直流电源系统充电模块故障检测方法及装置与流程

1.本发明涉及直流电源技术领域，尤其涉及直流电源系统充电模块故障检测方法及装置。


背景技术：

2.变电站直流屏内的高频整流模块是直流电源系统的重要组成部分，采用n 1冗余并联工作，长期运行，除了作为蓄电池充电电源，还担负常态负荷供电，工作状态复杂，参数要求苛刻，加之投运时间长短不一，均流方式因厂家不同，散热方式有风冷、自冷，故而整个电源系统及单体模块是否正常，是保证二次系统安全的重要保障。
3.目前高频整流模块的测试方式是测量稳压精度、稳流精度、纹波测量、均流测试等，而使用的测试仪为带载测试方式，体积笨重，接线繁琐，不利于进行快速测试。常规巡视、直流系统数据查看时无法预测高频整流模块的远期故障或性能，而进行提前维护、检修、更换，一旦发现故障只能由厂家应急处理，消缺周期内造成系统冗余不足甚至导致失压，应对这一重大隐患，急需一种在系统正常运行不停电条件下，能够快速对高频整流模块状态进行快速早期预判，快速处理，从而消除隐患，保证电力系统安全运行。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了至少解决现有技术的不足之一，提供直流电源系统充电模块故障检测方法及装置。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
6.具体的，提出直流电源系统充电模块故障检测方法，包括以下：
7.预设周期t，基于所述周期t对直流电源系统充电模块的高频整流模块的输出电压进行采样，得到与采样周期数相同的多个以时间顺序排序的输出电压数据集，
8.对输出电压数据集进行分析判断是否存在持续震荡事件，若存在则判断当前输出电压数据集存在异常风险，
9.当至少存在第一阈值以上存在异常风险的输出电压数据集时，判断所述高频整流模块存在电压异常隐患；
10.对输出电压数据集进行分析判断是否存在纹波异常事件，若存在判断所述高频整流模块存在纹波异常隐患；
11.在存在任意异常隐患时，对中心机房进行告警。
12.进一步，所述方法还包括，在进行输出电压数据集获取的过程中，对所述充电模块进行电器隔离。
13.进一步，所述方法还包括，获取所述高频整流模块的温度信息以及湿度信息，当所述温度信息处于-5℃到40摄氏度之间时判断为工作温度正常，其他情况判断为工作温度异常，当所述湿度信息处于5％rh到80％rh时判断工作湿度正常，其他情况判断为工作湿度异常，将存在异常情况对中心机房进行告警。
14.进一步，具体的，对输出电压数据集进行分析判断是否存在持续震荡事件，包括以下，
15.步骤210，定义变量i，i的初始值为3，i∈[1,n]，n为输出电压数据集a中输出电压的数量，定义初始为空集的集合b，设置初始值为0的稳定值m；
[0016]
步骤220，假定输出电压数据集a中第i个输出电压的采样时刻为t1，a中第i 1个输出电压的采样时刻为t2，计算t1到t2时刻之间的时长为t，判断a中第i 2个输出电压的采样时刻是否在t2 t的时间段内，如果是则转到步骤230，如果否则转到步骤240；
[0017]
步骤230，计算得到时间t内的稳定电压值将稳定电压值u
fix
加入到集合b中，将集合b的稳定电压值u
fix
标记为震荡位置并转到步骤250，其中，u1为a中第i个输出电压、u2为a中第i 1个输出电压、u3为a中第i 2个输出电压，i1和i2均为变量，n为t1时刻到t2 t时刻之间的时间段内所有输出电压总数，k
i2
为从t1时刻开始的第i2个时刻采集的输出电压；
[0018]
步骤240，当在t2时刻到t2 t时刻内，如果所有输出电压a1都满足第一条件，则将u1、u2和u3加入到集合b中并，将集合b的u1、u2和u3的位置标记为非震荡位置转到步骤250，
[0019]
所述第一条件：或a1≥min(u1,u2,u3) g
×
min(u1,u2,u3)；
[0020]
其中g＝|v1/v2|；
[0021]
g为震荡率比值，v1为短期电压震荡率；v2为长期电压震荡率；
[0022]
步骤250，找寻得到集合b中的各个大于max(u1,u2,u3)的输出电压的总数量为u1，集合b中的各个小于min(u1,u2,u3)的输出电压的总数量为u2，当u1小于u2时，对各个大于max(u1,u2,u3)的输出电压进行累加得到第一数值，对集合b中的各个小于min(u1,u2,u3)的所有输出电压进行累加得到第二数值，当第一数值小于或等于第二数值时,令稳定值m的值增加1，当第一数值大于第二数值时，判断此时存在持续震荡事件直接结束流程；
