一种功率管开路故障诊断方法、装置及设备

本发明属于机车逆变器开路诊断，具体涉及一种功率管开路故障诊断方法、装置及设备。

背景技术：

1、自上世纪60年代以来，半导体牵引变流技术开始在列车上得到广泛应用，变流技术成为机车先进性和可靠性的标志之一。而随着变流技术的普及，主电路器件的故障问题也逐渐凸显出来。目前，将近38％的变流系统故障是由于半导体电力电子器件故障直接或间接引起的，大部分表现为开路故障，而现有车型安装的故障诊断系统主要用于列车运行监控与记录，并没有完全实现列车的在线自诊断功能，需要以工程人员的经验为基础进行人为诊断与故障定位。因此，有必要针对机车变流系统开展在线故障诊断研究以保障行车安全，提高检修效率，降低运营成本。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种能够快速有效地对机车逆变器进行功率管开路故障诊断的功率管开路故障诊断方法、装置及设备。

2、本发明的内容包括一种功率管开路故障诊断方法，包括：

3、确定正常工况下机车逆变器输出的线电压在α-β坐标系下的第一电压轨迹图；

4、当有功率管发生开路故障时，确定所述机车逆变器的三相调制波之间的大小关系；

5、根据所述三相调制波之间的大小关系在所述第一电压轨迹图中确定特殊区域，不同的三相调制波之间的大小关系对应的特殊区域不同；

6、基于所述特殊区域计算确定所述线电压的第二电压轨迹图，所述第二电压轨迹图为第一电压轨迹图中的一部分，不同功率管在开路状态下对应的第二电压轨迹图不同；

7、基于所述第二电压轨迹图确定呈开路状态的目标功率管。

8、作为一可选实施例，所述第一电压轨迹图为圆心在所述α-β坐标系的原点，半径为第一值的圆形。

9、作为一可选实施例，所述第一电压轨迹图对应的函数关系为：

10、

11、其中，所述um为正弦波幅值，ω为调制波角频率，为相位角，uα(t)与uβ(t)分别代表机车逆变器的两个正弦波形式的线电压。

12、作为一可选实施例，所述三相调制波记为ura，urb，urc，当所述机车逆变器的上桥臂发生开路故障时，所述三相调制波之间的关系满足：

13、urc>urb>ura，对应的特殊区域为

14、urc>urb>ura，对应的特殊区域为

15、作为一可选实施例，当所述机车逆变器的下桥臂发生开路故障时，所述三相调制波之间的关系满足：

16、urc<urb<ura，对应的特殊区域为

17、urc<ura<urb，对应的特殊区域为

18、作为一可选实施例，所述基于所述特殊区域计算确定所述线电压的第二电压轨迹图，包括：

19、计算确定所述线电压在α-β坐标系下的第三电压轨迹为：

20、

21、uα(t)与uβ(t)为α-β坐标系下正弦波形式的线电压；

22、将所述α-β坐标系下的第三电压轨迹水平翻转后，再顺时针旋转60°，以计算得到所述线电压在α'-β'坐标系下的第四电压轨迹；

23、

24、基于所述第四电压轨迹计算确定位于所述特殊区域中线电压的第二电压轨迹图。

25、作为一可选实施例，所述基于所述第四电压轨迹计算确定位于所述特殊区域中线电压的第二电压轨迹图，包括：

26、基于所述第四电压轨迹计算确定位于所述特殊区域中线电压的第四电压轨迹图为α'-β'坐标系中α'轴上的第一线段；

27、将所述线段转换到α-β坐标系下得到对应的第二线段，所述第二线段为特殊区域下线电压的第二电压轨迹，所述第二电压轨迹为在所述α-β坐标系下经过原点且斜率为或的线段；

28、基于所述第二电压轨迹及对应的特殊区域在所述第一电压轨迹图中划分得到对应的所述第二电压轨迹图。

29、作为一可选实施例，当得到的所述第二电压轨迹图至少为两个时，表征包括至少两个不同的所述目标功率管，至少两个不同的所述目标功率管开路故障时的电压轨迹为各个所述目标功率管的第二电压轨迹的交集。

