换，得到对应于第一电流iz1的第一电流频谱和对应于第二电流iz2的第二电流频谱。步骤302中从第一电流频谱提取到基频分量幅值iz1_1，从第二电流频谱提取到基频分量幅值iz2 1。
在一个实施例中，步骤303具体包括：判断从第一电流频谱提取的第一基频分量幅值是否大于第一幅值阈值，和/或从第二电流频谱提取的第二基频分量幅值是否大于第二幅值阈值。当判断结果为是时，也即只要第一基频分量幅值和第二基频分量幅值中有一个大于对应的幅值阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路。
上述第一幅值阈值和第二幅值阈值可以相同，例如均为A型幅值阈值。
在一个实施例中，参见图4，步骤304具体包括：首先获取相坐标系中A相轴线与变换后基波平面α轴线对齐下的谐波平面电流，求得第一基频分量幅值和第二基频分量幅值，判断从第一电流频谱提取的第一基频分量幅值是否大于设定阈值(A型第一幅值阈值)以及第二电流频谱提取的第二基频分量幅值是否大于设定阈值(A型第二幅值阈值)。当判断结果为只有第一基频分量幅值大于对应的A型第一幅值阈值而第二基频分量幅值小于对应的A型第二幅值阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在A相；当判断结果为只有第二基频分量幅值大于对应的A型第二幅值阈值而第一基频分量幅值小于对应的A型第一幅值阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在F相；当判断结果为第一基频分量幅值与第二基频分量幅值皆大于对应的A型幅值阈值，则进入下一步。
获取相坐标系中B相轴线与变换后基波平面α轴线对齐下的谐波平面电流，重新求得第一基频分量幅值与第二基频分量幅值。判断第一基频分量幅值是否大于设定阈值(B型第一幅值阈值)以及第二电流频谱提取的第二基频分量幅值是否大于设定阈值(B型第二幅值阈值)。当判断结果为只有第一基频分量幅值大于对应的B型第一幅值阈值而第二基频分量幅值小于对应的B型第二幅值阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在B相；当判断结果为只有第二基频分量幅值大于对应的B型第二幅值阈值而第一基频分量幅值小于对应的B型第一幅值阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在D相；当判断结果为第一基频分量幅值与第二基频分量幅值皆大于对应的B型幅值阈值，则进入下一步。
获取相坐标系中C相轴线与变换后基波平面α轴线对齐下的谐波平面电流，重新求得第一基频分量幅值与第二基频分量幅值。判断第一基频分量幅值是否大于设定阈值(C型第一幅值阈值)以及第二电流频谱提取的第二基频分量幅值是否大于设定阈值(C型第二幅值阈值)。当判断结果为只有第一基频分量幅值大于对应的C型第一幅值阈值而第二基频分量幅值小于对应的C型第二幅值阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在C相；当判断结果为只有第二基频分量幅值大于对应的C型第二幅值阈值而第一基频分量幅值小于对应的C型第一幅值阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在E相。
其中，A型第一幅值阈值和A型第二幅值阈值为在相坐标系中对应A相轴线与变换后基波平面α轴线对齐时，双三相永磁同步电机健康状态(也即未发生故障)下的谐波平面电流的基频分量幅值乘以5；B型第一幅值阈值和B型第二幅值阈值为在相坐标系中对应B相轴线与变换后基波平面α轴线对齐时，双三相永磁同步电机健康状态(也即未发生故障)下的谐波平面电流的基频分量幅值乘以5；C型第一幅值阈值和C型第二幅值阈值为在相坐标系中对应C相轴线与变换后基波平面α轴线对齐时，双三相永磁同步电机健康状态(也即未发生故障)下的谐波平面电流的基频分量幅值乘以5。
需要说明的是，上述基频分量幅值所乘以的系数5只是举例说明，在其他实现方式中，基频分量幅值所乘以的系数还可以是其他值。
下面介绍一种确定各型第一幅值阈值和第二幅值阈值的实现方式：
设健康状态下采样得到的各相采样电流为ia0、ib0、ic0、id0、ie0、if0，则iz1_A0、iz2_A0、iz1_B0、iz2_B0、iz1_C0、iz2_C0健康可通过如下变换求得：
将iz1_A0、iz2_A0、iz1_B0、iz2_B0、iz1_C0、iz2_C0分别进行FFT并提取基频分量幅值，可得iz1_A01、iz2_A01、iz1_B01、iz2_B01、iz1_C01、iz2_C01。
