逆变电源的输出缺相诊断方法和装置与流程

1.本发明涉及轨道交通辅助供电技术领域，尤其涉及一种逆变电源的输出缺相诊断方法和装置。


背景技术：

2.辅助逆变电源是轨道车辆的关键设备之一，为高速动车组和城轨车辆上众多系统的供电：建立三相交流供电系统，为车上负载提供高品质交流电能。
3.辅助逆变电源组成包括：前级输入电路(包括预充电电路，直流滤波电路)、逆变器、变压器、滤波器(星型或三角滤波电容器组)、交流电压传感器、交流电流传感器、直流电压传感器、输出控制电路，参见图1。前级输入电路控制直流输入，建立逆变器直流电压，向逆变器提供功率；逆变器实现电能直流交流变换；变压器实现隔离和电能变换；滤波器单元用于对工频交流电流进行滤波；输出接触器用于控制三相交流电输出给外部负载。交流电压传感器、交流电流传感器和直流电压传感器实现电能信号变换。其中，变压器为降压变压器，系统设计中一般将电流传感器放置于变压器一次侧，即逆变器和变压器中间位置。
4.辅助逆变电源的运行状态直接关系到车辆运行安全和乘客舒适度。辅助逆变电源的负载主要为三相负载，当出现输出缺相故障时，可能导致某些负载工作异常甚至烧毁。准确诊断辅助逆变电源输出缺相有助于保护列车设备，提高安全性。但是，现有输出缺相故障直接诊断技术根据机组输出电流进行识别诊断，需要在辅助逆变电源输出端安装电流传感器，导致系统成本增加。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的问题，本发明提供一种逆变电源的输出缺相诊断方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.第一方面，提供一种逆变电源的输出缺相诊断方法，包括：
8.根据变压器一次侧三相电流重构变压器二次侧输出电流；
9.根据输出三相线电压的波形和电容值得到等效的滤波电容基波相电流；
10.根据所述变压器二次侧输出电流以及所述等效的滤波电容基波相电流得到所述逆变电源的输出电流瞬时值以及预设时间窗口内的输出电流有效值；
11.根据所述输出电流瞬时值和所述输出电流有效值进行输出缺相诊断。
12.进一步地，所述根据所述输出电流瞬时值和所述输出电流有效值进行输出缺相诊断，包括：
13.判断是否存在任意一相输出电流有效值大于第一预设限值且持续时间达到第一预设时间，并且是否存在输出瞬时值任意两相电流之和小于第二预设限值且持续时间达到第二预设时间；
14.如果是，则诊断为输出缺相。
15.进一步地，所述根据所述变压器二次侧输出电流以及所述等效的滤波电容基波相电流得到所述逆变电源的输出电流瞬时值以及预设时间窗口内的输出电流有效值，包括：
16.合成所述变压器二次侧输出电流以及所述等效的滤波电容基波相电流得到所述逆变电源的输出电流瞬时值；
17.根据预设时间窗口内的输出电流瞬时值得到所述预设时间窗口内的输出电流有效值。
18.进一步地，所述变压器连接组别dy5；
19.所述根据变压器一次侧三相电流重构变压器二次侧输出电流，采用以下公式实现：
[0020][0021]
其中，所述i
1a
、i
1b
、i
1c
为变压器一次侧输入相电流，i
2a
、i
2a
、i
2a
分别为变压器二次侧输出相电流；k为变压器变比。
[0022]
进一步地，滤波器由y接电容组构成；
[0023]
所述根据输出三相线电压的波形和电容值得到等效的滤波电容基波相电流，采用以下公式实现：
[0024][0025][0026][0027]
其中，w为角频率，c为滤波器容值，u
ox
(x＝ab,bc,ca)表示三相线电压。
[0028]
第二方面，提供一种逆变电源的输出缺相诊断装置，包括：
[0029]
变压器二次侧电流重构模块，根据变压器一次侧三相电流重构变压器二次侧输出电流；
[0030]
电容基波电流重构模块，根据输出三相线电压的波形和电容值得到等效的滤波电容基波相电流；
[0031]
电流计算模块，根据所述变压器二次侧输出电流以及所述等效的滤波电容基波相电流得到所述逆变电源的输出电流瞬时值以及预设时间窗口内的输出电流有效值；
[0032]
缺相状态识别模块，根据所述输出电流瞬时值和所述输出电流有效值进行输出缺相诊断。
[0033]
进一步地，所述缺相状态识别模块包括：
[0034]
判断单元，判断是否存在任意一相输出电流有效值大于第一预设限值且持续时间达到第一预设时间，并且是否存在输出瞬时值任意两相电流之和小于第二预设限值且持续时间达到第二预设时间；
[0035]
输出缺相判断单元，如果是，则诊断为输出缺相。
[0036]
进一步地，所述电流计算模块包括：
[0037]
电流合成单元，合成所述变压器二次侧输出电流以及所述等效的滤波电容基波相电流得到所述逆变电源的输出电流瞬时值；
[0038]
有效值计算单元，根据预设时间窗口内的输出电流瞬时值得到所述预设时间窗口内的输出电流有效值。
[0039]
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可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的逆变电源的输出缺相诊断方法的步骤。
[0040]