[0023]
步骤260，当u1大于或等于u2时，若稳定值m小于或等于q，则将集合b中的所有非震荡位置的输出电压删除并且将稳定值m的值设置为0，若稳定值m大于q，则将集合b中的所有震荡位置的输出电压删除并且将稳定值m的值设置为0；其中，q为取值范围为[2,10]的稳定阈值，人为设定；
[0024]
步骤270，当i的值小于或者等于n时，令i的值增加1并转到步骤220；当i的值大于n时，判断此时不存在持续震荡事件。
[0025]
进一步，具体的，对输出电压数据集进行分析判断是否存在纹波异常事件，包括以下，
[0026]
对所述输出电压数据集中的每一个输出电压，通过多重傅立叶滤波网络分离其交流分量，并计算得到纹波测量值，判断所述纹波测量值是否小于其对应的输出电压的第一倍数α，若是则判断纹波测量合格，若否则判断存在纹波异常事件。
[0027]
进一步，具体的，所述第一倍数为百分之0.5。
[0028]
进一步，所述方法还包括，建立第一数据库，所述第一数据库中存储有记录直流电
源系统充电模块存在异常的日志文件，每当存在新的直流电源系统充电模块时，更新数据库。
[0029]
本发明还提出直流电源系统充电模块故障检测装置，包括以下：
[0030]
采样模块，用于预设周期t，基于所述周期t对直流电源系统充电模块的高频整流模块的输出电压进行采样，得到与采样周期数相同的多个以时间顺序排序的输出电压数据集，
[0031]
持续震荡事件判断模块，用于对输出电压数据集进行分析判断是否存在持续震荡事件，若存在则判断当前输出电压数据集存在异常风险，
[0032]
电压异常隐患判断模块，用于当至少存在第一阈值以上存在异常风险的输出电压数据集时，判断所述高频整流模块存在电压异常隐患；
[0033]
纹波异常事件判断模块，用于对输出电压数据集进行分析判断是否存在纹波异常事件，若存在判断所述高频整流模块存在纹波异常隐患；
[0034]
告警模块，用于在存在任意异常隐患时，对中心机房进行告警。
[0035]
进一步，所述装置还包括，
[0036]
电器隔离模块，用于在进行输出电压数据集获取的过程中，对所述充电模块进行电器隔离。
[0037]
本发明的有益效果为：
[0038]
本发明提供的直流电源系统充电模块故障检测方法，能够对高频整流模块输出电压实时采样，分析直流输出电压稳定性、交流分量，预判高频整流模块工作的状态；本发明实现了直流屏高频整流电源故障预判的目的，防止模块带缺陷运行，给维护、检修、更换提供合理时间，减少系统失电风险；解决以往需停电才能检测模块的缺憾，在线实时检测，快速报告预判结果，不影响系统运行，安全可靠。
附图说明
[0039]
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的输出电压，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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：
[0040]
图1所示为本发明直流电源系统充电模块故障检测方法的流程图；
[0041]
图2所示为本发明直流电源系统充电模块故障检测装置在进行纹波检测时的测量示意图；
[0042]
图3所示为本发明直流电源系统充电模块故障检测装置的一个界面示意图；
[0043]
图4所示为本发明直流电源系统充电模块故障检测装置的一个界面示意图。
具体实施方式
[0044]
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。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。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。
[0045]
参照图1，实施例1，本发明提出直流电源系统充电模块故障检测方法，包括以下：
[0046]
步骤110、预设周期t，基于所述周期t对直流电源系统充电模块的高频整流模块的输出电压进行采样，得到与采样周期数相同的多个以时间顺序排序的输出电压数据集，
