三电平逆变器多模式故障诊断电路及其诊断方法技术

技术编号:16283491 阅读:273 留言:0更新日期:2017-09-23 03:00
本发明专利技术涉及一种三电平逆变器多模式故障诊断电路及其诊断方法,采集NPC三电平逆变器每相桥臂的上、中、下桥臂电压信号,送桥臂电压故障特征提取模块进行故障特征提取后送神经网络模块进行分析,采用主神经网络模块测量中桥臂电压,用于诊断三电平逆变器单桥臂器件开路包括无故障的11种故障模式;两个辅助神经网络模块测量上、下桥臂电压,用于诊断三电平逆变器单桥臂器件开路另4种故障模式,并通过三个神经网络模块相结合,共同诊断三电平逆变器每相桥臂单个器件开路和多个器件同时开路共13种的多故障模式。实现精确定位到故障器件,且算法结构简化,可避免计算赫赛矩阵,从而减少训练中的计算量和内存需求量,运算块,诊断精度高,抗干扰能力强。

Multi mode fault diagnosis circuit of three level inverter and diagnosis method thereof

The invention relates to a fault diagnosis circuit for three level inverter multi mode and diagnostic method, acquisition of NPC three level inverter bridge arm of each phase of the middle and lower bridge arm voltage signal analysis to the fault characteristics of bridge arm voltage extraction module for fault feature extraction for evacuation neural network module, neural network module adopts the main measuring bridge arm voltage for the diagnosis of three level inverter with single arm open device includes 11 kinds of fault modes without fault; two auxiliary neural network module to measure the upper and lower bridge arm voltage for the diagnosis of three level inverter with single arm device open the other 4 kinds of failure modes, and through the combination of the three neural network module, common the diagnosis of three level inverter bridge arm of each phase of a single device open and multiple devices at the same time open multiple fault modes of total 13 species. The algorithm realizes the accurate localization to the fault device, and simplifies the algorithm structure, and avoids calculating the competition matrix, thereby reducing the amount of calculation and the memory requirement in the training, and the operation block has high diagnostic accuracy and strong anti-interference ability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力器件故障诊断技术,特别涉及一种具有多神经网络结构的中点钳位三电平逆变器多模式故障诊断电路及其诊断方法
技术介绍
相对于传统的两电平逆变器,多电平逆变器具有输出电平数增加、更好的谐波频谱、器件所承受的电压应力小等优势,但是由于多电平电路使用了数量较多的开关器件,导致电路的可靠性相应降低,任何一个器件故障都有可能导致整个电路停止工作,甚至会影响到其他电路的安全,造成不可估量的经济损失。目前国内外针对二极管中点钳位(Neutral-PointClamped,NPC)三电平逆变器的故障诊断问题已开发不少技术方法。例如,分析NPC三电平逆变器在单个功率器件开路故障下的电路工作情况及故障表现形式,并由此提出根据检测逆变器输出侧PWM电压波形和输出电流极性来诊断功率管开路故障的故障诊断方案。该方法具有诊断迅速、可靠性高的优点,但其诊断结果并没有精确定位到某个器件,需要再进行人工查找。还有针对NPC逆变器单个功率器件开路故障,提出利用三相电流波形的电流轨迹方法来进行故障诊断技术,把每相的桥臂中点和直流电压中心点之间的电压(leg-voltage)和正常情况下的电压进行比较,利用比较结果进行单个功率器件故障的诊断。但是,这些技术基本上只考虑单个器件开路的故障模式。从可靠性角度看,单纯研究单个器件开路故障显然不够全面,因此,为了提高三电平逆变器的可靠性,本专利技术针对三电平逆变器单个功率器件开路和两个功率器件同时开路的多种故障模式,提出对逆变器的多个桥臂电压进行快速傅里叶变换,提取故障特征,并利用一个多神经网络的结构进行故障诊断。
技术实现思路
