耐噪声放电检测的制作方法

1.本公开涉及放电的检测。


背景技术：

2.电力系统，例如在飞行器电力和混合电力推进系统中发现的电力系统，可以采用各种电力电子转换器来控制和/或转换电力。基于电力电子的电力系统可以提供动态速度控制和更高的能量效率等优势。然而，存在与此类电力系统相关联的某些挑战，例如可靠地检测局部放电。局部放电的存在可能导致绝缘材料和其他不具有局部放电电阻的包装材料的劣化。
3.因此，用于检测局部放电的改进技术将是对本领域的有用补充。
附图说明
4.在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本公开的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考了附图，其中：
5.图1提供了根据本公开的示例方面的与电力系统联接的检测系统的图；
6.图2提供了描绘图1的检测系统可以检测与图1的电力系统相关联的局部放电的示例方式的序列图；
7.图3提供了显示各种信号的曲线图，包括第一施加电压和响应于第一施加电压捕获的第一电流信号；
8.图4提供了显示各种信号的曲线图，包括第二施加电压、响应于第二施加电压捕获的第二电流信号、参考信号和差值信号；
9.图5提供了显示各种信号的曲线图，包括第三施加电压、响应于第三施加电压捕获的第三电流信号、更新的参考信号以及基于更新的参考信号和第三电流信号确定的差值信号；
10.图6提供了图5的曲线图的放大视图；
11.图7提供了根据本公开的示例方面的检测局部放电的方法的流程图；
12.图8提供了根据本公开的示例方面的检测局部放电熄灭电压的方法的流程图；
13.图9提供了图1的检测系统的信号分析仪的详细系统图；和
14.图10提供了根据本主题的示例实施例的示例运载器。
具体实施方式
15.现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似的部分。
16.如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个部件与另一个部件区分开来并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
17.除非本文另有规定，否则术语“联接”、“固定”、“附接”等指直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接。
18.除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。
19.在上下文中的术语“至少一个”，例如“a、b和c中的至少一个”，是指仅a、仅b、仅c、或a、b和c的任何组合。
20.如在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修改任何可以允许变化而不导致与其相关的基本函数发生变化的定量表示。因此，由诸如“约”、“近似”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度，或者用于构建或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在1％、2％、4％、10％、15％或20％的余量内。这些近似余量可应用于单个值、定义数值范围的任一端点或两个端点，和/或端点之间范围的余量。
21.此处和整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，这样的范围被识别并且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另有说明。例如，本文公开的所有范围均包括端点，并且端点可彼此独立组合。
22.电力电子转换器可以为电力系统提供电力的动态控制和更高的能量效率。然而，如上所述，这种基于电力电子的电力系统会经历局部放电，或仅部分桥接导体之间的绝缘体的局部放电。局部放电的存在可能导致绝缘系统和其他包装材料劣化。例如，对于检测和/或预测绝缘系统故障、制定维护计划、监测部件健康等，检测局部放电可能是有利的。然而，可靠地检测局部放电通常是困难的，特别是在高切换频率下。在高切换频率下，局部放电信号可能会隐藏在噪声中，例如由于电压变化而出现的瞬态电流响应或电流簇。由于电力转换器的切换装置的切换而发生电压变化。
23.根据本公开的创造性方面，提供了一种即使在高切换频率下也可以可靠地检测局部放电的检测技术。通常，所公开的检测技术是通过迭代检测序列来实现的，该检测序列使用在滚动的基础上更新的参考信号。例如，可以在滚动的基础上连续地或在检测序列的每次迭代中更新参考信号。参考信号在滚动的基础上被更新为响应于先前施加的电压而测量的先前捕获的电流信号。所施加的电压在检测序列的每次迭代中升高或改变。对于给定的迭代，参考信号和响应于当前施加的电压而测量的当前捕获的电流信号被用于确定差值信号。例如，可以通过从当前施加的电流信号中减去参考信号来确定差值信号。该差值信号可用于确定在当前施加的电压下是否存在局部放电。例如，如果差值信号的幅度超过阈值，则确定在当前施加的电压下存在局部放电。在这方面，可以确定局部放电起始电压。当局部放电实际上存在时，差值信号的幅度通常比其预期幅度大得多。局部放电突然发生并且幅度超过预期幅度。
24.在一些实施方式中，一旦确定在当前施加的电压下存在局部放电，即，一旦达到局部放电起始电压，检测序列可以迭代一次或多次以确认局部放电的存在。在这方面，可以进一步升高施加的电压。例如，可以迭代检测序列，直到施加的电压大于或等于局部放电起始电压预定百分比，例如10％，等等。
25.进一步，在一些实施方式中，可以执行检测序列，以找到局部放电熄灭电压、或者当施加的电压从高于局部放电起始电压的施加电压开始降低时局部放电脉冲停止发生的电压。例如，对于检测序列的每一次迭代，可以降低电压，并且如果差值信号的幅度不超过
阈值，则将与该迭代相关联的当前施加的电压确定为局部放电熄灭电压。
