基于状态机的TAB变换器开关管开路故障诊断方法及系统

技术领域

本发明涉及开关管开路故障技术领域，尤其涉及一种基于状态机的TAB变换器开关管开路故障诊断方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

三有源桥(triple-active-bridge,TAB)变换器作为直流微网中常用的隔离型电力电子接口装置，具有能量管理灵活，端口完全，功率密度和效率高等特点。对于TAB变换器而言，当其中一个端口的开关管发生开路故障后，电感电流的峰值均会增大，变换器损耗增加。此外，由于端口之间的存在耦合，故障容易从一个端口传递至多个端口，进而对系统造成严重的影响。有效及时的故障诊断及定位方法能够为故障的隔离及容错工作打下坚实的基础，对变换器可靠安全运行具有重要意义。

目前隔离型DC/DC变换器的故障诊断主要采用解析模型的方法，即将系统估计的输出与实际的测量信息相较得到残差，通过残差分析实现故障开关管的诊断。现有技术中，面向隔离型DC/DC变换器的故障诊断方案主要针对DAB(dual-active-bridge,TAB)变换器，通过测量原边侧的电压及电流信息与估计值进行对比实现故障诊断，然后设置特定的开关驱动信号实现开关管故障定位。针对TAB变换器的故障诊断方案通过将各H桥的桥臂中点电压平均值的实际测量值与估计值对比，实现故障诊断及定位。

但是，对于基于原边侧的电压及电流值的方案，受负载影响较大，残差阈值的选择复杂，阈值选取不当容易造成误判，诊断准确率降低。此外，该方案在故障定位时需要将开关信号设定为特定值，系统的运行状态受限，将该方法应用于TAB变换器时，系统的建模难度将增大。

对于基于各H桥的桥臂中点电压平均值的方案，同样存在阈值选择问题，开关噪声、传感器测量误差、电磁干扰等因素的影响导致阈值设定不合理时容易造成误判断。同时，该方案需要在每个周期采样各桥臂的中点电压再求其平均值，其采样频率较高，数据存储占用的空间大，计算负担重。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于状态机的TAB变换器开关管开路故障诊断方法及系统，无测量电感电流信号，不需要另外设定开关驱动信号，可在一个开关周期内实现TAB变换器开关管开路故障的快速诊断及定位。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种基于状态机的TAB变换器开关管开路故障诊断方法，包括：

获取TAB变换器每一个端口功率开关管的开关驱动信号，各端口H桥的方波电压以及各桥臂中点电压；

将获取的数据作为状态机的输入，输出每一个端口的工作状态以及各端口故障开关管的位置；

其中，所述状态机基于各端口H桥的方波电压是否出现0值为依据，判断端口开关管是否发生开路故障；在判断出开关管出现故障时，通过该端口桥臂中点电压值，对开路故障的开关管进行定位。

所述状态机的输出A、B、F1、F2、F3、F4六种状态；其中，A和B为正常工作状态，F1、F2、F3和F4为故障状态，分别对应各端口开关管S

端口H桥的方波电压具体为：

u＝T

其中，T

s

若端口H桥的方波电压出现0值，则判断该端口开关管出现开路故障。

若判断该端口开关管出现开路故障，根据故障发生时系统所在状态切换至对应故障状态，具体为：若在状态A时检测到H桥的方波电压出现0值则切换到状态F1或者F4，若在状态B时检测到H桥的方波电压出现0值则切换到状态F2或者F3。

进一步地，通过该端口桥臂中点电压值，对开路故障的开关管进行定位，具体为：

若在状态A时检测到H桥的方波电压出现0值，且端口桥臂中点电压值为-U

若在状态B时检测到H桥的方波电压出现0值，且端口桥臂中点电压值为-U

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种基于状态机的TAB变换器开关管开路故障诊断系统，包括：

数据获取模块，用于获取TAB变换器每一个端口功率开关管的开关驱动信号，各端口H桥的方波电压以及各桥臂中点电压；

故障诊断及定位模块，用于将获取的数据作为状态机的输入，输出每一个端口的工作状态以及各端口故障开关管的位置；

其中，所述状态机基于各端口H桥的方波电压是否出现0值为依据，判断端口开关管是否发生开路故障；在判断出开关管出现故障时，通过该端口桥臂中点电压值，对开路故障的开关管进行定位。

