充电桩系统输出并联DAB变换器开路故障检测方法与流程

本发明涉及充电桩系领域，尤其涉及一种充电桩系统输出并联dab变换器开路故障检测方法。

背景技术：

1、输出并联的双有源桥dc/dc变换器(dual adab)电路拓扑结构具有可集成性强，变压器制作简单，能够实现高电压输出的特点，从而广泛用于车用电力电子变压器、充电桩系统等。目前针对充电桩输出并联dab变换器控制方法研究较多，对于其故障研究较少。

2、现有针对输出并联dab变换器的故障诊断技术有基于信号处理和基于知识的方法。

3、基于信号处理的方法是一种针对系统传感器测得的电压或电流信号的平均值、频率、谐波含量、幅值大小等信息进行分析并提取故障特征，从而实现故障诊断目的的方法。基于电流信号处理的故障诊断算法无需额外的传感器，但易受负载影响，在闭环控制系统中可靠性会受到影响。基于电压信号处理的故障诊断算法独立于负载及控制算法，诊断快速，可靠性相对较高，但同时需要加装电压传感器或设计硬件检测电路。

4、基于知识的故障诊断算法不需要建立系统动态数学模型，也不需要电压传感器或其他硬件电路。常见的方法有神经网络、专家系统、支持向量机等。基于知识的故障诊断算法不需要获得系统精确模型，在复杂系统的应用上具有一定优势，但所需数据样本及计算量大，诊断时间较长。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种充电桩系统输出并联dab变换器开路故障检测方法。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种充电桩系统输出并联dab变换器开路故障检测方法，该方法包括：

3、通过电感电流估计器获取dab变换器的电流残差；

4、对所述电流残差进行归一化，得到第一归一化结果；

5、基于所述第一归一化结果，判断dab变换器是否故障；

6、若判断为dab变换器故障，基于平均功率状态估计器，得到平均功率残差；

7、对所述平均功率残差进行归一化，得到第二归一化结果；

8、基于所述第二归一化结果，进行故障侧判断；

9、基于故障侧判断的结果，进一步得到dab变换器中的故障管的定位信息。

10、进一步的，上述方法中，第n个dab变换器包括：

11、输入电压uinn；第n个dab变换器中的开关管；二极管vdn1～vdn8；模块储能电感ln，包含变压器漏感；输出滤波电容con；等效负载load，包括牵引逆变器及电机，负载性质为感性；输入电流iinn；电感电流模块输出电流in；模块提供的负载电流ion；原副边h桥输出的高频电压uabn及ucdn；uo为输出电压；k为变压器变比；其中，

12、开关管vtn1和二极管vdn1反向并联组成功率开关器件，开关管vtn1，vtn2，vdn2至vtn8，vtn8均反向并联组成功率开关器件；

13、开关管vtn1和开关管vtn2串联构成原边h桥其中一个桥臂，开关管vtn3和开关管vtn4串联构成原边h桥另一桥臂，两桥臂为并联连接方式；直流电压源uinn与h桥连接，提供直流电压输入；变压器通过h桥桥臂中点an,bn两点与h桥相连接；电感ln位于变压器与h桥连接点an中间，rn为电感及变压器绕组等效内阻,与电感ln串联；电感ln与h桥和变压器原边相连接；每个dab变换器的电路为变压器副边连接与原边连接方式为对称结构；变压器通过次级侧h桥中点cn,dn与开关管vtn5,vtn6,vtn7,vtn8构成的h桥相连接；con为输出滤波电容，与副边h桥为并联连接；load为负载，与多个dab变换器并联连接。

14、进一步的，上述方法中，通过电感电流估计器获取dab变换器的电流残差中，

15、根据输出并联dab中任意dab变换器x的动态数学模型，可得电感电流的动态数学模型为：

16、

17、式中，为模块x的电感电流、rx为dab变换器x的电感及变压器绕组等效内阻、uinx为dab变换器x的输入电压、uo为dab变换器x的输出电压、lx为dab变换器x的电感值、k为dab变换器x的变压器变比；δ1x、δ2x为辅助变量，表示控制器发出的开关信号及描述电感电流方向的逻辑变量；