26.所公开的检测技术可以提供许多优点、好处和/或技术效果。例如，通常，所公开的检测技术允许在千赫兹(khz)和千兆赫兹(ghz)的整个频率带宽上没有信号丢失的情况下检测放电活动。此外，值得注意的是，可以更容易地检测隐藏在噪声(例如瞬态电流响应或电流簇)中的局部放电信号，因为所公开的检测技术是基于时域的检测技术而不是基于频域的检测技术。此外，除了确定是否存在局部放电之外，还可以确定关于检测到的局部放电信号的各种特性，例如与局部放电信号相关联的脉冲形状、脉冲幅度和/或频率。所公开的技术还不仅允许检测局部放电起始电压，还允许检测局部放电熄灭电压。检测技术可以“反向”实施，以检测局部放电熄灭电压。该检测技术可以具有本文未明确指出的其他优点和好处。
27.进一步，可以针对各种应用实施所公开的检测技术。例如，所公开的检测技术可以在部件开发期间或在现场实施。例如，本检测技术可以允许在开发阶段和使用高加速寿命测试的长期测试期间对测试样品和原型进行精细表征，以帮助估计和确定未来的现场可靠性。在现场，本检测技术可用于监测脉冲驱动系统的放电活动，可以帮助估计电气部件的健康状况，并可以防止故障和意外停机。
28.本检测技术适用于提供基于电力电子的电力系统的任何行业。示例行业包括但不限于航空业(例如，用于电力和混合电力飞行器)、发电行业、汽车行业、船舶行业等。在一些示例实施例中，所公开的检测技术可以用于各种航空应用，例如用于在装运前测试设备的质量；机翼或服务车间中的交付后检查；和/或在飞行中进行电力系统和/或其部件的主动监测。
29.图1提供了根据本公开的示例方面的系统100的图。对于该实施例，系统100是电力系统。系统100包括电压源110。例如，电压源110可以是一个或多个电池。电压源110与电力电子器件电联接，在该实施例中，电力电子器件包括具有多个切换装置122的电力转换器120。切换装置122可以以受控方式切换以控制从电压源110中汲取和/或提供到电压源110的电力。作为一个示例，一个或多个切换装置122可以是碳化硅(sic)金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。电力转换器120又与负载130电联接。负载130例如可以是电机。
30.检测系统140例如经由电力总线与负载130电联接。通常，检测系统140被配置为检测与系统100相关联的局部放电。检测系统140包括感测装置，在该实施例中，感测装置是与负载130电联接的电流传感器150。电流传感器150可操作以测量或感测电流。在替代实施例中，电流传感器150可以定位在其他合适的位置，例如电力转换器120和负载130之间。其他位置也是可能的。
31.检测系统140还包括信号分析仪160。信号分析仪160可以包括一个或多个处理器162、一个或多个存储器装置164和一个或多个显示器166。例如，信号分析仪160可以是或包括示波器。通常，信号分析仪160被配置为接收、处理和生成信号，以及渲染这些信号的图像，例如响应于由电力转换器120的切换装置122的调制引起的电压变化而由电流传感器150捕获的电流信号的图像。信号分析仪160的更详细公开可以在图9和随后的文本中找到。
32.现在参考图1和2，图2提供了描绘检测系统140可以检测与系统100相关联的局部放电的示例方式的序列图。特别地，图2提供了可以被实施以检测与系统100相关联的局部放电的示例检测序列。
33.如图所示，在第一时间t1处，施加第一电压v1。例如，可以控制电力转换器120的切换装置122，以施加第一电压v1。切换装置122的调制可以使电力从电压源110传输到负载130，反之亦然。当施加第一电压v1时，电流传感器150可以响应于第一施加电压v1而捕获第一电流信号i1。捕获的第一电流信号i1可以由一个或多个处理器162接收。接收到的第一电流信号i1可以保存或存储在一个或多个存储器装置164上。此外，第一电流信号i1可以呈现在显示器166上。
34.举例来说，图3提供了显示各种信号的曲线图，包括第一施加电压v1和响应于第一施加电压v1捕获的第一电流信号i1。信号在图3的曲线图上呈现为时间的函数。如图3的示例所示，第一施加电压v1以例如方波形式脉冲。对于该示例实施例，第一施加电压v1在+750v/-500v脉冲，呈现1250v峰峰值施加电压。每个脉冲p具有相关联的下降沿fe和上升沿re(图3中仅标记了一个脉冲)。每个下降沿fe和每个上升沿re对应于电力转换器120的切换装置122的位置或调制的变化。下降沿fe和上升沿re也可以表示为切换沿。
35.如图3所示，捕获的第一电流信号i1在每个下降沿fe处和每个上升沿re处具有瞬态响应。也就是说，每次切换装置122被切换时，第一电流信号i1都会经历瞬态响应。应当理解，电压的变化引起电流的变化。这通过第一电流信号i1在对应于第一电压v1的脉冲的切换沿的时间处的相对大幅度的尖峰而变得明显。如上所述，第一电流信号i1可由电流传感器150捕获，由一个或多个处理器162接收，保存到一个或多个存储器装置164，并呈现在显示器166上，如图3所示。
36.返回到图1和2，在时间t2处，检测序列继续。具体地，在时间t2处，一个或多个处理器162可以将第一电流信号i1设定为参考信号i
ref
。第一电流信号i1可替代地在时间t1处设定为参考信号i
ref
。此外，在时间t2处，施加第二电压v2。可控制电力转换器120的切换装置122以施加第二电压v2。第二电压v2不同于第一电压v1。特别地，第二电压v2可以大于第一电压v1。第二电压v2可以增加预定的电压增量或步长，例如增加50v。在一些实施例中，例如，预定的电压增量或步长可以在50和300v之间。
37.当施加第二电压v2时，电流传感器150可以响应于第二施加电压v2捕获第二电流信号i2。捕获的第二电流信号i2可以由一个或多个处理器162接收。接收的第二电流信号i2可保存或存储在一个或多个存储器装置164上。此外，第二电流信号i2可呈现在显示器166上。
38.检测系统140的一个或多个处理器162可以至少部分地基于第二电流信号i2和参考信号i
ref
来确定差值信号iδ2。例如，在一些实施例中，可以通过从第二电流信号i2减去参考信号i