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，该计算机程序被处理器执行时实现上述的逆变电源的输出缺相诊断方法的步骤。
[0041]
本发明提供的逆变电源的输出缺相诊断方法和装置，该方法包括：根据变压器一次侧三相电流重构变压器二次侧输出电流；根据输出三相线电压的波形和电容值得到等效的滤波电容基波相电流；根据所述变压器二次侧输出电流以及所述等效的滤波电容基波相电流得到所述逆变电源的输出电流瞬时值以及预设时间窗口内的输出电流有效值；根据所述输出电流瞬时值和所述输出电流有效值进行输出缺相诊断，不需要在辅助逆变电源输出端安装电流传感器，在不增加硬件的情况下实现辅助逆变电源输出缺相的诊断，节约成本，提高输出缺相诊断的准确性和快速响应，加强了对辅助逆变电源负载和自身的保护，提高列车设备的运行安全性。
[0042]
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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。在附图中：
[0044]
图1为辅助逆变电源结构图；
[0045]
图2为本发明实施例中的辅助逆变电源的硬件组成示意图；
[0046]
图3是本发明实施例中的逆变电源的输出缺相诊断方法的流程示意图；
[0047]
图4示出了本发明实施例中的缺相诊断逻辑；
[0048]
图5示出了本发明实施例中的步骤s300的具体步骤；
[0049]
图6示出了本发明实施例中的dy5变压器等效电路图；
[0050]
图7示出了本发明实施例中的电容电压相量图；
[0051]
图8是本发明实施例中的逆变电源的输出缺相诊断装置的结构框图；
[0052]
图9为本发明实施例电子设备的结构图。
具体实施方式
[0053]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的
附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
[0054]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0055]
需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0056]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术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技术。
[0057]
现有输出缺相故障直接诊断技术根据机组输出电流进行识别诊断，需要在辅助逆变电源输出端安装电流传感器，导致系统成本增加。
[0058]
本发明实施例提供一种逆变电源的输出缺相诊断方法，通过模拟量采集变压器一次侧电流和输出交流线电压，对辅助逆变电源输出电流进行间接估算，得到辅助逆变电源输出电流的重构值，根据缺相判据对辅助逆变电源输出缺相状态进行识别。
[0059]
图2为本发明实施例中的辅助逆变电源的硬件组成示意图；如图2所示，该直流输入为直流电源，为逆变器提供电能；前级输入实现逆变器直流侧电容预充电。逆变器实现交流电和直流电能的变换。滤波器可由y接电容组构成，保证输出高质量的电压和电流波形。输出电路可为输出接触器，控制辅助逆变电源输出。变压器的连接组别可为dy5，变比k＝2.67，实现电能变换和隔离。
[0060]
电压采集用于采集对应位置的电压，电流采集用于采集对应位置的电流。
[0061]
图3是本发明实施例中的逆变电源的输出缺相诊断方法的流程示意图，该逆变电源的输出缺相诊断方法通过软件编程在辅助逆变电源中的控制器上实施，通过变压器一次侧三相电流i
1x
(x＝a,b,c)和输出三相线电压u
ox
(x＝ab,bc,ca)识别输出辅助逆变电源的输出缺相状态；如图3所示，该逆变电源的输出缺相诊断方法可以包括以下内容：
[0062]
步骤s100：根据变压器一次侧三相电流重构变压器二次侧输出电流；
[0063]
值得说明的是，在重构变压器二次侧输出电流时，会基于变压器的联结组别和电路模型。
[0064]
其中，采用电流传感器采集变压器一次侧三相电流i
1x
(x＝a,b,c)。本发明所涉及到的三相变压器不针对某种特定的联结组别，可以是dy5，dy11等任何组别。
[0065]
步骤s200：根据输出三相线电压的波形和电容值得到等效的滤波电容基波相电流；
[0066]
值得说明的是，在计算等效的滤波电容基波相电流时，基于滤波电容器连接方式及电压和电流的空间相量关系。
[0067]
其中，采用电压传感器采集输出三相线电压u
ox
(x＝ab,bc,ca)。
[0068]
步骤s300：根据所述变压器二次侧输出电流以及所述等效的滤波电容基波相电流得到所述逆变电源的输出电流瞬时值以及预设时间窗口内的输出电流有效值；
[0069]
其中，根据基尔霍夫电流定律合成辅助逆变电源的输出电流瞬时值。
[0070]
步骤s400：根据所述输出电流瞬时值和所述输出电流有效值进行输出缺相诊断。
[0071]