18、构建电感电流状态估计器为：

19、

20、式中，为电感电流估计器得到的电流估计值。

21、进一步的，上述方法中，通过电感电流估计器获取dab变换器的电流残差中，

22、电感电流残差表达式为：

23、

24、其中，定义变量由系统实际运行过程中任意模块x中高频变压器原边h桥的有效开关信号及描述电感电流方向的逻辑变量所组成，由系统实际运行过程中任意dab变换器x中高频变压器副边h桥的有效开关信号及描述电感电流方向的逻辑变量所组成；

25、当无故障发生时，对任意dab模块x，存在状态估计器输出的电感电流估计值能够复现实际值，此时电流残差当模块x中的igbt发生开路故障时，若故障发生在原边h桥，则有若故障发生在副边h桥，则有因此，残差表达式写为：

26、

27、进一步的，上述方法中，对所述电流残差进行归一化，得到第一归一化结果，包括：

28、归一化电感电流残差描述为：

29、

30、进一步的，上述方法中，基于所述第一归一化结果，判断dab变换器是否故障，包括：

31、若归一化的电感电流残差的绝对值，持续大于阈值di一个开关周期，则认定检测到了dab变换器故障。

32、进一步的，上述方法中，基于平均功率状态估计器，得到平均功率残差中，副边h桥输出的平均功率估计器为：

33、

34、式中，td为开关周期初始时刻，为任意模块x中副边h桥输出的平均功率估计值；得到实际输出的平均功率为：

35、

36、式中，为副边h桥实际输出的平均功率；进而推导得到任意模块x中副边h桥输出的平均功率残差为：

37、

38、进一步的，上述方法中，对所述平均功率残差进行归一化，得到第二归一化结果中，

39、对进行归一化处理，归一化的输出平均功率残差表示为：

40、

41、进一步的，上述方法中，基于所述第二归一化结果，进行故障侧判断，包括：

42、若认为故障发生在dab变换器的副边h桥，否则认为故障发生在dab变换器的原边h桥，其中，dp为设定阈值。

43、进一步的，上述方法中，基于故障侧判断的结果，进一步得到dab变换器中的故障管的定位信息，包括：

44、在检测出某dab模块发生故障并定位至原边h桥后，

45、若此时由控制器向该dab模块发出驱动信号(1 0 1 0 0 1 1 0)，当vtx1管故障时，控制器输入到状态估计器中的开关信号为(1 0 1 0 0 1 1 0)，而dab模块实际运行时的等效开关信号为(0 0 1 0 0 1 1 0)，因此，电感电流估计值不能跟踪实际值，归一化残差幅值将增大；当vtx4管故障时，控制器输入到状态估计器中的开关信号与dab模块实际运行时的等效开关信号均为(1 0 1 0 0 1 1 0)，因此，电感电流估计值将收敛于实际值，归一化残差幅值将逐渐减小；

46、若此时由控制器向该dab模块发出驱动信号(1 0 1 0 1 0 0 1)，当vtx2管故障时，控制器输入到状态估计器中的开关信号与dab模块实际运行时的等效开关信号均为(1 0 1 0 1 0 0 1)，因此，电感电流估计值将收敛于实际值，归一化残差幅值将逐渐减小；当vtx3管故障时，控制器输入到状态估计器中的开关信号为(1 0 1 0 1 0 0 1)，而dab模块实际运行时的等效开关信号为(1 0 0 0 1 0 0 1)，因此，电感电流估计值不能跟踪实际值，归一化残差幅值将增大。

47、与现有技术相比，本发明旨在针对输出并联dab变换器中功率器件的开路故障诊断方法进行研究，实现快速检测功率器件的开路故障，提高系统的可靠性，保障充电桩的安全运行。

48、本发明所采用基于模型的故障诊断方法，通过建立系统动态数学模型，在实际运行过程中将模型输出值与可测量信号进行比较，对残差进行评估，从而实现故障诊断。相较于基于知识的故障诊断方法，不需要大量的数据样本，计算负载较小；相较于基于信号的故障诊断方法，不需要额外加装硬件。本发明所提出基于模型的输出并联dab变换器开路故障诊断算法具有诊断速度较快、容易实现、独立于负载等优点，能够实现充电桩系统dab变换器开路故障的快速诊断。