iz1_A01、iz2_A01表示相坐标系中A相轴线与变换后基波平面α轴线对齐时谐波平面电流的基频分量幅值，A型第一幅值阈值和A型第二幅值阈值分别为iz1_A01×5、iz2_A01×5；iz1_B01、iz2_B01表示相坐标系中B相轴线与变换后基波平面α轴线对齐时谐波平面电流的基频分量幅值，B型第一幅值阈值和B型第二幅值阈值分别为iz1_B01×5、iz2_B01×5；iz1_C01、iz2_C01表示相坐标系中C相轴线与变换后基波平面α轴线对齐时谐波平面电流的基频分量幅值，C型第一幅值阈值和C型第二幅值阈值分别为iz1_C01×5、iz2_C01×5。
在一个实施例中，步骤303具体包括：当相坐标系中A相轴线与变换后基波平面α轴线对齐时，判断第一基频分量幅值与A型第一正常基频分量幅值的偏差是否大于第一偏差阈值，和/或第二基频分量幅值与A型第二正常基频分量幅值的偏差是否大于第二偏差阈值；其中，第一基频分量幅值从第一电流频谱提取得到，第二基频分量幅值从第二电流频谱提取得到；当判断结果为是时，确定双三相永磁同步电机发生匝间短路。
在一个实施例中，参见图4，步骤304具体包括：首先判断从第一电流频谱提取的第一基频分量幅值与A型第一正常基频分量幅值的偏差是否大于第一偏差阈值，和从第二电流频谱提取的第二基频分量幅值与A型第二正常基频分量幅值的偏差是否大于第二偏差阈值。当判断结果为只有第一基频分量幅值对应的偏差大于第一偏差阈值而第二基频分量幅值对应的偏差小于第二偏差阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在A相；当判断结果为只有第二基频分量幅值对应的偏差大于第二偏差阈值而第一基频分量幅值对应的偏差小于第一偏差阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在F相；当判断结果为第一基频分量幅值对应的偏差与第二基频分量幅值对应的偏差皆大于对应的阈值，则进入下一步，获取相坐标系中B相轴线与变换后基波平面α轴线对齐下的谐波平面电流，重新求得第一基频分量幅值与第二基频分量幅值。
判断从第一电流频谱提取的第一基频分量幅值与B型第一正常基频分量幅值的偏差是否大于第一偏差阈值，和从第二电流频谱提取的第二基频分量幅值与B型第二正常基频分量幅值的偏差是否大于第二偏差阈值。当判断结果为只有第一基频分量幅值对应的偏差大于第一偏差阈值而第二基频分量幅值对应的偏差小于第二偏差阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在B相；当判断结果为只有第二基频分量幅值对应的偏差大于第二偏差阈值而第一基频分量幅值对应的偏差小于第一偏差阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在D相；当判断结果为第一基频分量幅值对应的偏差与第二基频分量幅值对应的偏差皆大于对应的阈值，则进入下一步，获取相坐标系中C相轴线与变换后基波平面α轴线对齐下的谐波平面电流，重新求得第一基频分量幅值与第二基频分量幅值。
判断从第一电流频谱提取的第一基频分量幅值与C型第一正常基频分量幅值的偏差是否大于第一偏差阈值，和从第二电流频谱提取的第二基频分量幅值与C型第二正常基频分量幅值的偏差是否大于第二偏差阈值。当判断结果为只有第一基频分量幅值对应的偏差大于第一偏差阈值而第二基频分量幅值对应的偏差小于第二偏差阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在C相；当判断结果为只有第二基频分量幅值对应的偏差大于第二偏差阈值而第一基频分量幅值对应的偏差小于第一偏差阈值，则确定双三相永磁同步电机发生匝间短路在E相。
下面介绍一种确定各型第一正常基频分量幅值和第二正常基频分量幅值：
设健康状态下采样得到的各相采样电流为ia0、ib0、ic0、id0、ie0、if0，则iz1_A0、iz2_A0、iz1_B0、iz2_B0、iz1_C0、iz2_C0健康可通过如下变换求得：
将iz1_A0、iz2_A0、iz1_B0、iz2_B0、iz1_C0、iz2_C0分别进行FFT并提取基频分量幅值，可得iz1_A01、iz2_A01、iz1_B01、iz2_B01、iz1_C01、iz2_C01。
iz1_A01、iz2_A01分别表示A型第一正常基频分量幅值和第二正常基频分量幅值；iz1_B01、iz2_B01分别表示B型第一正常基频分量幅值和第二正常基频分量幅值；iz1_C01、iz2_C01分别表示C型第一正常基频分量幅值和第二正常基频分量幅值。
需要说明的是，上述偏差可以通过比值表征，也可以通过差值表征，本发明实施例对此不作特别限定。
下面以偏差采用比值表征为例，举个具体实例对匝间短路诊断作进一步说明。