[0047]
步骤120、对输出电压数据集进行分析判断是否存在持续震荡事件，若存在则判断当前输出电压数据集存在异常风险，
[0048]
步骤130、当至少存在第一阈值以上存在异常风险的输出电压数据集时，判断所述高频整流模块存在电压异常隐患；
[0049]
步骤140、对输出电压数据集进行分析判断是否存在纹波异常事件，若存在判断所述高频整流模块存在纹波异常隐患；
[0050]
步骤150、在存在任意异常隐患时，对中心机房进行告警。
[0051]
作为本发明的优选实施方式，所述方法还包括，在进行输出电压数据集获取的过程中，对所述充电模块进行电器隔离。
[0052]
作为本发明的优选实施方式，所述方法还包括，获取所述高频整流模块的温度信息以及湿度信息，当所述温度信息处于-5℃到40摄氏度之间时判断为工作温度正常，其他情况判断为工作温度异常，当所述湿度信息处于5％rh到80％rh时判断工作湿度正常，其他情况判断为工作湿度异常，将存在异常情况对中心机房进行告警。
[0053]
作为本发明的优选实施方式，具体的，对输出电压数据集进行分析判断是否存在持续震荡事件，包括以下，
[0054]
步骤210，定义变量i，i的初始值为3，i∈[1,n]，n为输出电压数据集a中输出电压的数量，定义初始为空集的集合b，设置初始值为0的稳定值m；
[0055]
步骤220，假定输出电压数据集a中第i个输出电压的采样时刻为t1，a中第i 1个输出电压的采样时刻为t2，计算t1到t2时刻之间的时长为t，判断a中第i 2个输出电压的采样时刻是否在t2 t的时间段内，如果是则转到步骤230，如果否则转到步骤240；
[0056]
步骤230，计算得到时间t内的稳定电压值将稳定电压值u
fix
加入到集合b中，将集合b的稳定电压值u
fix
标记为震荡位置并转到步骤250，其中，u1为a中第i个输出电压、u2为a中第i 1个输出电压、u3为a中第i 2个输出电压，i1和i2均为变量，n为t1时刻到t2 t时刻之间的时间段内所有输出电压总数，k
i2
为从t1时刻开始的第i2个时刻采集的输出电压；
[0057]
步骤240，当在t2时刻到t2 t时刻内，如果所有输出电压a1都满足第一条件，则将u1、u2和u3加入到集合b中并，将集合b的u1、u2和u3的位置标记为非震荡位置转到步骤250，
[0058]
所述第一条件：或a1≥min(u1,u2,u3) g
×
min(u1,u2,u3)；
[0059]
其中g＝|v1/v2|；
[0060]
g为震荡率比值，v1为短期电压震荡率；v2为长期电压震荡率；
[0061]
步骤250，找寻得到集合b中的各个大于max(u1,u2,u3)的输出电压的总数量为u1，集合b中的各个小于min(u1,u2,u3)的输出电压的总数量为u2，当u1小于u2时，对各个大于
max(u1,u2,u3)的输出电压进行累加得到第一数值，对集合b中的各个小于min(u1,u2,u3)的所有输出电压进行累加得到第二数值，当第一数值小于或等于第二数值时,令稳定值m的值增加1，当第一数值大于第二数值时，判断此时存在持续震荡事件直接结束流程；
[0062]
步骤260，当u1大于或等于u2时，若稳定值m小于或等于q，则将集合b中的所有非震荡位置的输出电压删除并且将稳定值m的值设置为0，若稳定值m大于q，则将集合b中的所有震荡位置的输出电压删除并且将稳定值m的值设置为0；其中，q为取值范围为[2,10]的稳定阈值，人为设定；
[0063]
步骤270，当i的值小于或者等于n时，令i的值增加1并转到步骤220；当i的值大于n时，判断此时不存在持续震荡事件。
[0064]
作为本发明的优选实施方式，具体的，对输出电压数据集进行分析判断是否存在纹波异常事件，包括以下，
[0065]
对所述输出电压数据集中的每一个输出电压，通过多重傅立叶滤波网络分离其交流分量，并计算得到纹波测量值，判断所述纹波测量值是否小于其对应的输出电压的第一倍数α，若是则判断纹波测量合格，若否则判断存在纹波异常事件。
[0066]
纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中，叠加在直流稳定量上的交流分量。
[0067]
在高频整流模块中，纹波产生主要有以下危害：