ref
来确定差值信号iδ2，或者在数学上表述为iδ2＝i2-i
ref
。因此，在这样的实施例中，参考信号i
ref
可以被定义为当前电流信号或在这种情况下的第二电流信号i2与参考信号i
ref
之间的差值。
39.在其他示例实施例中，可以通过将参考信号i
ref
乘以校正系数(该校正系数表示为由当前施加的电压(在这种情况下是第二电压v2)除以先前施加的电压(在这种情况下是第一电压v1)所定义的商)，然后从第二电流信号i2中减去参考信号i
ref
与校正系数的乘积来确定差值信号iδ2，或者在这种情况下用数学表示为iδ2＝i2-(i
ref
*(v2/v1))。如上所述将参考信号i
ref
乘以校正系数，可以进一步增加部分检测灵敏度并且可以在使用线性外推时进一步减少误差。例如，在第一施加电压v1和第二施加电压v2彼此相对接近的实施例中，
可以在局部范围内假定线性响应。基于第一施加电压v1下的电流响应，在这种情况下为参考信号i
ref
，第二施加电压v2下的电流响应线性外推应为或近似为i2'＝i
ref
*(v2/v1)，因此差值为iδ2＝i2
–
i2'，即iδ2＝i2-(i
ref
*(v2/v1))。如果不存在局部放电，则差值信号iδ2应无限小。如果存在局部放电，则差值信号iδ2将呈现为超出时域中的噪声电平。
40.可以在显示器166上呈现所得差值信号iδ2。然后一个或多个处理器162可以至少部分地基于差值信号iδ2来确定是否存在局部放电。例如，当差值信号iδ2的幅度超过阈值时，则确定存在局部放电。相反，当差值信号iδ2的幅度没有超过阈值时，则确定不存在局部放电。
41.继续上面的示例，图4提供了显示各种信号的曲线图，包括第二施加电压v2、响应于第二施加电压v2捕获的第二电流信号i2、参考信号i
ref
和差值信号iδ2。如上所述，第二电流信号i2可以由电流传感器150捕获，由一个或多个处理器162接收，保存到一个或多个存储器装置164，并呈现在显示器166上，例如，如图4所示。在这种情况下，参考信号i
ref
被设定为响应于第一施加电压v1而捕获的第一电流信号i1。在图4中，由于第一电压v1和第二电压v2之间的电压差，参考信号i
ref
与第二电流信号i2略有偏移，如下所解释的。
42.如图4的示例所示，第二施加电压v2以例如方波形式脉冲。对于这个示例，第二施加电压v2在+800v/-500v脉冲，呈现1300v峰峰值施加电压。因此，在1250v峰峰值施加的第一电压v1(图3)和1300v峰峰值施加的第二电压v2之间，电压增加了50v。也就是说，第二电压v2比第一电压v1大50v。因此，第二电流信号i2具有与第一电流信号i1略微不同的响应。第一电流信号i1在序列的这次迭代中被设定为参考信号i
ref
。第一和第二电流响应i1、i2的差值导致所得的差值信号iδ2在对应于由切换装置122的调制引起的电流瞬变的时间处具有相对大的幅度。如图4所示，在对应于切换装置122的调制的时间处存在相对大的“凸起”或振幅尖峰。这种尖峰或凸起是预期的。
43.利用由一个或多个处理器162确定的差值信号iδ2，一个或多个处理器162可以确定是否存在局部放电。举例而言，当差值信号iδ2的幅度超过阈值时，例如图4所示的第一阈值t1或第二阈值t2，则确定存在局部放电。在该示例中，在对应于脉冲的上升沿的时间处出现的差值信号iδ2的正极性振幅尖峰都未超过第一阈值t1，在对应于脉冲的下降沿的时间处出现的差值信号iδ2的负极性振幅尖峰都未超过第二阈值t2。在这方面，在检测序列的这次迭代期间没有检测到局部放电。
44.再次回到图1和图2，在时间t3处，检测序列再次迭代。值得注意的是，对于检测序列的每次迭代，可以使用先前捕获的电流信号在滚动的基础上设置或更新参考信号i
ref
。因此，在时间t3处，一个或多个处理器162将第二电流信号i2设定为参考信号i
ref
。此外，在时间t3处，施加第三电压v3。可控制电力转换器120的切换装置122以施加第三电压v3。第三电压v3不同于第二电压v2。具体地，第三电压v3可以大于第二电压v2。第三电压v3可以增加预定的电压增量，例如增加50v。在一些实施例中，预定电压增量可被设定为恒定步长或值。也就是说，预定电压增量可以在迭代与迭代之间固定(例如，使得电压对于检测序列的每次迭代增加25v)。在其他实施例中，预定电压增量可以是可变的。例如，随着施加的电压接近与特定负载或样本相关联的预测局部放电起始电压，预定电压增量可以降低或减少。例如，随着施加电压接近预测的局部放电起始电压，预定电压增量可以从50v增加减少到25v增加。
45.当施加第三电压v3时，电流传感器150可以响应于第三施加电压v3捕获第三电流
信号i3。捕获的第三电流信号i3可由一个或多个处理器162接收。接收到的第三电流信号i3可保存或存储在一个或多个存储器装置164上。此外，第三电流信号i3可呈现在显示器166上。
46.检测系统140的一个或多个处理器162可以至少部分地基于第三电流信号i3和参考信号i
ref
来确定差值信号iδ3。例如，可以从第三电流信号i3中减去参考信号i
ref
以确定差值信号iδ3。所确定的差值信号iδ3可以呈现在显示器166上。一个或多个处理器162然后可以至少部分地基于差值信号iδ3确定是否存在局部放电。例如，当差值信号iδ3的幅度超过阈值时，则确定存在局部放电。相反，当差值信号iδ3的幅度不超过阈值时，则确定不存在局部放电。
47.继续上面的示例，图5提供了显示各种信号的曲线图，包括第三施加电压v3、响应于第三施加电压v3捕获的第三电流信号i3、更新为第二电流信号i2的参考信号i
ref
和差值信号iδ3。第三电流信号i3可由电流传感器150捕获，由一个或多个处理器162接收，保存到一个或多个存储器装置164，并呈现在显示器166上，例如，如图5所示。在这种情况下，参考信号i
ref
被设定为响应于第二施加电压v2而捕获的第二电流信号i2。在图5中，由于第二电压v2和第三电压v3之间的电压差，参考信号i
ref
与第三电流信号i3略有偏移，如下更全面地解释的。