通过采用上述技术方案，不需要在辅助逆变电源输出端安装电流传感器，在不增加硬件的情况下实现辅助逆变电源输出缺相的诊断，节约成本，提高输出缺相诊断的准确性和快速响应，加强了对辅助逆变电源负载和自身的保护，提高列车设备的运行安全性。
[0072]
在一个可选的实施例中，参见图4，对辅助逆变电源重构输出电流有效值进行持续监测，是否满足判据1：任意一相输出电流有效值大于一定的限值a且持续一定的时间t1。是否满足判据2：输出瞬时值任意两相电流之和小于一定的限值b且持续一定的时间t2。若都满足判据，则识别到输出缺相。
[0073]
在一个可选的实施例中，参见图5，该步骤s300可以包括以下内容：
[0074]
步骤s310：合成所述变压器二次侧输出电流以及所述等效的滤波电容基波相电流得到所述逆变电源的输出电流瞬时值；
[0075]
步骤s320：根据预设时间窗口内的输出电流瞬时值得到所述预设时间窗口内的输出电流有效值。
[0076]
为了使本领域技术人员更好地理解本技术，结合图2所示架构，对本发明实施例提供的逆变电源的输出缺相诊断方法进行说明：
[0077]
步骤1：通过电压电流传感器，辅助逆变电源控制器采集变压器一次侧三相电流i
1x
(x＝a,b,c)和输出线电压u
ox
(x＝ab,bc,ca)。
[0078]
步骤2：根据变压器的组别和电气关系对变压器二次侧电流进行重构，得到变压器二次侧输出电流i
2x
(x＝a,b,c)。本实施例采用变压器组别dy5，变比k为2.67，等效电路见图6。
[0079]
变压器一次侧线电流与相电流关系为：
[0080][0081]
变压器二次侧电流：
[0082]
i
a
i
b
i
c
＝0
ꢀꢀ
(2)
[0083]
变压器一二次侧绕组之间电流关系：
[0084][0085]
变压器电压比为k＝2.67，变压器子组别：dy5，
[0086]
计算可得绕组匝数比，
[0087]
基于上述公式可得：
[0088][0089]
即重构出变压器二次侧电流i
2x
(x＝a,b,c):
[0090][0091]
i
1a
、i
1b
、i
1c
为变压器一次侧输入相电流，i
2a
、i
2a
、i
2a
分别为变压器二次侧输出相电流。
[0092]
步骤3：电压传感器采集到线电压为对应滤波器电容的线电压，根据滤波电容器连接方式及电压和电流的空间相量关系，重构得到滤波器电容的相电流i
3x
(x＝a,b,c)。
[0093]
根据电路特性滤波器相电压u
3a
滞后线电压u
oab 30度,相电流i
3a
超前u
3a
90度,即在线电压u
obc
的反方向,见图7，得到a相电容电流
[0094][0095]
同理得到b相和c相电流：
[0096][0097][0098]
式(6)、(7)、(8)中w为角频率，c为滤波器容值。
[0099]
步骤4：基尔霍夫电流定律，重构得到辅助逆变电源的输出电流瞬时值为变压
[0100]
器二次侧输出电流减去电容电流即：
[0101]
i
ox
＝i
2x
‑
i
3x
,(x＝a,b,c)
ꢀꢀ
(9)
[0102]
步骤5：计算得到输出电流有效值i
ormsx
(x＝a,b,c)。
[0103]
步骤6：根据重构出的辅助逆变电源输出瞬时电流i
ox
(x＝a,b,c)和有效值电流i
ormsx
(x＝a,b,c)。对辅助逆变电源重构输出电流有效值进行持续监测，是否满足判据1：任意一相输出电流有效值大于一定的限值a持续时间t1。是否满足判据2：输出瞬时值任意两相电流之和小于于限值b持续时间t2。若都满足判据，则识别到输出缺相。
[0104]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种逆变电源的输出缺相诊断装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于逆变电源的输出缺相诊断装置解决问题的原理与上述方法相似，因此逆变电源的输出缺相诊断装置的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但
是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
[0105]
图8是本发明实施例中的逆变电源的输出缺相诊断装置的结构框图。如图8所示，该逆变电源的输出缺相诊断装置具体包括：变压器二次侧输出电流重构模块10、滤波电容基波相电流重构模块20、电流计算模块30以及输出缺相诊断模块40。
[0106]
变压器二次侧输出电流重构模块10基于变压器的联结组别和电路模型，根据变压器一次侧三相电流重构变压器二次侧输出电流；
[0107]
滤波电容基波相电流重构模块20基于滤波电容器连接方式及电压和电流的空间相量关系，根据输出三相线电压的波形和电容值得到等效的滤波电容基波相电流；
[0108]
电流计算模块30根据所述变压器二次侧输出电流以及所述等效的滤波电容基波相电流得到所述逆变电源的输出电流瞬时值以及预设时间窗口内的输出电流有效值；
[0109]
输出缺相诊断模块40根据所述输出电流瞬时值和所述输出电流有效值进行输出缺相诊断。
[0110]
通过采用上述技术方案，不需要在辅助逆变电源输出端安装电流传感器，在不增加硬件的情况下实现辅助逆变电源输出缺相的诊断，节约成本，提高输出缺相诊断的准确性和快速响应，加强了对辅助逆变电源负载和自身的保护，提高列车设备的运行安全性。