若在状态A时检测到H桥的方波电压出现0值，且端口桥臂中点电压值为-U

若在状态B时检测到H桥的方波电压出现0值，且端口桥臂中点电压值为-U

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的基于输出响应重构的高精度电池模型参数辨识方法。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的基于输出响应重构的高精度电池模型参数辨识方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明根据端口H桥的方波电压是否出现0值来判断该端口开关管是否出现开路故障；判断发生开路故障后，再通过该端口桥臂中点电压值，对开路故障的开关管进行定位。

本发明方法无需设定特定的开关信号来实现故障定位；能够在一个周期内实现故障的快速准确检测及定位；检测及定位过程中无需采样计算桥臂中点电压平均值，使得采样频率降低，计算量减小。

(2)本发明能够在一个开关周期内实现TAB变换器开关管开路故障的快速诊断及定位，且对于三个端口同时适用。

本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例中TAB变换器电路拓扑图；

图2为本发明实施例中1端口的TAB变换器正常工作电流路径图；

图3为本发明实施例中的故障波形图；

图4为本发明实施例中1端口的TAB变换器开关管开路故障电流路径图；

图5为本发明实施例中基于状态机的TAB变换器故障诊断原理图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种基于状态机的TAB变换器开关管开路故障诊断方法，包括：

(1)获取TAB变换器每一个端口功率开关管的开关驱动信号，各端口H桥的方波电压以及各桥臂中点电压；

(2)将获取的数据作为状态机的输入，输出每一个端口的工作状态以及各端口故障开关管的位置；

其中，状态机基于各端口H桥的方波电压是否出现0值为依据，判断端口开关管是否发生开路故障；在判断出开关管出现故障时，通过该端口桥臂中点电压值，对开路故障的开关管进行定位。

本实施例中，三端口TAB变换器拓扑如图1所示，变换器采用单移相控制方式。TAB变换器包括了三个端口：1端口，对应电源U

定义开关状态函数T

T

得到H桥方波电压：

u＝T

其中，u

单移相控制下的TAB变换器的依据电流方向和流经路径的不同可划分为12种工作模式，分析复杂，因此以一端口的电流转移为例进行分析，其余端口的分析过程与之相似。TAB变换器正常工作时共有4种工作模式，电流路径如图2中的(a)-(d)所示，其转移顺序为(a)-(b)-(c)-(d)-(a)。

以1端口S

在检测到H桥方波电压u

作为具体的示例，结合图5，本实施例基于状态机的TAB变换器开关管开路故障诊断方法具体过程如下：

步骤一：采样功率开关管的开关驱动信号s

步骤二：以端口1为例，状态机共有A、B、F1、F2、F3、F4六种状态。其中A、B为正常工作状态，状态A对应图2中的(a)和(b)两个状态，状态B对应图2中的(c)和(d)两个状态；F1、F2、F3、F4为故障状态，分别表示开关管S

步骤三：正常工作下根据采样得到的开关驱动信号s

步骤四：检测1端口H桥的方波电压u

步骤五：在判断出开关管出现故障的时刻对桥臂中点电压u

若在状态B时检测到开关管出现故障，且u

最终实现开关管故障的诊断及定位。

本实施例方法可实现TAB变换器开关管开路故障的诊断及定位。该诊断方法在三个端口均适用，并且能够在故障出现的一个开关周期内准确定位到故障位置，为故障隔离及容错奠定基础。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种基于状态机的TAB变换器开关管开路故障诊断系统，包括：

数据获取模块，用于获取TAB变换器每一个端口功率开关管的开关驱动信号，各端口H桥的方波电压以及各桥臂中点电压；

故障诊断及定位模块，用于将获取的数据作为状态机的输入，输出每一个端口的工作状态以及各端口故障开关管的位置；

其中，所述状态机基于各端口H桥的方波电压是否出现0值为依据，判断端口开关管是否发生开路故障；在判断出开关管出现故障时，通过该端口桥臂中点电压值，对开路故障的开关管进行定位。

若在状态A时检测到H桥的方波电压出现0值，且端口桥臂中点电压值为-U

若在状态B时检测到H桥的方波电压出现0值，且端口桥臂中点电压值为-U

上述各模块的具体工作过程与实施例一中相同，不再详述。

实施例三

在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、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实施例一中的基于状态机的TAB变换器开关管开路故障诊断方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

实施例四

在一个或多个实施方式中，公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行实施例一中所述的基于状态机的TAB变换器开关管开路故障诊断方法。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。