本發(fā)明屬于直流充電樁故障診斷領(lǐng)域，涉及一種直流充電樁三相六開關(guān)管vienna整流器開路故障診斷方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，電動汽車市場快速擴(kuò)大，充電設(shè)施的建設(shè)也在加速推進(jìn)。2023年，全國公共充電樁保有量已達(dá)262.6萬臺，其中直流充電樁為114萬臺，同比增加114％。直流充電樁工作不同海拔的高溫、高濕等復(fù)雜環(huán)境，長期在高電壓、大電流、復(fù)雜電氣噪聲等工況運(yùn)行，造成充電樁內(nèi)各部件機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能加速降低，嚴(yán)重出現(xiàn)突發(fā)停機(jī)故障。其中，開關(guān)管(一般指igbt和mosfet)是直流充電樁功率變換器中電能轉(zhuǎn)換關(guān)鍵部件，易發(fā)生短路故障和開路故障。統(tǒng)計表明在功率變換器中將近34％的故障率是開關(guān)管失效造成的。短路故障會產(chǎn)生易檢測的瞬時過電流，通常由熔斷器將其轉(zhuǎn)變?yōu)殚_路故障。開路故障發(fā)生時不易被發(fā)現(xiàn)，特別是發(fā)生單個或兩個開關(guān)管開路故障時，不會產(chǎn)生瞬間過電流或欠電壓，具有強(qiáng)隱匿特點，但長期開路故障運(yùn)行下會造成其他無故障開關(guān)管失效。

2、當(dāng)前，主流直流充電樁功率變換器主要包括前級ac/dc整流器與后級dc/dc變換器。其中，由于vienna整流器具有成本低、轉(zhuǎn)換效率高、高功率因數(shù)等優(yōu)勢，常應(yīng)用于前級ac/dc變換器。根據(jù)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，vienna整流器分為三相三開關(guān)管和三相六開關(guān)管兩種類型。對于vienna整流管的開路故障診斷，目前的診斷方法多是針對單個開關(guān)管結(jié)構(gòu)的三相三開關(guān)管vienna整流器，無法實現(xiàn)對三相六開關(guān)管vienna整流器中兩個開關(guān)管同時開路的故障診斷。此外，對于故障特征量的提取，目前的診斷方法多是針對vienna整流器電壓和電流的時域故障數(shù)據(jù)提取特征量，然而在三相六開關(guān)管vienna整流器中，當(dāng)兩個開關(guān)管同時出現(xiàn)故障時，其時域波形變化復(fù)雜，難以提取到有效的開路故障特征量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種直流充電樁三相六開關(guān)管vienna整流器開路故障診斷方法，基于vienna整流器交流側(cè)三相電流和直流側(cè)電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用基于rbf的vienna整流器故障診斷模型，實現(xiàn)對直流充電樁vienna整流器開路故障診斷，降低直流充電樁故障檢修時間和運(yùn)維費用。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種直流充電樁vienna整流器開路故障診斷方法，其包括：

4、s1、實時采集vienna整流器的交流側(cè)三相電流與直流側(cè)電壓數(shù)據(jù)；

5、s2、利用快速傅里葉變換(fast?fourier?transform，fft)從采集的數(shù)據(jù)中提取交流側(cè)三相電流與直流側(cè)電壓頻域信息，進(jìn)而獲得歸一化開路故障特征量；

6、s3、訓(xùn)練基于徑向基(radial?basis?function，rbf)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直流充電樁vienna整流器開路故障診斷模型；

7、s4、將歸一化開路故障特征量輸入訓(xùn)練好的直流充電樁vienna整流器開路故障診斷模型，獲得vienna整流器的開路故障診斷結(jié)果。

8、進(jìn)一步的，所述vienna整流器的開路故障類型包括單管開路故障、雙管同相開路故障、雙管非同相同組開路故障以及雙管非同相不同組開路故障。

9、進(jìn)一步的，步驟s1中，采用電流傳感器與電壓傳感器，分別按采樣頻率f實時采集t(t＞1)個周期vienna整流器交流側(cè)三相電流和直流側(cè)電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中，t個周期的交流側(cè)三相電流數(shù)據(jù)為im(0)、im(1)、im(2)、…、im(n-1)，m＝a,b,c，m表示電流的相；t個周期的直流側(cè)電壓數(shù)據(jù)v(0)、v(1)、v(2)、…、v(n-1)，