利用Matlab/Simulink软件搭建匝间短路故障下双三相永磁同步电机仿真模型，对本发明实施例的匝间短路诊断方法进行仿真验证。设置电机E相发生匝间短路，转速500rpm，短路比为10％，等效短路电阻为0.5Ω。电机稳态运行，设定在线诊断阈值为5(第一偏差阈值和第二偏差阈值均设为5)。本发明在线诊断流程图如图4所示，具体包含以下步骤：
步骤1，预先计算得双三相永磁同步电机健康状态下谐波平面电流的基频分量幅值iz1_A01＝0.004016、iz2_A01＝0.005354、iz1_B01＝0.003276、iz2_B01＝0.005836、iz1_C01＝0.006631、iz2_C01＝0.002113；
该步骤具体实现如下：
设健康状态下采样得到的各相电流为ia0、ib0、ic0、id0、ie0、if0，则iz1_A0、iz2_A0、iz1_B0、iz2_B0、iz1_C0、iz2_C0健康可通过如下变换求得：
将iz1_A0、iz2_A0、iz1_B0、iz2_B0、iz1_C0、iz2_C0分别进行FFT并提取基频分量幅值，可得iz1_A01、iz2_A01、iz1_B01、iz2_B01、iz1_C01、iz2_C01。
步骤2，将双三相永磁同步电机运行于基于矢量空间解耦的矢量控制模式下，其z1z2谐波平面进行开环控制，令uz1＝uz2＝0；
步骤3，对双三相永磁同步电机各相电流进行实时采样；
步骤4，将α轴与A相轴线对齐，对各相电流进行矢量空间解耦变换，获得iz1、iz2；
该步骤具体实现如下：
设实时采样得到的各相电流为ia、ib、ic、id、ie、if，则iz1、iz2可通过公式(13)得到。
步骤5，对所求得iz1、iz2进行FFT，提取基频分量幅值，并除以健康状态下的iz1_A01、iz2_A01，得到kiz1＝37.5249、kiz2＝16.66791；
该步骤具体实现如下：
设对iz1、iz2进行FFT后提取到的基频分量幅值分别为iz1_1、iz2_1，则kiz1、kiz2通过下式求得：
步骤6，将步骤4中求得kiz1、kiz2分别与偏差阈值＝5进行比较。若kiz1、kiz2皆大于偏差阈值，判定电机已发生匝间短路故障；
步骤7，步骤6中已判定电机发生匝间短路故障，且kiz1、kiz2皆大于偏差阈值，则进入步骤8；
步骤8，将α轴与B相轴线对齐，对各相电流进行矢量空间解耦变换，重新获得iz1、iz2；
该步骤具体实现如下：
设实时采样得到的各相电流为ia、ib、ic、id、ie、if，则iz1、iz2可通过如下变换求得：
步骤9，对所求得iz1、iz2进行FFT，提取基频分量幅值，并除以健康状态下的iz1_B01、iz2_B01，重新得到kiz1＝46.4896、kiz2＝14.8201；
该步骤具体实现如下：
设对iz1、iz2进行FFT后提取到的基频分量幅值分别为iz1_1、iz2_1，则kiz1、kiz2通过下式重新求得：
步骤30，将步骤9中求得kiz1、kiz2分别与偏差阈值5进行比较，若kiz1、kiz2皆大于偏差阈值，进入步骤11；
步骤11，将α轴与C相轴线对齐，对各相电流进行矢量空间解耦变换，重新获得iz1、iz2；
该步骤具体实现如下：
设实时采样得到的各相电流为ia、ib、ic、id、ie、if，则iz1、iz2可通过如下变换求得：
步骤12，对所求得iz1、iz2进行FFT，提取基频分量幅值，并除以健康状态下的iz1_C01、iz2_C01，重新得到kiz1＝1.5307、kiz2＝82.7733；
该步骤具体实现如下：
设对iz1、iz2进行FFT后提取到的基频分量幅值分别为iz1_1、iz2_1，则kiz1、kiz2通过下式重新求得：
步骤13，将步骤12中求得kiz1、kiz2分别与偏差阈值5进行比较，若kiz1小于偏差阈值，即判定E相发生匝间短路故障，诊断结束。
与前述双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法实施例相对应，本发明还提供了双三相永磁同步电机的匝间短路诊断装置的实施例。
图5为本发明一示例性实施例提供的一种双三相永磁同步电机的匝间短路诊断装置的模块示意图，所述双三相永磁同步电机谐波平面电流采用开环控制，该装置包括：
获取模块51，用于获取基于谐波平面电流开环控制的双三相永磁同步电机的谐波平面电流，并确定对应于所述谐波平面电流的电流频谱；
提取模块52，用于从所述电流频谱中提取基频分量幅值；
诊断模块53，用于根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路。
可选地，所述双三相永磁同步电机运行于基于矢量空间解耦的矢量控制模式；所述获取模块，用于包括：
获取单元，用于获取所述双三相永磁同步电机各相的采样电流；
