一种基于电流检测的单相级联H桥整流器的故障诊断方法技术

本发明专利技术属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于电流检测的单相级联H桥整流器的故障诊断方法，实现单相级联H桥整流器的故障诊端。该方法根据桥臂内电流向及开关管的控制信号建立开关函数，推导出单相级联H桥整流器的电流计算模型，根据电流计算模型得到故障状态下计算电流与的实测电流差值，建立各开关管的故障诊断函数，利用所建立的故障诊断函数确定损坏的开关管。本发明专利技术能够在整流器运行情况下实时监测开关管是否发生故障；在发生故障时能够定位到故障的开关管；本发明专利技术的计算方法简单，具有高效性与可靠性；实现难度低，无需增加额外硬件。硬件。硬件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电流检测的单相级联H桥整流器的故障诊断方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种基于电流检测的单相级联H桥整流器的故障诊断方法。

技术介绍

[0002]传统的工频变压器因具有体积大、效率低等缺点，而严重影响了列车速度的提升与功率的提升。电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)因具有的高功率密度、智能化控制等优势而逐渐成为工程应用的热点和趋势。级联H桥整流器(Cascaded H
‑
bridge rectifier,CHBR)在PET中常作为前端的整流模块，CHBR的正常运行对于PET的后端部分至关重要，若是CHBR的直流侧电压不平衡，易影响到系统的稳定工作。
[0003]以PET在牵引供电系统的运行为例，PET的运行环境较为复杂，故障率较高，而单相CHBR中含有大量的功率开关器件，这些功率开关器件极容易发生短路故障及开路故障，其中，短路故障在工程应用中已经能通过硬件方式快速的实现诊断，使得系统在发生短路故障后能够迅速的进行短路保护。单相CHBR中功率开关器件的开路故障不会使得系统立刻进行保护，但其会使得其它器件承受过电压从而使得系统进行二次损坏。目前对于单相CHBR的开路故障诊断方法较少，且CHBR中的开路故障情况复杂，难以定位到损坏的开关器件。因此，在少添加传感器的基础上，常通过分析开关器件的故障特征，来实现单相级联H桥整流器的故障诊。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于电流检测的单相级联H桥整流器的故障诊断方法，能够在整流器运行情况下实时监测开关管是否发生故障，在发生故障时能够定位到故障的开关管。该控制算法能够进行单相级联H桥整流器实时的故障诊断，故障诊断方法计算简单，具有高效性与可靠性，具体技术方案如下：
[0005]一种基于电流检测的单相级联H桥整流器的故障诊断方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1，对单相级联H桥整流器进行实时的故障监测，在固定的采样周期内对单相级联H桥整流器的网侧电流进行实时采样，得到单相级联H桥整流器网侧电流实测值；所述单相级联H桥整流器包括若干个H桥；所述单相级联H桥整流器中第i个H桥分为两个桥臂，左侧桥臂定义为a桥臂，右侧桥臂定义为b桥臂；其中VT
i1
为a桥臂上方的开关管，VD
i1
为其反向并联二极管；VT
i2
为a桥臂下方的开关管，VD
i2
为其反向并联二极管；VT
i3
为b桥臂上方的开关管，VD
i3
为其反向并联二极管；其中VT
i4
为b桥臂下方的开关管，VD
i4
为其反向并联二极管；
[0007]步骤S2，计算无故障情况下单相级联H桥整流器网侧电流，得到单相级联H桥整流器网侧电流计算值；
[0008]步骤S3，采用单相级联H桥整流器网侧电流实测值减去单相级联H桥整流器网侧电流计算值得到单相级联H桥整流器网侧电流误差；
[0009]步骤S4，根据单相级联H桥整流器网侧电流误差建立单相级联H桥整流器故障诊断
模型；
[0010]步骤S5，计算单相级联H桥整流器故障诊断模型的值，并将其绝对值与设置的阈值th进行比较，
[0011]若单相级联H桥整流器故障诊断模型的值的绝对值小于等于设置阈值，则表征单相级联H桥整流器没有发生故障，则返回步骤S1；反之，若单相级联H桥整流器故障诊断模型的值的绝对值大于设置阈值，则表征单相级联H桥整流器发生故障，则转入步骤S6；
[0012]步骤S6，根据单相级联H桥整流器故障诊断模型建立单相级联H桥整流器第i个H桥的故障诊断模型，判断单相级联H桥整流器第i个H桥的故障诊断模型的值的正负情况，若单相级联H桥整流器第i个H桥的故障诊断模型的值为正，表征单相级联H桥整流器第i个H桥发生a类故障；若单相级联H桥整流器第i个H桥的故障诊断模型的值为负，表征单相级联H桥整流器第i个H桥发生b类故障；其中，a类故障为第i个H桥的开关管VT
i1
或开关管VT
i4
故障，b类故障为第i个H桥的开关管VT
i2
或开关管VT
i3
发生故障；
[0013]步骤S7，建立开关管的故障诊断函数，根据故障的种类对相应开关管进行检测，当相应开关管的故障诊断函数值为0时，则表征该开关管未发生故障，当相应开关管的故障诊断函数值为1时，则表征该开关管发生故障，如此确定了发生故障的开关管。
[0014]优选地，所述步骤S2中单相级联H桥整流器网侧电流的计算方式如下：
[0015]根据单相级联H桥整流器模型将单相级联H桥整流器网侧电压表达为：
[0016][0017]u
aibi
＝k
i
V
dci