48.如图5所示，第三施加电压v3以例如方波形式脉冲。对于这个示例，第三施加电压v3在+850v/-500v脉冲，呈现1350v峰峰值施加电压。因此，在1300v峰峰值施加的第二电压v2(图4)和1350v峰峰值施加的第三电压v3之间，电压增加了50v。换句话说，第三电压v3比第二电压v2大50v。因此，第三电流信号i3具有与第二电流信号i2略微不同的响应，第二电流信号i2在序列的这次迭代中被设定为参考信号i
ref
。第二和第三电流响应i2、i3的差值导致所得的差值信号iδ3在对应于由切换装置122的调制引起的电流瞬变的时间处具有相对大的幅度。在对应于切换装置122的调制的时间处相对大的“凸起”或尖峰是预期的，但是超出预期的振幅尖峰可以指示局部放电的存在。
49.特别地，利用由一个或多个处理器162确定的差值信号iδ3，一个或多个处理器162可以确定是否存在局部放电。举例来说，当差值信号iδ3的幅度超过阈值时，例如图5所示的第一阈值t1或第二阈值t2，则确定存在局部放电。在本示例中，在对应于脉冲中的一个脉冲的上升沿的时间处出现的差值信号iδ3的第一正极性振幅尖峰+sp1超过第一阈值t1。在这方面，在此时间处，第一正极性振幅尖峰+sp1的振幅大于预期振幅。差值信号iδ3的振幅超过阈值表示存在局部放电。此外，在对应于各个脉冲的下降沿的时间处出现的差值信号iδ3的第一负极性振幅尖峰-sp1和第二负极性振幅尖峰-sp2超过第二阈值t2。在这方面，在此时间处，第一负极性振幅尖峰-sp1和第二负极性尖峰-sp2的振幅均大于预期振幅，这表明系统100中存在局部放电。如图5的示例所示，局部放电突然发生且幅度超过预期幅度。
50.可以准确地预测脉冲的切换沿处的预期振幅，至少是因为电流瞬变或电流中的幅度凸起随着电压的增加而线性地或基本线性地增加。因此，假设电压从检测序列的先前迭代开始增加，则可以根据切换沿处的差值信号的预期振幅来设置阈值。无论检测序列迭代之间的预定电压增加如何，预期振幅的使用都允许准确地设置阈值。准确设置阈值可以准确检测局部放电。
51.图6描绘了图5的曲线图的放大视图。在图6中，第三电流信号i3响应于施加的第三电压v3的峰峰值变化的瞬态响应被更清楚地示出。第二电流信号的瞬态响应，其是图6中的参考信号i
ref
，也更清晰地显示。如图6进一步所示，与局部放电相关联的差值信号iδ3的幅度尖峰嵌入电流簇或瞬态电流响应内。差值信号iδ3的产生是基于时域的信号，允许检测局部放电，即使局部放电嵌入电流瞬变噪声内发生。可以针对局部放电分析差值信号iδ3的幅度(例如，与阈值比较)，而不管与切换相关联的尖峰(其可能表示或不表示局部放电)是否嵌入电流瞬变或簇内。这一优势对于更高切换频率的应用特别有用。
52.此外，除了确定是否存在局部放电之外，还可以确定关于局部放电信号的各种特性。例如，可以确定与局部放电信号相关联的脉冲形状、脉冲幅度和/或频率，以及其他可能性。在这方面，本文提供的局部放电检测技术不仅是通过/失败测试，而且还可以允许确定检测到的局部放电信号的某些特性。
53.如图2进一步所示，如果在时间t3处或在另一个未来时间处未检测到局部放电，则可以以与上述相同的方式继续检测序列的进一步迭代。可以实施检测序列的任何合适次数的迭代。例如，可以实施n次迭代，直到确定局部放电起始电压，其中n为整数。检测顺序一般用时间tn表示。每次实施检测序列时，实施检测序列可以包括i)将响应于先前施加的电压v
n-1
而在先前时间处(例如，在t
n-1
处；未示出)捕获的先前捕获的电流信号i
n-1
设置为参考信号i
ref
；ii)捕获响应于当前施加的电压vn而捕获的当前电流信号in，其中当前施加的电压vn不同于(例如，大于)先前施加的电压v
n-1
；iii)至少部分地基于当前电流信号in和参考信号i
ref
，确定差值信号δn；以及iv)至少部分地基于差值信号，确定是否存在局部放电。鉴于本公开，将理解的是，在时间t
n+1
(未示出)序列的下一次迭代期间，响应于所施加的电压vn而捕获的捕获的电流信号in变为先前捕获的电流信号并且因此被设定为参考信号i
ref
。以这种方式，参考信号在滚动的基础上被更新。
54.图7提供了检测具有电力电子转换器的电力系统中的局部放电的方法700的流程图。
55.在702处，方法700包括响应于第一施加电压捕获第一电流信号。例如，可以使电力电子转换器的多个切换装置进行切换，从而使第一施加电压进行脉冲(即，作为脉宽调制信号)。施加第一电压可以使电力在电压源和负载之间传输，电压源和负载两者都与电力电子转换器电联接。电流传感器或其他电流传感器可以响应于第一施加电压捕获第一电流信号。捕获的第一电流信号可以提供给信号分析仪的一个或多个处理器。一个或多个处理器可以接收捕获的第一电流信号。信号分析仪的一个或多个存储器装置可以存储第一电流信号。
56.在704处，方法700包括响应于第二施加电压捕获第二电流信号，第二施加电压不同于第一施加电压。例如，可以使电力电子转换器的多个切换装置进行切换，以施加第二施加电压。可以控制切换装置以脉冲(即，作为脉宽调制信号)第二施加电压。第二施加电压可以升高预定的电压增量或步长。在一些实施方式中，例如，预定的电压增量或步长可以在50和300v之间。电流传感器可以响应于第二施加电压捕获第二电流信号。捕获的第二电流信号可以提供给信号分析仪的一个或多个处理器。一个或多个处理器可以接收捕获的第二电流信号。信号分析仪的一个或多个存储器装置可以存储第二电流信号。
57.在706处，方法700包括将第一电流信号设定为参考信号。例如，信号分析仪的一个
或多个处理器可以将存储的第一电流信号设定为参考信号。
58.在708处，方法700包括至少部分地基于第二电流信号和参考信号来确定差值信号。例如，在一些实施方式中，一个或多个处理器可以从第二电流信号中减去参考信号以确定差值信号。在其他实施方式中，一个或多个处理器可以通过将参考信号乘以校正系数(该校正系数表示为由当前施加的电压(在这种情况下是第二施加电压)除以先前施加的电压(在这种情况下是第一施加电压)所定义的商)，然后从第二电流信号中减去参考信号和校正系数的乘积，来确定差值信号。