变换单元，用于对所述各相的采样电流进行矢量空间解耦变换，得到所述谐波平面电流。
可选地，所述谐波平面电流包括第一电流和第二电流；所述电流频谱包括对应于所述第一电流的第一电流频谱以及对应于所述第二电流的第二电流频谱；
所述诊断模块具体用于：
当所述双三相永磁同步电机的相坐标系的第一相与所述基波平面α轴线对齐时，判断从所述第一电流频谱提取的第一基频分量幅值是否大于第一幅值阈值，和/或从所述第二电流频谱提取的第二基频分量幅值是否大于第二幅值阈值；
当判断结果为是时，确定所述双三相永磁同步电机发生匝间短路。
可选地，所述谐波平面电流包括第一电流和第二电流；所述电流频谱包括对应于所述第一电流的第一电流频谱以及对应于所述第二电流的第二电流频谱；
所述诊断模块具体用于：
当所述双三相永磁同步电机的相坐标系的第一相与所述变换后基波平面α轴线对齐时，判断第一基频分量幅值与第一正常基频分量幅值的偏差是否大于第一偏差阈值，和/或第二基频分量幅值与第二正常基频分量幅值的偏差是否大于第二偏差阈值；其中，所述第一基频分量幅值从所述第一电流频谱提取得到，所述第二基频分量幅值从所述第二电流频谱提取得到；
当判断结果为是时，确定所述双三相永磁同步电机发生匝间短路。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。
图6为本发明一示例实施例示出的一种电子设备的结构示意图，示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性电子设备60的框图。图6显示的电子设备60仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图6所示，电子设备60可以以通用计算设备的形式表现，例如其可以为服务器设备。电子设备60的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器61、上述至少一个存储器62、连接不同***组件(包括存储器62和处理器61)的总线63。
总线63包括数据总线、地址总线和控制总线。
存储器62可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)621和/或高速缓存存储器622，还可以进一步包括只读存储器(ROM)623。
存储器62还可以包括具有一组(至少一个)程序模块624的程序工具625(或实用工具)，这样的程序模块624包括但不限于：操作***、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
处理器61通过运行存储在存储器62中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如上述任一实施例所提供的方法。
电子设备60也可以与一个或多个外部设备64(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口65进行。并且，模型生成的电子设备60还可以通过网络适配器66与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器66通过总线63与模型生成的电子设备60的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合模型生成的电子设备60使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)***、磁带驱动器以及数据备份存储***等。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述任一实施例所提供的方法。
其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
在可能的实施方式中，本发明实施例还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行实现上述任一实施例的方法。
其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，所述程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法，其特征在于，所述双三相永磁同步电机谐波平面电流采用开环控制，所述匝间短路诊断方法包括：
获取基于谐波平面电流开环控制的双三相永磁同步电机的谐波平面电流，并确定对应于所述谐波平面电流的电流频谱；
从所述电流频谱中提取基频分量幅值；
根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路。