10、進(jìn)一步的，步驟s2中，利用fft提取監(jiān)測數(shù)據(jù)的頻域信息并計算開路故障特征量，其中開路故障特征量包括：基于交流側(cè)三相電流的故障特征量和基于直流側(cè)電壓的故障特征量。

11、計算基于交流側(cè)三相電流的故障特征量：利用fft從交流側(cè)三相電流數(shù)據(jù)中提取頻域信息：

12、

13、式中，im[ω]表示電流頻域信息ω處的幅值，ω∈[0,n-1]，im(n)表示交流側(cè)相電流，n表示數(shù)據(jù)量；

14、采用式(1)，在ω＝0時獲得故障特征量-交流電流的直流分量：

15、

16、式中，xz表示各相電流的直流分量，x1、x2、x3分別表示a、b、c三相電流的直流分量。

17、計算基于直流側(cè)電壓的故障特征量：利用fft從直流側(cè)電壓數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中提取頻域信息：

18、

19、式中，v(n)與頻域分量v[ω]之間為一一對應(yīng)關(guān)系，ω∈[0,n-1]；v[ω]表示頻域信息ω處的幅值；n表示數(shù)據(jù)量；v(n)表示直流側(cè)電壓；

20、基于直流側(cè)電壓數(shù)據(jù)的故障特征量包括：平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度、峭度、峰峰值、均方根、振幅因數(shù)、波形因數(shù)、能量，采用下式(4)～(12)獲取這些故障特征量。

21、1)平均值：

22、

23、2)標(biāo)準(zhǔn)差：

24、

25、3)偏度：

26、

27、4)峭度：

28、

29、5)峰峰值：

30、

31、6)均方根：

32、

33、7)振幅因數(shù)：

34、

35、8)波形因數(shù)：

36、

37、9)能量：

38、

39、根據(jù)上述的開路故障特征量，得到歸一化開路故障特征量為：

40、

41、式中，xk表示第k個開路故障特征特征量，xk*為歸一化開路故障特征量，分別表示開路故障特征量的上限閾值和下限閾值，上、下限閾值根據(jù)歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)求得，表示第s段歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的第k個開路故障特征量。

42、進(jìn)一步的，將s2中歸一化后的開路故障特征量組合為

43、進(jìn)一步的，步驟s3中，直流充電樁vienna整流器開路故障診斷模型的訓(xùn)練過程包括：

44、對vienna整流器的正常狀態(tài)以及各開路故障類型對應(yīng)的故障狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)簽標(biāo)注；

45、獲取包含正常狀態(tài)和開路故障狀態(tài)下vienna整流器交流側(cè)三相電流和直流側(cè)電壓的s個時段的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)式(1)～(13)計算每個時段內(nèi)的歸一化開路故障特征量組合x(1)*、x(2)*、…、x(s)*，得到訓(xùn)練樣本：

46、

47、其中，表示第s段歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的第k個歸一化開路故障特征量，fs為x(s)*對應(yīng)的標(biāo)簽。

48、將所述訓(xùn)練樣本分為訓(xùn)練集和測試集，對直流充電樁vienna整流器開路故障診斷模型進(jìn)行訓(xùn)練，其中，將歸一化開路故障特征量組合x(s)*作為模型輸入，將對應(yīng)的標(biāo)簽作為模型輸出；

49、訓(xùn)練完成后判斷模型的精度是否滿足要求，若滿足要求則輸出模型，否則重新進(jìn)行訓(xùn)練。

50、進(jìn)一步的，步驟s4中，通過訓(xùn)練好的直流充電樁vienna整流器開路故障診斷模型進(jìn)行開路故障診斷包括：首先將根據(jù)采集數(shù)據(jù)計算得到的歸一化開路故障特征量形成組合然后將x*輸入到直流充電樁vienna整流器開路故障診斷模型中，根據(jù)該模型輸出的標(biāo)簽確定對應(yīng)的開路故障類型。

51、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明利用快速傅里葉變換提取三相六開關(guān)管vienna整流器的交流側(cè)電流和直流側(cè)電壓的頻域信息，進(jìn)而得到基于交流側(cè)三相電流的故障特征量和基于直流側(cè)電壓的故障特征量，應(yīng)用基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直流充電樁vienna整流器開路故障診斷模型獲得開路故障診斷結(jié)果。本發(fā)明僅需實時采集直流充電樁vienna整流器交流側(cè)電流和直流側(cè)電壓數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)對vienna整流器單、雙管開路故障的診斷，對降低直流充電樁故障檢修時間和運(yùn)維費用有重要工程價值。

52、本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。