59.在710处，方法700包括至少部分地基于差值信号来确定是否存在局部放电。例如，一个或多个处理器可以通过将差值信号与一个或多个阈值(例如第一或正阈值和第二或负阈值)进行比较来确定是否存在局部放电。当差值信号超过阈值时，则确定存在局部放电。相反，当差值信号不超过阈值时，则确定不存在局部放电。
60.在一些实施方式中，阈值被设置在预期电流幅度处或在预期电流幅度的裕度内(例如，在百分之十(10％)内等)。预期电流幅度可由一个或多个处理器确定为当前施加电压(在该示例中为第二施加电压)的脉冲的切换沿处的差值信号的预期幅度，预期幅度至少部分地基于当前施加的电压和先前施加的电压(在本示例中是第一施加电压)之间的电压的增量来确定。
61.在712处，当在710处确定已经检测到局部放电时，方法700可以停止并且可以确定与局部放电信号相关联的各种特性，例如与局部放电信号相关联的脉冲形状、脉冲幅度和/或频率。
62.在714处，当在710处确定没有检测到局部放电时，方法700，或者检测序列，可以迭代。该方法可以迭代至少一次，也可以迭代任何合适的次数，例如，直到确定局部放电起始电压。值得注意的是，每次迭代方法700时，参考信号都在滚动的基础上更新为先前捕获的电流信号，使得对于方法700的给定迭代，在708处确定的差值信号被确定为响应于当前施加的电压而捕获的当前电流信号和响应于先前施加的电压捕获的先前捕获的电流信号之间的差值。此外，每次迭代方法700时，当前施加的电压都大于先前施加的电压。每次迭代该方法时，当前施加的电压可从先前施加的电压增加例如约50至300伏特之间。当前施加的电压和先前施加的电压可以经由脉宽调制施加，例如通过电力电子转换器的多个切换装置的快速切换。
63.换句话说，每次迭代方法700时，方法700可以包括响应于当前施加的电压捕获当前电流信号，当前施加的电压不同于先前施加的电压；将先前的电流信号设定为参考信号，先前的电流信号是响应于先前施加的电压而捕获的；至少部分地基于当前电流信号和参考信号，确定差值信号；以及至少部分地基于差值信号，确定是否存在局部放电。
64.在方法700的一些实施方式中，一旦局部放电被确定为在当前施加的电压下存在(例如，一旦达到局部放电起始电压)，检测序列可以迭代一次或多次以确认存在的局部放电。在这方面，施加的电压可以进一步升高或增加。例如，可以迭代检测序列，直到施加的电压大于或等于局部放电起始电压预定的百分比，例如10％，等等。
65.此外，可以实施检测序列以找到局部放电熄灭电压，或者当施加的电压从高于局部放电起始电压的施加电压降低时局部放电脉冲停止发生的电压。在这方面，图2和附随文本中阐述的检测序列的方面以及图7中阐述的方法700的方面可以“逆向”应用于检测局部
放电熄灭电压。检测序列可以“逆向”应用，因为对于检测序列的每次迭代，可以降低电压，并且如果差值信号的幅度不超过阈值，则与该迭代相关联的当前施加的电压被确定为局部放电熄灭电压。图8提供了可以实施检测序列以检测局部放电熄灭电压的示例方式。
66.图8提供了在具有电力电子转换器的电力系统中检测局部放电熄灭电压的方法800的流程图。
67.在802处，方法800包括响应于第一施加电压捕获第一电流信号，第一施加电压高于局部放电起始电压。例如，可以使电力电子转换器的多个切换装置进行切换，从而使第一施加电压进行脉冲(即，作为脉宽调制信号)。施加第一电压可以使电力在电压源和负载之间传输，电压源和负载两者都与电力电子转换器电联接。电流传感器或其他电流感测器可以响应于第一施加电压捕获第一电流信号。捕获的第一电流信号可以提供给信号分析仪的一个或多个处理器。一个或多个处理器可以接收捕获的第一电流信号。信号分析仪的一个或多个存储器装置可以存储第一电流信号。
68.在804处，方法800包括响应于第二施加电压捕获第二电流信号，第二施加电压小于第一施加电压。例如，可以使电力电子转换器的多个切换装置进行切换以施加第二施加电压。可以控制切换装置以使第二施加电压进行脉冲(即，作为脉宽调制信号)。第二施加电压可以从方法800的一次迭代到下一次迭代按预定的电压减量或步长降低。在一些实施方式中，例如，预定的电压减量或步长可以在50和300v之间。电流传感器可以响应于第二施加电压捕获第二电流信号。捕获的第二电流信号可以提供给信号分析仪的一个或多个处理器。一个或多个处理器可以接收捕获的第二电流信号。信号分析仪的一个或多个存储器装置可以存储第二电流信号。
69.在806处，方法800包括将第一电流信号设定为参考信号。例如，信号分析仪的一个或多个处理器可以将存储的第一电流信号设定为参考信号。
70.在808处，方法800包括至少部分地基于第二电流信号和参考信号来确定差值信号。例如，在一些实施方式中，一个或多个处理器可以从第二电流信号中减去参考信号以确定差值信号。在其他实施方式中，一个或多个处理器可以通过将参考信号乘以校正系数(该校正系数表示为由当前施加的电压(在这种情况下是第二施加电压)除以先前施加的电压(在这种情况下是第一施加电压)所定义的商)，然后从第二电流信号中减去参考信号和校正系数的乘积，来确定差值信号。
71.在810处，方法800包括至少部分地基于差值信号来确定是否存在局部放电。例如，一个或多个处理器可以通过将差值信号与一个或多个阈值(例如第一或正阈值和第二或负阈值)进行比较来确定是否存在局部放电。当差值信号超过阈值时，则确定存在局部放电。相反，当差值信号不超过阈值时，则确定不存在局部放电。当未检测到或不存在局部放电时，将局部放电熄灭电压确定为或近似为当前施加的电压。
72.在一些实施方式中，阈值被设置在预期电流幅度处或在预期电流幅度的裕度内(例如，在百分之十(10％)内)。预期电流幅度可由一个或多个处理器确定为当前施加电压(在该示例中为第二施加电压)的脉冲的切换沿处的差值信号的预期幅度，预期幅度至少部分地基于当前施加的电压和先前施加的电压(在本示例中是第一施加电压)之间的电压的减量来确定。
73.在812处，当在810处确定不再存在局部放电时，当前施加的电压被确定为局部放
电熄灭电压并且方法800可以停止。可以确定与与局部放电熄灭电压相关联的电流信号相关联的各种特性，例如信号的脉冲形状、脉冲幅度和/或频率。