2.根据权利要求1所述的双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法，其特征在于，所述双三相永磁同步电机运行于基于矢量空间解耦的矢量控制模式；获取所述双三相永磁同步电机的谐波平面电流，包括：
获取所述双三相永磁同步电机各相的采样电流；
对所述各相的采样电流进行矢量空间解耦变换，得到所述谐波平面电流。
3.根据权利要求2所述的双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法，其特征在于，所述谐波平面电流包括第一电流和第二电流；所述电流频谱包括对应于所述第一电流的第一电流频谱以及对应于所述第二电流的第二电流频谱；
根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路，包括：
当所述双三相永磁同步电机的相坐标系的第一相与变换后基波平面α轴线对齐时，判断从所述第一电流频谱提取的第一基频分量幅值是否大于第一幅值阈值，和/或从所述第二电流频谱提取的第二基频分量幅值是否大于第二幅值阈值；
当判断结果为是时，确定所述双三相永磁同步电机发生匝间短路。
4.根据权利要求2所述的双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法，其特征在于，所述谐波平面电流包括第一电流和第二电流；所述电流频谱包括对应于所述第一电流的第一电流频谱以及对应于所述第二电流的第二电流频谱；
根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路，包括：
当所述双三相永磁同步电机的相坐标系的第一相与变换后基波平面α轴线对齐时，判断第一基频分量幅值与第一正常基频分量幅值的偏差是否大于第一偏差阈值，和/或的第二基频分量幅值与第二正常基频分量幅值的偏差是否大于第二偏差阈值；其中，所述第一基频分量幅值从所述第一电流频谱提取得到，所述第二基频分量幅值从所述第二电流频谱提取得到；
当判断结果为是时，确定所述双三相永磁同步电机发生匝间短路。
5.一种双三相永磁同步电机的匝间短路诊断装置，其特征在于，所述双三相永磁同步电机谐波平面电流采用开环控制，所述匝间短路诊断装置包括：
获取模块，用于获取基于谐波平面电流开环控制的双三相永磁同步电机的谐波平面电流，并确定对应于所述谐波平面电流的电流频谱；
提取模块，用于从所述电流频谱中提取基频分量幅值；
诊断模块，用于根据所述基频分量幅值，判断所述双三相永磁同步电机是否发生匝间短路。
6.根据权利要求5所述的双三相永磁同步电机的匝间短路诊断装置，其特征在于，所述双三相永磁同步电机运行于基于矢量空间解耦的矢量控制模式；所述获取模块，用于包括：
获取单元，用于获取所述双三相永磁同步电机各相的采样电流；
变换单元，用于对所述各相的采样电流进行矢量空间解耦变换，得到所述谐波平面电流。
7.根据权利要求6所述的双三相永磁同步电机的匝间短路诊断装置，其特征在于，所述谐波平面电流包括第一电流和第二电流；所述电流频谱包括对应于所述第一电流的第一电流频谱以及对应于所述第二电流的第二电流频谱；
所述诊断模块具体用于：
当所述双三相永磁同步电机的相坐标系的第一相与变换后基波平面α轴线对齐时，判断从所述第一电流频谱提取的第一基频分量幅值是否大于第一幅值阈值，和/或从所述第二电流频谱提取的第二基频分量幅值是否大于第二幅值阈值；
当判断结果为是时，确定所述双三相永磁同步电机发生匝间短路。
8.根据权利要求6所述的双三相永磁同步电机的匝间短路诊断装置，其特征在于，所述谐波平面电流包括第一电流和第二电流；所述电流频谱包括对应于所述第一电流的第一电流频谱以及对应于所述第二电流的第二电流频谱；
所述诊断模块具体用于：
当所述双三相永磁同步电机的相坐标系的第一相与变换后基波平面α轴线对齐时，判断第一基频分量幅值与第一正常基频分量幅值的偏差是否大于第一偏差阈值，和/或第二基频分量幅值与第二正常基频分量幅值的偏差是否大于第二偏差阈值；其中，所述第一基频分量幅值从所述第一电流频谱提取得到，所述第二基频分量幅值从所述第二电流频谱提取得到；
当判断结果为是时，确定所述双三相永磁同步电机发生匝间短路。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并用于在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一项所述的双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的双三相永磁同步电机的匝间短路诊断方法。
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