[0068]
1、容易产生谐波，而谐波会降低电源的效率；
[0069]
2、谐波的产生会使设备运行不正常，会加速模块内部电容、变压器等器件的绝缘老化问题，
[0070]
而较强的纹波会造成浪涌电压或电流产生进而损坏电源模块；
[0071]
3、会干扰通讯线路、数字电路的逻辑关系等，影响其正常工作。
[0072]
所以要通过上述方式进行纹波异常预测，以便工作人员及时对纹波异常可能出现的情况进行排查。
[0073]
作为本发明的优选实施方式，具体的，所述第一倍数为百分之0.5。
[0074]
经过大量试验发现在交流分量占输出电压的百分之0.5以下时造成的危害极小可以忽略不计，所以本技术人将第一倍数定为百分之0.5。
[0075]
具体的，纹波测量的操作过程如下，
[0076]
1、使用前自检，检测系统装置外观是否有良好。
[0077]
2、通电，系统装置启动是否正常，电池电量是否满足测试时间需要。
[0078]
3、开机后，正确设置系统参数。
[0079]
4、使用万用表测量电源模块输出电压是否符合规定范围内、并识别正负极性。
[0080]
5、将试验线航空头一端与装置测试端口插接、拧紧，夹子一端按红正、黑负可靠夹接电源模块输出端的正负极。
[0081]
6、高频整流模块输出电压监测：装置电压表显示值为高频整流模块输出电压，试验过程中，指针应稳定不偏移。
[0082]
7、点击[自动调节]按键，系统会自动识别信号并将系统设置到最佳参数显示测量波形。
[0083]
8、在显示屏上读取有效值即为高频整流模块输出的纹波值(输出直流电压中的交
流分量)。
[0084]
测量结果：预判高频电源模块工作状态
[0085]
①
、当纹波测量值小于高频整流模块输出电压的0.5％为合格。
[0086]
②
、当纹波测量值大于高频整流模块输出电压的0.5％，则此模块需维护。
[0087]
9、点击[运行/暂停]按键，使测量波形停止，可观察波形形状。
[0088]
10、点击右下角处的[屏幕截图]或[保存波形]按键，可将屏幕或波形数据保存至内部存储空间中。
[0089]
11、点击左上角处的[功能]菜单按键，功能栏内可查看保存的截屏、波形图片。
[0090]
作为本发明的优选实施方式，所述方法还包括，建立第一数据库，所述第一数据库中存储有记录直流电源系统充电模块存在异常的日志文件，每当存在新的直流电源系统充电模块时，更新数据库。
[0091]
在本优选实施方式中，统建立数据库系统，能对多套直流屏高频整流模块建模，方便参数处理、对比，对维护提出科学、定量的数据。
[0092]
本发明还提出直流电源系统充电模块故障检测装置，包括以下：
[0093]
采样模块，用于预设周期t，基于所述周期t对直流电源系统充电模块的高频整流模块的输出电压进行采样，得到与采样周期数相同的多个以时间顺序排序的输出电压数据集，
[0094]
持续震荡事件判断模块，用于对输出电压数据集进行分析判断是否存在持续震荡事件，若存在则判断当前输出电压数据集存在异常风险，
[0095]
电压异常隐患判断模块，用于当至少存在第一阈值以上存在异常风险的输出电压数据集时，判断所述高频整流模块存在电压异常隐患；
[0096]
纹波异常事件判断模块，用于对输出电压数据集进行分析判断是否存在纹波异常事件，若存在判断所述高频整流模块存在纹波异常隐患；
[0097]
告警模块，用于在存在任意异常隐患时，对中心机房进行告警。
[0098]
作为本发明的优选实施方式，所述装置还包括，
[0099]
电器隔离模块，用于在进行输出电压数据集获取的过程中，对所述充电模块进行电器隔离。
[0100]
参照图2，在使用本装置时，需遵循如下安全指导，
[0101]
此仪表采用安全可靠的外壳设计，但是也要在操作中小心。以下的规则必须认真遵守：
[0102]
6.2.1不要将超出额定最大值的电压应用在该装置上，＜400v dc真有效值。
[0103]
6.2.2当在高压下工作时，小心使用。
[0104]
6.2.3正确连接测试线。测试线按红正(附图2左边)/黑负(附图2右边)与高频整流模块正负极连接，并且在测试过程中，
[0105]
请勿触摸裸露的接点和部件。
[0106]
6.2.4正确插拨。当测试导线与高频整流模块输出端相连接时，请勿随意插拨。
[0107]
6.2.5在不使用该装置时，关闭电源(面板开关)，断开测试线连接。