74.在814处，当在810处确定仍然存在局部放电时，方法800，或者说检测序列，可以迭代。方法800可迭代至少一次，但可迭代任何合适的次数，例如，直到确定局部放电熄灭电压。值得注意的是，每次迭代方法800时，参考信号都在滚动的基础上更新为先前捕获的电流信号，使得对于方法800的给定迭代，在808处确定的差值信号被确定为响应于当前施加的电压而捕获的当前电流信号和响应于先前施加的电压而捕获的先前捕获的电流信号之间的差值。此外，每次迭代方法800时，当前施加的电压小于或低于先前施加的电压。每次迭代该方法时，当前施加的电压可以从先前施加的电压降低例如约50和300伏特之间。当前施加的电压和先前施加的电压可以经由脉宽调制施加，例如通过电力电子转换器的多个切换装置的快速切换。
75.换句话说，每次迭代方法800时，方法800可以包括响应于当前施加的电压捕获当前电流信号，当前施加的电压小于先前施加的电压；将先前的电流信号设定为参考信号，先前的电流信号是响应于先前施加的电压而捕获的；至少部分地基于当前电流信号和参考信号，确定差值信号；至少部分地基于差值信号，确定是否存在局部放电。当存在局部放电时，该方法随着所施加电压的降低而迭代。当不存在局部放电时，当前施加的电压被确定为或近似为局部放电熄灭电压。如通过方法800的上下文将理解的，序列中的初始施加电压大于局部放电起始电压。
76.在根据图7的方法700检测到与电气系统相关联的局部放电起始电压和/或根据图8的方法800检测到局部放电熄灭电压时，可以采取一个或多个控制动作作为响应。
77.在一些实施方式中，例如，在检测到局部放电起始电压和/或检测到局部放电熄灭电压时，可以响应于这样的检测来控制系统的一个或多个部件。例如，可以响应于局部放电的检测来控制系统的电力转换器或负载(例如，电机)。可以控制电力转换器和/或负载以避免或以其他方式减少它们在引起检测到的局部放电的条件/设置下操作的情况。这种主动控制对于现场实施的系统可能特别有用。
78.在其他实施方式中，在检测到局部放电起始电压和/或检测到局部放电熄灭电压时，可以生成一个或多个通知并将其传送给一个或多个实体，例如系统的操作员、维护人员、系统制造商等。在一些实施方式中，通知可以指示局部放电的检测，并且在一些情况下，指示局部放电的属性，例如与局部放电信号相关联的脉冲形状、脉冲幅度和/或频率，以及其他可能性。
79.在其他实施方式中，可以响应于检测到局部放电起始电压和/或检测到局部放电熄灭电压来安排一个或多个服务或维护任务。例如，可以安排一个或多个服务或维护任务以目视检查系统的一个或多个部件的绝缘系统，修理或更换系统的一个或多个部件的绝缘系统，修理或更换系统的一个或多个部件等。此外，响应于检测到局部放电起始电压和/或检测到局部放电熄灭电压，捕获局部放电检测和检测周围条件的数据可以被传输到监测系统，例如预测和健康监测系统。这样的监测系统可以使用数据来跟踪部件健康状况并且就系统的一个或多个部件的服务提出建议和预测。这样的监测系统可以防止故障和意外停机。
80.图9提供了根据本公开示例实施例的信号分析仪160的详细系统图。如所指出的，
信号分析仪160可以包括一个或多个处理器162和一个或多个存储器装置164。一个或多个处理器162可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置164可以包括一个或多个计算机可执行或计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、ram、rom、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其他存储器装置。
81.一个或多个存储器装置164可存储可由一个或多个处理器162访问的信息，包括可由一个或多个处理器162执行的计算机可读或计算机可执行指令164a。指令164a可以是当由一个或多个处理器162执行时使一个或多个处理器162执行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令164a可由一个或多个处理器162执行以使一个或多个处理器162执行操作，例如信号分析仪160被配置用于的任何操作和功能。指令164a可以是以任何合适的编程语言编写的软件或者可以用硬件实现。附加地和/或替代地，指令164a可以在处理器162上在逻辑上和/或虚拟上分开的线程中执行。存储器装置164可以进一步存储可以由处理器162访问的数据164b。例如，数据164b可以包括模型、查找表、数据库等。
82.信号分析仪包括一个或多个显示器166。一个或多个显示器166可以呈现各种图像，例如由电流传感器150(图1)捕获的图像。信号分析仪160还可以包括用于例如经由通信网络与检测系统140和/或系统100(图1)的其他部件通信的网络接口168。网络接口168可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适的部件，包括例如发射机、接收机、端口、控制器、天线和/或其他合适的部件。
83.图10提供了根据本主题的示例实施例的示例运载器900。本文公开的系统100和/或检测系统140可以在任何合适的运载器上实施，包括但不限于飞行器，例如固定翼飞行器、直升机或无人驾驶运载器或无人驾驶飞机。在这方面，系统100可以是飞行器的电力系统。检测系统140可位于机上以用于主动部件监测，或可位于机外(例如在实验室中，用于部件测试)或在服务/维护车间中用于离翼或在翼检查。此外，本文公开的系统100和/或检测系统140可以在汽车、船、轮船、潜艇、火车、气垫船(未图示)、坦克(未图示)以及其他类型的运载器上实施。此外，本公开的创造性方面可以在非运载器应用上实施或用于非运载器应用，例如陆基发电应用、测试实验室以及其他应用。