本专利技术是针对多电平逆变电路容易出现故障的问题,提出了一种三电平逆变器多模式故障诊断电路及其诊断方法,该电路能诊断NPC三电平逆变器每相桥臂单个器件开路和多个器件同时开路共13种的多故障模式,实现精确定位到故障器件,且算法结构简化,可避免计算赫赛矩阵,从而减少训练中的计算量和内存需求量,运算块,诊断结果精度高,抗干扰能力强。本专利技术的技术方案为:一种三电平逆变器多模式故障诊断电路,NPC三电平逆变器电路、桥臂电压故障特征提取模块、主神经网络模块、两个辅助神经网络模块和故障确定显示模块,NPC三电平逆变器电路由上、中、下三个三相桥臂并联组成,桥臂电压故障特征提取模块分别采集三个三相桥臂的每相桥臂的电信号并进行处理,将采集的中桥臂信号进行故障特征提取后送主神经网络模块,将采集的上、下桥臂信号进行故障特征提取后分别送两个辅助神经网络模块,三个神经网络模块输出接故障确定显示模块,NPC三电平逆变器电路驱动三相负载,三电平逆变器每相由4个IGBT功率元件串联组成,每个功率器件反并联1个续流二极管,三相并联接直流电Ud,每相的中间两个串联IGBT功率元件上并联接两个串联的二极管,两个串联的二极管的中间点接直流电Ud的中间电压点(0),即Ud/2电压处,每相4个串联IGBT功率元件的中间点(a、b、c)输出接对应三相负载,所述中桥臂电压信号为每相的中间点a、b、c与直流电Ud的中间电压点(0)之间的电压,所述上、下桥臂电压信号分别为两个串联的二极管上的电压。三电平逆变器多模式故障诊断方法,包括三电平逆变器多模式故障诊断电路,具体包括如下步骤:1)桥臂电压故障特征提取模块采集每相的上、中、下桥臂电压信号,然后采用快速傅里叶变换方法对采集的信号进行故障特征提取;2)桥臂电压故障特征提取模块将每相的中桥臂电压信号进行故障特征提取后信号送主神经网络模块,主神经网络选取直流分量、基波、两倍基波、三倍基波、载波分量、载波分量前后两频率、两倍载波分量的幅值、直流分量、基波和两倍基波的相位共11维作为输入特征向量进行训练,输出分别比送两个辅助神经网络模块,同时主神经网络对故障模式进行诊断,将诊断后故障模式和对应的输出向量对比后输出到故障确定显示模块;3)桥臂电压故障特征提取模块将每相的上、下桥臂电压信号进行故障特征提取后信号分别送两个辅助神经网络模块,两个辅助神经网络模块都选取直流分量、基波和两倍基波的幅值共3维作为输入特征向量进行训练,对故障模式进行诊断,将诊断后故障模式和对应的输出向量对比后输出到故障确定显示模块,故障确定显示模块显示三电平逆变器每相桥臂中单个器件故障情况。本专利技术的有益效果在于:本专利技术三电平逆变器多模式故障诊断电路及其诊断方法,能迅速诊断多种故障模式,实现精确定位到故障器件,不需要再进行人工查找,使NPC三电平逆变器电路可靠性得到提高。附图说明图1为本专利技术具有多神经网络结构的NPC三电平逆变器多模式故障诊断电路框图;图2为NPC三电平逆变器电路图;图3为本专利技术NPC三电平逆变器单个桥臂电路图;图4为本专利技术NPC三电平逆变器两个功率器件同时开路时的工作状态图;图5为本专利技术单个功率器件开路时桥臂电压波形图;图6为本专利技术两个功率器件同时开路时4种典型故障的桥臂电压波形图;图7为本专利技术上桥臂电压波形图;图8为本专利技术具有多神经网络的结构框图;图9为本专利技术单个功率器件开路时桥臂电压波形对应的幅频特性图;图10为本专利技术两个功率器件同时开路时桥臂电压波形对应的幅频特性图。具体实施方式如图1所示具有多神经网络结构的NPC三电平逆变器多模式故障诊断电路框图,电路主要包括:NPC三电平逆变器电路1,三相负载2,桥臂电压故障特征提取模块3,主神经网络模块4,辅助神经网络A模块5,辅助神经网络B模块6,故障确定显示模块7。NPC三电平逆变器电路1由上、中、下三个三相桥臂并联组成,桥臂电压故障特征提取模块3分别采集三个三相桥臂的每相桥臂的电信号进行处理,将采集的中桥臂信号进行故障特征提取后送主神经网络模块4,将采集的上、下桥臂信号进行故障特征提取后送分别送辅助神经网络A模块5和辅助神经网络B模块6,主神经网络模块4、辅助神经网络A模块5和辅助神经网络B模块6的输出接故障确定显示模块7,NPC三电平逆变器电路1驱动三相负载2。如图2所示NPC三电平逆变器电路图,三电平逆变器每相由4个IGBT(绝缘栅双极型晶体管)S1~S4功率元件串联组成,每相的中间点,即S2和S3中点a、b、c为三电平逆变器输出接对应三相负载,每个功率器件反并联1个续流二极管,三相并联接直流电Ud,每相中间两个串联IGBT功率元件S2和S3上并联接两个串联的二极管D5、D6,直流Ud中性点0接串联的两个二极管Da5、Da6中间点,这样每个功率器件耐压值可降低一半,更适合于大功率交流传动系统的控制。例如a相,当Sa1、Sa2导通时,点a对中性点0的电压为Ud/2;当Sa2、Sa3导通时,点a对中性点O的电压为0;当Sa3、Sa4导通时,点a对O点的电压为-Ud/2。故三电平逆变器每相可输出3种电平状态,三相共可输出27种电平状态。如图3所示NPC三电平逆变器单个桥臂电路图,本专利技术定义三个桥臂电压为:“中桥臂电压”,即桥臂中点a和直流电压中点o之间的电压,记为Vao;“上桥臂电压”,即au点和o点之间的电压,记为本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种三电平逆变器多模式故障诊断电路,其特征在于,NPC三电平逆变器电路、桥臂电压故障特征提取模块、主神经网络模块、两个辅助神经网络模块和故障确定显示模块,NPC三电平逆变器电路由上、中、下三个三相桥臂并联组成,桥臂电压故障特征提取模块分别采集三个三相桥臂的每相桥臂的电信号并进行处理,将采集的中桥臂信号进行故障特征提取后送主神经网络模块,将采集的上、下桥臂信号进行故障特征提取后分别送两个辅助神经网络模块,三个神经网络模块输出接故障确定显示模块,NPC三电平逆变器电路驱动三相负载,三电平逆变器每相由4 个IGBT功率元件串联组成,每个功率器件反并联1 个续流二极管,三相并联接直流电Ud,每相的中间两个串联IGBT功率元件上并联接两个串联的二极管,两个串联的二极管的中间点接直流电Ud的中间电压点(0),即Ud/2电压处,每相4 个串联IGBT功率元件的中间点(a、b、c)输出接对应三相负载,所述中桥臂电压信号为每相的中间点a、b、c与直流电Ud的中间电压点(0)之间的电压,所述上、下桥臂电压信号分别为两个串联的二极管上的电压。