30、本发明另一实施例同时提供一种功率管开路故障诊断装置，包括：

31、第一确定模块，用于确定正常工况下机车逆变器输出的线电压在α-β坐标系下的第一电压轨迹图；

32、第二确定模块，用于在有功率管发生开路故障时，确定所述机车逆变器的三相调制波之间的大小关系；

33、第三确定模块，用于根据所述三相调制波之间的大小关系在所述第一电压轨迹图中确定特殊区域，不同的三相调制波之间的大小关系对应的特殊区域不同；

34、计算模块，用于根据所述特殊区域计算确定所述线电压的第二电压轨迹图，所述第二电压轨迹图为第一电压轨迹图中的一部分，不同功率管在开路状态下对应的第二电压轨迹图不同；

35、第四确定模块，用于根据所述第二电压轨迹图确定呈开路状态的目标功率管。

36、本发明另一实施例同时提供一种电子设备，包括：

37、至少一个处理器；以及，

38、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

39、其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行如上文中任一项所述的功率管开路故障诊断方法。

40、本发明的有益效果在于提出的方法考虑到机车上已经固化的装备，因此只需要利用机车逆变器中已有的两个电压传感器确定机车逆变器的线电压轨迹即可对单个功率管以及两个功率管的开路故障进行诊断与定位，不需要对机车装备进行改装以获取系统控制信号或额外诊断变量。同时，本申请的方法采用输出线电压的轨迹图为诊断变量，基本不受负载变化影响，在空载和轻载时本申请的诊断方法仍然有效。

41、本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

42、下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种功率管开路故障诊断方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的功率管开路故障诊断方法，其特征在于，所述第一电压轨迹图为圆心在所述α-β坐标系的原点，半径为第一值的圆形。

3.根据权利要求2所述的功率管开路故障诊断方法，其特征在于，所述第一电压轨迹图对应的函数关系为：

4.根据权利要求1所述的功率管开路故障诊断方法，其特征在于，所述三相调制波记为ura，urb，urc，当所述机车逆变器的上桥臂发生开路故障时，所述三相调制波之间的关系满足：

5.根据权利要求4所述的功率管开路故障诊断方法，其特征在于，当所述机车逆变器的下桥臂发生开路故障时，所述三相调制波之间的关系满足：

6.根据权利要求1所述的功率管开路故障诊断方法，其特征在于，所述基于所述特殊区域计算确定所述线电压的第二电压轨迹图，包括：

7.根据权利要求6所述的功率管开路故障诊断方法，其特征在于，所述基于所述第四电压轨迹计算确定位于所述特殊区域中线电压的第二电压轨迹图，包括：

8.根据权利要求1所述的功率管开路故障诊断方法，其特征在于，当得到的所述第二电压轨迹图至少为两个时，表征包括至少两个不同的所述目标功率管，至少两个不同的所述目标功率管开路故障时的电压轨迹为各个所述目标功率管的第二电压轨迹的交集。

9.一种功率管开路故障诊断装置，其特征在于，包括：

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

技术总结本发明提供一种功率管开路故障诊断方法、装置及设备，所述方法包括：确定正常工况下机车逆变器输出的线电压在α‑β坐标系下的第一电压轨迹图；当有功率管发生开路故障时，确定机车逆变器的三相调制波之间的大小关系；根据三相调制波之间的大小关系在第一电压轨迹图中确定特殊区域，不同的三相调制波之间的大小关系对应的特殊区域不同；基于特殊区域计算确定线电压的第二电压轨迹图，所述第二电压轨迹图为第一电压轨迹图中的一部分，不同功率管在开路状态下对应的第二电压轨迹图不同；基于第二电压轨迹图确定呈开路状态的目标功率管。本发明的功率管开路故障诊断方法、装置及设备能够快速有效地对机车逆变器进行功率管开路故障诊断。技术研发人员：伍珣,李凯迪,谭新念,庄鹏民受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2