84.所公开的检测技术可以提供某些优势、益处和/或技术效果。例如，所公开的检测技术可以允许检测放电活动而不会在宽频率带宽上丢失信号。此外，可以更容易地检测隐藏在噪声(例如瞬态电流响应或电流簇)中的局部放电信号。此外，除了确定是否存在局部放电之外，还可以确定关于检测到的局部放电信号的各种特性，例如与局部放电信号相关联的脉冲形状、脉冲幅度和/或频率。所公开的技术可以允许检测局部放电起始电压以及局部放电熄灭电压。
85.本文讨论的技术参考了基于计算机的系统和由基于计算机的系统采取的动作以及发送到和来自基于计算机的系统的信息。本领域的普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许在部件之间进行各种可能的配置、组合以及任务和功能的划分。例如，本文讨论的过程可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实现。数据库、储存器、指令和应用程序可以在单个系统上实现，也可以分布在多个系统上。分布式部件可以顺序或并行操作。
86.尽管各种实施例的具体特征可能在一些附图中而不是在其他附图中示出，但这仅
仅是为了方便。根据本公开的原则，可以结合任何其他附图的任何特征来引用和/或主张附图的任何特征。
87.本书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的文字语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质性差异的等效结构元素，则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。
88.进一步的方面由以下条项的主题提供：
89.1.一种检测具有电力电子转换器的电力系统中的局部放电的方法，所述方法包括：响应于第一施加电压，捕获第一电流信号；响应于第二施加电压，捕获第二电流信号，所述第二施加电压不同于所述第一施加电压；将所述第一电流信号设定为参考信号；至少部分地基于所述第二电流信号和所述参考信号，确定差值信号；和至少部分地基于所述差值信号，确定是否存在局部放电。
90.2.根据前述条项中任一项所述的方法，其中所述方法被迭代至少一次，并且其中每次所述方法被迭代时，所述参考信号在滚动的基础上被更新为先前捕获的电流信号，使得对于所述方法的给定迭代，所述差值信号被确定为响应于当前施加的电压而捕获的当前电流信号与响应于先前施加的电压而捕获的先前捕获的电流信号之间的差值。
91.3.根据前述条项中任一项所述的方法，其中每次所述方法被迭代时，所述当前施加的电压大于所述先前施加的电压。
92.4.根据前述条项中任一项所述的方法，其中所述第一施加电压大于局部放电起始电压，并且其中每次所述方法被迭代时，所述当前施加的电压从所述先前施加的电压降低。
93.5.根据前述条项中任一项所述的方法，其中通过从所述第二电流信号减去参考信号以确定差值来确定所述差值信号，所述差值是所述差值信号。
94.6.根据前述条项中任一项所述的方法，其中所述差值信号通过以下确定：将所述参考信号乘以校正系数，所述校正系数表示为由所述第二施加电压除以所述第一施加电压所定义的商；和从所述第二电流信号减去所述参考信号与所述校正系数的乘积。
95.7.根据前述条项中任一项所述的方法，其中当所述差值信号超过阈值时，则确定存在局部放电，并且其中当所述差值信号不超过阈值时，则确定不存在局部放电。
96.8.根据前述条项中任一项所述的方法，其中所述阈值被设置在预期电流幅度处或在所述预期电流幅度的裕度内，所述预期电流幅度被确定为在所述第二施加电压的脉冲的切换沿处的所述差值信号的预期幅度，所述预期幅度至少部分地基于所述第二施加电压和所述第一施加电压之间的电压的增量来确定。
97.9.根据前述条项中任一项所述的方法，其中所述方法被迭代至少一次，并且其中每次所述方法被迭代时，所述方法包括：响应于当前施加的电压捕获当前电流信号，所述当前施加的电压不同于先前施加的电压；将先前电流信号设定为所述参考信号，所述先前电流信号是响应于所述先前施加的电压而捕获的；至少部分地基于所述当前电流信号和所述参考信号，确定差值信号；和至少部分地基于所述差值信号，确定是否存在局部放电。
98.10.根据前述条项中任一项所述的方法，其中每次所述方法被迭代时，所述当前施加的电压比所述先前施加的电压大预定的电压增量，所述预定的电压增量在迭代与迭代之
间是固定的。
99.10a根据前述条项中任一项所述的方法，进一步包括：响应于检测到所述电力系统中的局部放电而执行控制动作。
100.11.一种系统，包括：电压源；电力转换器，所述电力转换器与所述电压源电联接，所述电力转换器具有多个切换装置；负载，所述负载与所述电力转换器电联接；和检测系统，所述检测系统具有电流传感器和信号分析仪，所述信号分析仪具有一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为实施检测序列，其中在实施所述检测序列时，所述一个或多个处理器被配置为：接收响应于通过切换所述多个切换装置施加的第一电压而捕获的第一电流信号；接收响应于通过切换所述多个切换装置施加的第二电压而捕获的第二电流信号，所述第二电压不同于所述第一电压；将所述第一电流信号设定为参考信号；至少部分地基于所述第二电流信号和所述参考信号，确定差值信号；和至少部分地基于所述差值信号，确定是否存在局部放电。
101.12.根据前述条项中任一项所述的系统，其中所述检测序列被迭代至少一次，并且其中每次检测序列被迭代时，参考信号在滚动的基础上被更新为先前捕获的电流信号，使得对于所述检测序列的给定迭代，差值信号被确定为响应于当前施加的电压而捕获的当前电流信号与响应于先前施加的电压而捕获的先前捕获的电流信号之间的差值。
102.13.根据前述条项中任一项所述的系统，其中每次所述检测序列被迭代时，所述当前施加的电压大于所述先前施加的电压。
103.14.根据前述条项中任一项所述的系统，其中所述第一施加电压大于局部放电起始电压，并且其中每次检测序列被迭代时，所述当前施加的电压从所述先前施加的电压降低。
104.15.根据前述条项中任一项所述的系统，其中当所述差值信号超过阈值时，则确定存在局部放电，并且其中当所述差值信号不超过阈值时，则确定不存在局部放电。