【技术特征摘要】
1.一种三电平逆变器多模式故障诊断电路,其特征在于,NPC三电平逆变器电路、桥臂电压故障特征提取模块、主神经网络模块、两个辅助神经网络模块和故障确定显示模块,NPC三电平逆变器电路由上、中、下三个三相桥臂并联组成,桥臂电压故障特征提取模块分别采集三个三相桥臂的每相桥臂的电信号并进行处理,将采集的中桥臂信号进行故障特征提取后送主神经网络模块,将采集的上、下桥臂信号进行故障特征提取后分别送两个辅助神经网络模块,三个神经网络模块输出接故障确定显示模块,NPC三电平逆变器电路驱动三相负载,三电平逆变器每相由4个IGBT功率元件串联组成,每个功率器件反并联1个续流二极管,三相并联接直流电Ud,每相的中间两个串联IGBT功率元件上并联接两个串联的二极管,两个串联的二极管的中间点接直流电Ud的中间电压点(0),即Ud/2电压处,每相4个串联IGBT功率元件的中间点(a、b、c)输出接对应三相负载,所述中桥臂电压信号为每相的中间点a、b、c与直流电Ud的中间电压点(0)之间的电压,所述上、下桥臂电压信号分别为两个串联的二极管上的电压。
2.三电平逆...

【专利技术属性】
技术研发人员:华容陈丹江叶银忠余朝章乙福翔
申请(专利权)人:上海应用技术学院
类型:发明
国别省市:上海;31

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