具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

现有技术中的列车逆变器监测技术，若要计算电流的谐波畸变程度，通常需要采用专用设备，不适于在运行过程中大规模实施。通过装置内部的控制器进行快速傅里叶计算虽然原理上可行，但是其耗费处理器资源多，占用时间长，影响控制器的实时控制效果。

为至少部分解决现有技术中的上述技术问题，本发明实施例提供的用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测方法，可在逆变器工作过程中实时监测逆变器和负载的工作状态，计算较小、可以实时运算，便于集成到既有控制器中。

图1为本发明实施例中列车逆变器的电路示意图；如图1所示，直流输入依次通过逆变器和滤波器后，得到对应的交流输出，在逆变器的输出端进行电流采集，在滤波器的输出侧进行电压采集，实现对逆变器的三相输出电压或三相输出电流进行采样，并将采集的电流和电压输至控制器，以便控制器基于逆变器的三相输出电压或三相输出电流，按照一定的控制频率进行逆变器的实时控制，执行本发明实施例提供的用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测方法。

图2是本发明实施例中的用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测方法的流程示意图；如图2所示，该用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测方法可以包括以下内容：

步骤S100：将逆变器输出的三相交流电信号转换为d轴电信号和q轴电信号；

具体地，采用同步旋转坐标变换将逆变器输出的三相交流电信号转换为同步旋转坐标系下的d轴电信号和q轴电信号，即以逆变器基波频率同步旋转的两相电信号。

其中，同步旋转坐标变换时采用的变换角为实施电压电流闭环控制的系统角度ω₀t，其中，ω₀为辅助逆变器输出电信号的基波角频率(如工频2π*50Hz)，其中，控制器负责该逆变器的逆变输出，在控制算法中用到了系统坐标变换角度ω₀t。

值得说明的是，此处的同步旋转坐标变换对坐标变换角度ω₀t的定向方法和初始角度无特殊要求，只要实现将三相交流量变换为同步旋转坐标系下的直流量即可，不需要将变换后的电信号矢量定向到特定的同步旋转坐标系的坐标轴上。

步骤S200：根据所述d轴电信号和所述q轴电信号得到畸变分量以及基波有效值；

步骤S300：根据所述畸变分量以及所述基波有效值得到畸变因数，用于表征逆变器输出电压电流的谐波含量和三相对称性。

具体地，将所述畸变分量除以所述基波有效值得到所述畸变因数。

通过采用上述技术方案，计算得到的畸变因数虽然不是严格定义上的总谐波畸变率，但是在三相基本对称的情况下，可以很好地近似电压或电流的谐波畸变率。当三相发生不对称时，畸变因数可以很敏感地反映该问题。因此该畸变因数可以很好的反应逆变器输出电压或电流的非正常情况。

其中，涉及的计算都是简单代数运算，运算量比较小，适合每个控制周期都进行一次迭代。因此可以做到实时计算。

在一个可选的实施例中，参见图3，该步骤S200可以包括以下内容：

步骤S210：分别提取所述d轴电信号和所述q轴电信号对应的d轴电信号直流分量、q轴电信号直流分量；

具体地，分别对所述d轴电信号s_d和所述q轴电信号s_q进行低通滤波得到所述d轴电信号直流分量s_df、所述q轴电信号直流分量s_qf，这部分量对应了对称正序基波分量。

其中，低通滤波为一阶低通滤波或二阶低通滤波，其截止频率ωc应远低于辅助逆变器输出电信号的基波频率ω0。

步骤S220：利用所述d轴电信号减去所述d轴电信号直流分量得到d轴电信号畸变分量；

其中，d轴电信号畸变分量s_dr＝s_d-s_df。

步骤S230：利用所述q轴电信号减去所述q轴电信号直流分量得到q轴电信号畸变分量；

其中，q轴电信号畸变分量s_qr＝s_q-s_qf。

步骤S240：对所述d轴电信号直流分量、所述q轴电信号直流分量求有效值得到基波有效值；

其中，基波有效值s_d＝(s_df ²+s_qf ²)^1/2。

步骤S250：对所述d轴电信号畸变分量以及所述q轴电信号畸变分量计算平方和、低通滤波、求平方根得到所述畸变分量。

通过采用上述技术方案，可在逆变器工作过程中实时监测逆变器和负载的工作状态，计算较小、可以实时运算，便于集成到既有控制器中

为了使本领域技术人员更好地理解本申请，下面结合图4，对本发明实施例提供的用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测方法进行详细说明：

首先，采用同步旋转坐标变换，将三相电信号变换为同步旋转坐标系的两相电信号，变换中用到了系统坐标变换角度ω₀，本发明实施例中对系统坐标变换角度ω₀t的定向方法和初始角度无特殊要求。经过坐标变换，将三相电信号变换到以逆变器基波频率同步旋转的两相电信号u_d、u_q。