105.16.根据前述条项中任一项所述的系统，其中所述阈值被设置在预期电流幅度处或在预期电流幅度的裕度内，所述预期电流幅度被确定为在所述第二电压的脉冲的切换沿处的所述差值信号的预期幅度，所述预期幅度至少部分地基于所述第二电压和所述第一电压之间的电压的增量来确定。
106.17.一种非暂时性计算机可读介质，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令当由一个或多个处理器执行时使所述一个或多个处理器实施检测序列，其中在实施所述检测序列时，所述一个或多个处理器被配置为：接收响应于第一施加电压而捕获的第一电流信号；接收响应于第二施加电压而捕获的第二电流信号，所述第二施加电压不同于所述第一施加电压；将所述第一电流信号设定为参考信号；至少部分地基于所述第二电流信号和所述参考信号，确定差值信号；和至少部分地基于所述差值信号，确定是否存在局部放电。
107.18.根据前述条项中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述检测序列被迭代至少一次，并且其中每次所述检测序列被迭代时，所述参考信号在滚动的基础上被更新为先前捕获的电流信号，使得对于所述检测序列的给定迭代，所述差值信号被确定为响应于当前施加的电压而捕获的当前电流信号与响应于先前施加的电压而捕获的先前捕获的电流信号之间的差值。
108.19.根据前述条项中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中每次所述检测序列被迭代时，所述当前施加的电压大于所述先前施加的电压。
109.20.根据前述条项中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中当所述差值信号超过阈值时，则确定存在局部放电，并且其中当所述差值信号不超过阈值时，则确定不存在局部放电。

技术特征：
1.一种检测具有电力电子转换器的电力系统中的局部放电的方法，其特征在于，所述方法包括：响应于第一施加电压，捕获第一电流信号；响应于第二施加电压，捕获第二电流信号，所述第二施加电压不同于所述第一施加电压；将所述第一电流信号设定为参考信号；至少部分地基于所述第二电流信号和所述参考信号，确定差值信号；和至少部分地基于所述差值信号，确定是否存在局部放电。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述方法被迭代至少一次，并且其中每次所述方法被迭代时，所述参考信号在滚动的基础上被更新为先前捕获的电流信号，使得对于所述方法的给定迭代，所述差值信号被确定为响应于当前施加的电压而捕获的当前电流信号与响应于先前施加的电压而捕获的所述先前捕获的电流信号之间的差值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中每次所述方法被迭代时，所述当前施加的电压大于所述先前施加的电压。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中所述第一施加电压大于局部放电起始电压，并且其中每次所述方法被迭代时，所述当前施加的电压从所述先前施加的电压降低。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中通过从所述第二电流信号减去所述参考信号以确定差值来确定所述差值信号，所述差值是所述差值信号。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述差值信号通过以下确定：将所述参考信号乘以校正系数，所述校正系数表示为由所述第二施加电压除以所述第一施加电压所定义的商；和从所述第二电流信号减去所述参考信号与所述校正系数的乘积。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中当所述差值信号超过阈值时，则确定存在局部放电，并且其中当所述差值信号不超过所述阈值时，则确定不存在局部放电。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述阈值被设置在预期电流幅度处或在所述预期电流幅度的裕度内，所述预期电流幅度被确定为在所述第二施加电压的脉冲的切换沿处的所述差值信号的预期幅度，所述预期幅度至少部分地基于所述第二施加电压和所述第一施加电压之间的电压的增量来确定。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述方法被迭代至少一次，并且其中每次所述方法被迭代时，所述方法包括：响应于当前施加的电压捕获当前电流信号，所述当前施加的电压不同于先前施加的电压；将先前电流信号设定为所述参考信号，所述先前电流信号是响应于所述先前施加的电压而捕获的；至少部分地基于所述当前电流信号和所述参考信号，确定差值信号；和至少部分地基于所述差值信号，确定是否存在局部放电。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中每次所述方法被迭代时，所述当前施加的电压比所述先前施加的电压大预定的电压增量，所述预定的电压增量在迭代与迭代之间是固定的。

技术总结
提供了局部放电检测技术。一方面，提供了一种检测具有电力电子转换器的电力系统中的局部放电的方法。响应于第一施加电压捕获第一电流信号。响应于第二施加电压捕获第二电流信号，第二施加电压不同于第一施加电压。第一电流信号被设定为参考信号。基于第二电流信号和参考信号确定差值信号。基于差值信号确定是否存在局部放电。该方法可以迭代，并且对于每次迭代，参考信号在滚动的基础上被更新为响应于先前施加的电压而测量的先前捕获的电流信号。对于每次迭代，施加的电压也会升高或降低。施加的电压也会升高或降低。施加的电压也会升高或降低。


技术研发人员：熊涵 卡里姆
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2023.02.01
技术公布日：2023/8/9