；
[0018]其中，U
s
为单相级联H桥整流器网侧电压；L为单相级联H桥整流器网侧电感值；i
N
为单相级联H桥整流器网侧电流；u
aibi
为单相级联H桥整流器第i个H桥的输出电压；
[0019]V
dci
为单相级联H桥整流器第i个H桥的输出电压值；k
i
为单相级联H桥整流器第i个H桥理想的开关函数；
[0020]经过积分可以求出单相级联H桥整流器网侧电流i
N
表达式为：
[0021][0022]其中，E
m
为交流电源幅值；ω为交流电源角频率。
[0023]优选地，所述单相级联H桥整流器第i个H桥理想的开关函数k
i
的计算方式如下：k
i
＝H
ai
‑
H
bi
；
[0024]其中，H
ai
为单相级联H桥整流器第i个H桥a桥臂的开关函数；H
bi
为单相级联H桥整流器第i个H桥b桥臂的开关函数。
[0025]优选地，所述单相级联H桥整流器第i个H桥a桥臂的开关函数H
ai
是根据单相级联H桥整流器第i个H桥a桥臂的导通情况建立，具体如下：
[0026][0027]所述单相级联H桥整流器第i个H桥b桥臂的开关函数H
bi
是根据单相级联H桥整流器第i个H桥b桥臂的导通情况建立，具体如下：
[0028][0029]优选地，根据单相级联H桥整流器第i个H桥的导通情况，采用开关管的导通信号及电流流向表达开关函数逻辑表达式如下：
[0030][0031]其中，S
i1
为开关管VT
i1
的控制信号，控制信号S
i1
为1时VT
i1
开关管导通，控制信号S
i1
为0时开关管VT
i1
关断；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电流检测的单相级联H桥整流器的故障诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1，对单相级联H桥整流器进行实时的故障监测，在固定的采样周期内对单相级联H桥整流器的网侧电流进行实时采样，得到单相级联H桥整流器网侧电流实测值；所述单相级联H桥整流器包括若干个H桥；所述单相级联H桥整流器中第i个H桥分为两个桥臂，左侧桥臂定义为a桥臂，右侧桥臂定义为b桥臂；其中VT
i1
为a桥臂上方的开关管，VD
i1
为其反向并联二极管；VT
i2
为a桥臂下方的开关管，VD
i2
为其反向并联二极管；VT
i3
为b桥臂上方的开关管，VD
i3
为其反向并联二极管；其中VT
i4
为b桥臂下方的开关管，VD
i4
为其反向并联二极管；步骤S2，计算无故障情况下单相级联H桥整流器网侧电流，得到单相级联H桥整流器网侧电流计算值；步骤S3，采用单相级联H桥整流器网侧电流实测值减去单相级联H桥整流器网侧电流计算值得到单相级联H桥整流器网侧电流误差；步骤S4，根据单相级联H桥整流器网侧电流误差建立单相级联H桥整流器故障诊断模型；步骤S5，计算单相级联H桥整流器故障诊断模型的值，并将其绝对值与设置的阈值th进行比较，若单相级联H桥整流器故障诊断模型的值的绝对值小于等于设置阈值，则表征单相级联H桥整流器没有发生故障，则返回步骤S1；反之，若单相级联H桥整流器故障诊断模型的值的绝对值大于设置阈值，则表征单相级联H桥整流器发生故障，则转入步骤S6；步骤S6，根据单相级联H桥整流器故障诊断模型建立单相级联H桥整流器第i个H桥的故障诊断模型，判断单相级联H桥整流器第i个H桥的故障诊断模型的值的正负情况，若单相级联H桥整流器第i个H桥的故障诊断模型的值为正，表征单相级联H桥整流器第i个H桥发生a类故障；若单相级联H桥整流器第i个H桥的故障诊断模型的值为负，表征单相级联H桥整流器第i个H桥发生b类故障；其中，a类故障为第i个H桥的开关管VT
i1
或开关管VT
i4
故障，b类故障为第i个H桥的开关管VT
i2
或开关管VT
i3
发生故障；步骤S7，建立开关管的故障诊断函数，根据故障的种类对相应开关管进行检测，当相应开关管的故障诊断函数值为0时，则表征该开关管未发生故障，当相应开关管的故障诊断函数值为1时，则表征该开关管发生故障，如此确定了发生故障的开关管。2.根据权利要求1所述的一种基于电流检测的单相级联H桥整流器的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤S2中单相级联H桥整流器网侧电流的计算方式如下：根据单相级联H桥整流器模型将单相级联H桥整流器网侧电压表达为：u
aibi
＝k
i
V
dci
；其中，U
s
为单相级联H桥整流器网侧电压；L为单相级联H桥整流器网侧电感值；i
N
为单相级联H桥整流器网侧电流；u
aibi
为单相级联H桥整流器第i个H桥的输出电压；V
dci
为单相级联H桥整流器第i个H桥的输出电压值；k
i
为单相级联H桥整流器第i个H桥理想的开关函数；经过积分可以求出单相级联H桥整流器网侧电流i
N
表达式为：
其中，E
m
为交流电源幅值；ω为交流电源角频率。3.根据权利要求2所述的一种基于电流检测的单相级联H桥整流器的故障诊断方法，其特征在于：所述单相级联H桥整流器第i个H桥理想的开关函数k
i
的计算方式如下：k
i
＝H
ai
‑
H
bi
；其中，H
ai
为单相级联H桥整流器第i个H桥a桥臂的开关函数；H
bi
为单相级联H桥整流器第i个H桥b桥臂的开关函数。4.根据权利要求3所述的一种基于电流检测的单相级联H桥整流器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢锡锋，邓宇豪，杨帆，凌春香，王江伟，邓海鹰，左江林，罗宇强，谭社平，
申请(专利权)人：广西水利电力职业技术学院，
类型：发明
国别省市：