[0111]
在一个可选的实施例中，输出缺相诊断模块包括：第一判断单元、第二判断单元以及输出缺相判断单元。
[0112]
第一判断单元，判断是否存在任意一相输出电流有效值大于第一预设限值且持续时间达到第一预设时间；
[0113]
第二判断单元，判断是否存在输出瞬时值任意两相电流之和小于第二预设限值且持续时间达到第二预设时间；
[0114]
输出缺相判断单元，若两者均为是，则诊断为输出缺相。
[0115]
在一个可选的实施例中，所述电流计算模块包括：电流合成单元以及有效值计算单元。
[0116]
电流合成单元，合成所述变压器二次侧输出电流以及所述等效的滤波电容基波相电流得到所述逆变电源的输出电流瞬时值；
[0117]
有效值计算单元，根据预设时间窗口内的输出电流瞬时值得到所述预设时间窗口内的输出电流有效值。
[0118]
上述实施例阐明的装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为电子设备，具体的，电子设备例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
[0119]
在一个典型的实例中电子设备具体包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的逆变电源的输出缺相诊断方法。
[0120]
下面参考图9，其示出了适于用来实现本技术实施例的电子设备600的结构示意图。
[0121]
如图9所示，电子设备600包括中央处理单元(cpu)601，其可以根据存储在只读存
储器(rom)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(ram))603中的程序而执行各种适当的工作和处理。在ram603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。cpu601、rom602、以及ram603通过总线604彼此相连。输入/输出(i/o)接口605也连接至总线604。
[0122]
以下部件连接至i/o接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；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607；包括硬盘等的存储部分608；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609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至i/o接口606。可拆卸介质611，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610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装如存储部分608。
[0123]
特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现下述上述的逆变电源的输出缺相诊断方法的步骤。
[0124]
在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。
[0125]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd
‑
rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0126]
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本技术时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
[0127]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0128]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0129]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0130]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0131]
本领域技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0132]
本技术可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本技术，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
[0133]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0134]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。