三相三电平整流器功率开关器件开路故障诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三相三电平整流器的故障诊断方法及系统，属于电力电子设备故障诊断技术领域，目的是实现对其功率开关器件开路故障的识别与定位。本发明专利技术采用相间极电压的期望值和实际值的偏差作为诊断变量，采用一种筛选计算方法对诊断变量进行计算，进而减小了计算误差，保证了诊断的准确性。计算该诊断变量只需要整流器控制系统内已有的电压电流信号，因此无需增加额外硬件即可实现低成本的故障诊断。针对不同的故障特征段采用不同的电压阈值，并根据直流侧电压实时更新电压阈值，提高诊断速度的同时，又能确保较高的鲁棒性。采用一种诊断结果核验的方法扩展了可诊断的故障类型数量，使本发明专利技术可以实现对整流器中所有功率开关器件的故障诊断。率开关器件的故障诊断。率开关器件的故障诊断。

【技术实现步骤摘要】
三相三电平整流器功率开关器件开路故障诊断方法及系统


[0001]本专利技术属于电力电子设备故障诊断
，更具体地，涉及一种三相三电平整流器功率开关器件的开路故障诊断方法及系统。

技术介绍

[0002]三电平变换器相较于传统的两电平变换器，以其具有更高的效率和更低电流谐波等优点，被广泛应用于高压高功率场合。但是由于其具有更多的功率开关器件，且这些器件长期工作于高频开关状态，因此是变换器中最容易发生故障的环节之一。对于功率开关器件的开路故障，采取容错控制可以使变换器系统维持较高的性能持续运行。而故障诊断是实现容错控制的必要条件，因为对于不同的故障开关需采取不同的容错控制策略。因此，当变换器发生功率开关器件开路故障时，准确和快速地对故障进行识别和定位是提高变换器可靠性的重要措施。
[0003]目前，对三电平整流器功率开关器件的开路故障诊断研究主要集中在基于信号的方法、基于模型的方法和基于人工智能的方法。基于信号的方法对故障前后的可测信号进行简单的计算和分析，实现故障定位，根据信号的类型又可以分为电流法和电压法。其中电流法有帕克电流矢量角法、归一化平均电流法和电流零区法等。这些方法原理简单，但诊断速度较慢，且对负载的依赖性强。电压法的诊断速度有所提高，但是通常需要额外的传感器或测量电路对电压进行测量，诊断的成本较高。基于模型的方法建立数学模型对信号进行计算，通过对预测信号和实际信号的残差进行分析来实现故障诊断，因此无需额外硬件，且诊断速度较快，但是其诊断速度和鲁棒性还有待提高。基于知识的方法主要采用小波变换、神经网络、支持向量机等理论对电路中的电压、电流信号进行信号处理和故障分类，实现对故障开关器件的准确定位。这类方法普遍计算量大、诊断速度较慢。
[0004]因此，对三相三电平整流器功率开关器件的开路故障诊断方法进行研究，提高诊断方法的速度、适用性和鲁棒性等，具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种三相三电平整流器功率开关器件的开路故障诊断方法及系统，能够对三电平整流器中所有功率开关器件的开路故障实现快速、低成本、高鲁棒性的识别和定位。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种三相三电平整流器功率开关器件的开路故障诊断方法，包括：
[0007](1)选择当前时刻k整流器的X相与Y相之间的相间极电压的期望值和相间极电压的实际值V
XY
(k)，将两者的偏差值ΔV
XY
(k)作为诊断变量，其中，XY＝AB,BC,CA；
[0008](2)从整流器控制系统中获取诊断所需的电压电流信息，采用筛选方式对诊断变量ΔV
XY
(k)进行计算；
[0009](3)根据开关在不同时刻故障时的故障特征，对故障区段进行分类，针对当前故障
区段更新当前时刻的诊断阈值TH
XY
(k)；
[0010](4)根据诊断变量ΔV
XY
(k)和诊断阈值TH
XY
(k)判断诊断变量是否超出阈值范围及其极性；
[0011](5)根据上述判断结果对内开关管故障进行识别和定位；
[0012](6)对故障诊断结果进行核验，验证诊断结果是否正确，并对可能被误诊断为内开关管故障的外开关管故障的诊断结果进行修正，实现外开关故障的识别和定位。
[0013]在一些可选的实施方案中，由得到相间极电压的期望值由得到相间极电压的实际值V
XY
(k)，其中，V
DC
(k)是当前时刻整流器的直流侧电压；S
X
(k)和S
Y
(k)分别是整流器X相和Y相的开关控制信号，S
X
(k)＝1表示开关S
X1
和S
X2
导通而S
X3
和S
X4
关断，S
X
(k)＝0表示开关S
X2
和S
X3
导通而S
X1
和S
X4
关断，S
X
(k)＝-1表示开关S
X3
和S
X4
导通而S
X1
和S
X2
关断；E
X
(k)和E
Y
(k)分别是整流器X相和Y相的交流侧电压；I
X
(k)和I
Y
(k)分别是整流器X相和Y相的交流侧电流；R是整流器交流侧等效电阻；L是整流器交流侧电感；T为采样间隔时间，k表示当前时刻采样点，k-1表示上一时刻采样点。