将d、q轴电信号u_d、u_q进行低通滤波，可采用一阶低通滤波，或二阶低通滤波等。滤波器的截止角频率ω_c应远低于基波角频率ω₀，本实施例中，基波频率为2*π*50Hz，截止角频率为2*π*5Hz。低通滤波后，得到直流分量d、q轴电信号u_df、u_qf。这部分量对应了对称正序基波分量。

用变换后d、q轴电信号u_d、u_q，减去对称正序基波分量u_df、u_qf，得到畸变分量d、q轴电信号：

u_dr＝u_d-u_df(3)

u_qr＝u_q-u_qf(4)

对直流分量d、q轴电信号u_df、u_qf求有效值，得到基波有效值：

u_f＝(u_df ²+u_qf ²)^1/2 (5)。

首先对畸变分量d、q轴电信号u_dr和u_qr计算平方和，然后通过一阶低通滤波器，截止角频率为2*π*5Hz，得到了近似的平均值。再求平方根，得到畸变分量u_r。

之后，判断基波有效值u_f是否小于等于一个限值A。若小于等于A，则将u_f赋值为A。A的取值可参考被检测量的额定值来选取，在逆变器启动过程、暂态过程或者停机状态时，得到不可信的畸变因数。最后将畸变分量u_r除以基波有效值u_f得到畸变因数x％。

最后通过畸变因数来指征逆变器输出电信号的谐波含量和三相对称性。当三相电信号对称且无谐波分量时，畸变因数x％近似等于0。当畸变因数大于一定限值时，反应了三相电信号发生了谐波畸变或三相不对称。根据具体应用设定该限值，例如10％，即可采用本方法识别出逆变器或其负载的工作状态是否正常。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测装置解决问题的原理与上述方法相似，因此用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测装置的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图5是本发明实施例中的用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测装置的结构框图。如图5所示，该用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测装置具体包括：信号转换模块10、畸变基波获取模块20、畸变因数计算模块30。

信号转换模块10将逆变器输出的三相交流电信号转换为d轴电信号和q轴电信号；

畸变基波获取模块20根据所述d轴电信号和所述q轴电信号得到畸变分量以及基波有效值；

畸变因数计算模块30根据所述畸变分量以及所述基波有效值得到畸变因数，用于表征逆变器输出电压电流的谐波含量和三相对称性。

通过采用上述技术方案，计算得到的畸变因数虽然不是严格定义上的总谐波畸变率，但是在三相基本对称的情况下，可以很好地近似电压或电流的谐波畸变率。当三相发生不对称时，畸变因数可以很敏感地反映该问题。因此该畸变因数可以很好的反应逆变器输出电压或电流的非正常情况。

其中，涉及的计算都是简单代数运算，运算量比较小，适合每个控制周期都进行一次迭代。因此可以做到实时计算。

在另一个可选的实施例中，参见图6，主要包括：坐标变换模块、直流交流提取模块、基波有效值计算模块、畸变量计算模块、畸变因数计算模块。

坐标变换模块采用同步旋转坐标变换，将控制器所采集的逆变器输出的三相交流电信号变换为同步旋转坐标系下的d、q轴电信号s_d、s_q.。上述变换所采用的变换角可采用控制器中实施电压电流闭环控制的系统角度ω₀t，其中ω₀为辅助逆变器输出电信号的基波角频率(如工频2π*50Hz)。此处的同步旋转坐标变换对定向角度没有特定需求，只要实现将三相交流量变换为同步旋转坐标系下的直流量即可，不需要将变换后的电信号矢量定向到特定的同步旋转坐标系的坐标轴上。

直流交流提取模块将s_d、s_q.分解为直流分量和交流分量。首先对变换后的d、q轴电信号s_d、s_q进行低通滤波，得到直流分量d、q轴电信号s_df、s_qf，这部分量对应了对称正序基波分量。上述对变换后的d、q轴电信号s_d、s_q进行低通滤波，其截止频率ω_c应远低于辅助逆变器输出电信号的基波频率ω₀。

用变换后d、q轴电信号s_d、s_q，减去对称正序基波分量s_df、s_qf，得到畸变分量d、q轴电信号s_dr＝s_d-s_df、s_qr＝s_q-s_qf。

基波有效值计算模块对直流分量d、q轴电信号s_df、s_qf求有效值，得到基波有效值s_d＝(s_df ²+s_qf ²)^1/2。

畸变量计算模块首先对畸变分量d、q轴电信号s_dr和s_qr计算平方和，然后通过低通滤波器后，再求平方根，得到畸变分量s_r。

畸变因数计算模块中，将畸变分量s_r除以基波有效值s_f得到畸变因数x％，可以通过畸变因数来指征逆变器输出电压电流的谐波含量和三相对称性。

上述实施例阐明的装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为电子设备，具体的，电子设备例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

在一个典型的实例中电子设备具体包括存储器、处理器以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上述的用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测方法的步骤。

下面参考图7，其示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备600的结构示意图。

如图7所示，电子设备600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM))603中的程序而执行各种适当的工作和处理。在RAM603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602、以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。

以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡，调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口606。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装如存储部分608。

特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的用于列车逆变器的三相输出电压电流畸变实时监测方法的步骤。

在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。