[0108]
6.2.6怀疑装置出现故障时，请勿操作。
[0109]
6.2.7保持装置表面清洁和干燥。
[0110]
参照图3、图4，对于本发明中装置的一个实施方式来说，在图中，
[0111]
1、功能菜单按键图示，点击此处会弹出功能菜单，里面有系统设置选项和保存的截屏波形图片。
[0112]
2、运行、暂停指示图标。
[0113]
3、通道1位置指示，指此块区域附近的参数为通道1的参数，点击此区域会弹出通道1控制栏。
[0114]
4、通道1的输入耦合指示图标，有dc和ac两个选项，dc表示直流耦合，ac表示交流耦合。
[0115]
5、通道1的测量倍率，分为1
×
,10
×
,100
×
三个选项。
[0116]
6、通道1的垂直灵敏度指示图标，指竖直方向一大格代表的电压。
[0117]
7、触发x位置指示箭头，指此处为触发点。
[0118]
8、系统时基，指水平方向一大格代表的时间长度，由采样速率决定，时基越大，采样速率越慢，反之越快。
[0119]
9、手动移动操作下的移动速度，[移动粗调]指快速移动，[移动微调]指慢速移动。
[0120]
10、触发指示图标，指此块区域附近的参数均为触发相关参数，点击此区域会弹出触发控制栏。
[0121]
11、触发通道，选择ch1。
[0122]
12、电池剩余电量指示图标，绿色块表示剩余电量，充电时，有充电箭头标示。
[0123]
13、主界面控制栏功能切换按键，点击此按键可以在2种按键栏之间切换。
[0124]
14、运行暂停按键，点击此按键可以在运行与暂停之间切换。
[0125]
15、一键自动调节按键，点击此按键系统会自动识别信号并将系统设置到最佳参数来显示此波形。
[0126]
16、时间光标开关按键，点击此按键可开启与关闭光标测量功能。
[0127]
17、电压光标开关按键，点击此按键可开启与关闭光标测量功能。
[0128]
18、测量参数选择功能，点击此按键会弹出参数选择栏，单击选择栏内的参数即可开启该参数的显示。
[0129]
19、一键截屏按键，点击此按键将会对整个屏幕进行截屏并自动保存到内部存储空间。
[0130]
20、一键波形保存按键，点击此按键会把通道的所有波形数据保护在内部存储空间，与19点类同。
[0131]
21、通道1垂直灵敏度增大按键，即竖直方向放大，点击此按键波形会沿着竖直方向放大，即纵向拉伸。
[0132]
22、通道1垂直灵敏度减小按键，即竖直方向缩小，点击此按键波形会沿着竖直方向缩小，即纵向缩小。
[0133]
23、50％触发按键，指将触发电压设置到波形幅度的中间位置，注意不能用于含有死区的pwm
[0134]
波形，此类波形需要将触发箭头调到波形两边位置。
[0135]
24、触发电压按键区域，按下此处并下下滑动即可调节触发电压(触发阈值)25、时基缩小按键区域，也就是波形水平方向拉伸放大，背景网格中心线的右边显示区域都为此
按键区域。
[0136]
26、时基增大按键区域，也就是波形水平方向推紧缩小，背景网格中心线的左边显示区域都为此按键区域。
[0137]
27、通道1基线位置指示箭头，也就是0v电位的位置，按下此处并上下滑动即可调节通道1的基线位置，也可以直接通过点击该波形来移动水平基线(波形上下移动)，波形的左右移动按键为整个显示区。
[0138]
28、通道1的波形图。
[0139]
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。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实施例中的方案的目的。
[0140]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
[0141]
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储的介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
[0142]
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。
[0143]
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。