[0014]在一些可选的实施方案中，步骤(2)包括：
[0015]如果采样点k与k-1之间没有三相开关控制信号的切换，即满足S
A
(k)＝S
A
(k-1)、S
B
(k)＝S
B
(k-1)和S
C
(k)＝S
C
(k-1)时，则若S
A
(k)＝S
A
(k-1)、S
B
(k)＝S
B
(k-1)和S
C
(k)＝S
C
(k-1)中有一条不满足时，不对ΔV
XY
(k)进行计算，将当前时刻的ΔV
XY
(k)视为零。
[0016]在一些可选的实施方案中，步骤(3)包括：
[0017]对于内开关管的故障诊断，将故障区段分为电流零区和电流非零区，对不同的区段设定不同的阈值：其中，V是预设值，其为一个较小的常数；I
XY
(k)＝0表示I
X
或I
Y
处于电流零区，I
XY
(k)＝1表示I
X
和I
Y
均处于电流非零区，V
DC
(k)是当前时刻整流器的直流侧电压；
[0018]对于电流零区和非零区的定义，考虑电流噪声和波动，给出如下定义：其中，I
TH
是电流阈值。
[0019]在一些可选的实施方案中，步骤(4)包括：
[0020]由得到指示诊断变量是否超出阈值范围[-TH
XY
(k),TH
XY
(k)]及其极性的变量F
XY
(k)。
[0021]在一些可选的实施方案中，步骤(5)包括：
[0022]内开关管故障与变量F
XY
(k)之间的对应关系为：
[0023]在S
A2
故障时，F
AB
＝1，F
BC
＝0，F
CA
＝-1；
[0024]在S
A3
故障时，F
AB
＝-1，F
BC
＝0，F<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相三电平整流器功率开关器件的开路故障诊断方法，其特征在于，包括：(1)选择当前时刻整流器的X相与Y相之间的相间极电压的期望值和相间极电压的实际值，将两者的偏差值作为诊断变量；(2)从整流器控制系统中获取诊断所需的电压电流信息，采用筛选方式对诊断变量进行计算；(3)根据开关在不同时刻故障时的故障特征，对故障区段进行分类，针对当前故障区段更新当前时刻的诊断阈值；(4)根据诊断变量和诊断阈值判断诊断变量是否超出阈值范围及其极性；(5)根据上述判断结果对内开关管故障进行识别和定位；(6)对故障诊断结果进行核验，验证诊断结果是否正确，并对可能被误诊断为内开关管故障的外开关管故障的诊断结果进行修正，实现外开关故障的识别和定位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由得到相间极电压的期望值由得到相间极电压的实际值V
XY
(k)，其中，V
DC
(k)是当前时刻整流器的直流侧电压；S
X
(k)和S
Y
(k)分别是整流器X相和Y相的开关控制信号，S
X
(k)＝1表示开关S
X1
和S
X2
导通而S
X3
和S
X4
关断，S
X
(k)＝0表示开关S
X2
和S
X3
导通而S
X1
和S
X4
关断，S
X
(k)＝-1表示开关S
X3
和S
X4
导通而S
X1
和S
X2
关断；E
X
(k)和E
Y
(k)分别是整流器X相和Y相的交流侧电压；I
X
(k)和I
Y
(k)分别是整流器X相和Y相的交流侧电流；R是整流器交流侧等效电阻；L是整流器交流侧电感；T为采样间隔时间，k表示当前时刻采样点，k-1表示上一时刻采样点，XY＝AB,BC,CA。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：如果采样点k与k-1之间没有三相开关控制信号的切换，即满足S
A
(k)＝S
A
(k-1)、S
B
(k)＝S
B
(k-1)和S
C
(k)＝S
C
(k-1)时，则若S
A
(k)＝S
A
(k-1)、S
B
(k)＝S
B
(k-1)和S
C
(k)＝S
C
(k-1)中有一条不满足时，不对ΔV
XY
(k)进行计算，将当前时刻的ΔV
XY
(k)视为零，ΔV
XY
(k)表示X相与Y相之间的相间极电压的期望值和相间极电压的实际值之间的偏差值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：对于内开关管的故障诊断，将故障区段分为电流零区和电流非零区，对不同的区段设定不同的诊断阈值TH
XY
(k)：其中，V是预设值，其为一个较小的常数；I
XY
(k)＝0表示I
X
或I
Y
处于电流零区，I
XY
(k)＝1表示I
X
和I
Y
均处于电流非零区，V
DC
(k)是当前时刻整流器的直流侧电压；
对于电流零区和非零区的定义，考虑电流噪声和波动，给出如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，陈铭芸，隋春松，曾昭瑢，张慧，许水清，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：