一种基于预测电流残差的三电平逆变器开路故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于预测电流残差的三电平逆变器开路故障诊断方法，具体为：建立三电平逆变器馈电的电流预测模型，确定代价函数；确定最小代价函数对应的逆变器输出电压矢量，将对应的开关状态输入到逆变器中，预测下一时刻永磁电机的定子电流；比较永磁电机的定子电流和预测定子电流得到预测电流残差，通过预测电流残差和故障检测阈值比较对逆变器是否发生开路故障进行判断；当检测出逆变器发生开路故障，找出最小预测电流残差对应的开关管，比较故障开关管计数矩阵中元素计量数和计数阈值确定故障开关管。本发明专利技术诊断速度快，准确性高，无需增加辅助硬件电路；具有很好的鲁棒性和动态性，故障检测和故障定位阈值设置灵活，能适应复杂运行条件。能适应复杂运行条件。能适应复杂运行条件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预测电流残差的三电平逆变器开路故障诊断方法


[0001]本专利技术属于逆变器故障诊断领域，具体涉及一种基于预测电流残差的三电平逆变器开路故障诊断方法。

技术介绍

[0002]牵引逆变器是列车牵引传动系统的动力核心，其控制性能和可靠性对于高速列车的安全高效运行至关重要。目前，日本新干线、我国的CRH2和CRH380AL型动车组则采用三电平二极管中点箝位型(NPC)拓扑。然而，三电平NPC拓扑存在损耗不均衡及由此引起的结温不平衡问题，导致逆变器的开关频率及输出电流受限。2001年，T.Bruckner等提出使用有源功率开关器件代替NPC拓扑中箝位二极管的方法，从而衍生了三电平有源中点箝位(Active Neutral
‑
Point
‑
Clamped,ANPC)逆变器拓扑。
[0003]ANPC逆变器拓扑的主要优点是具有较多的冗余开关状态，其输出电压具有与NPC相同的谐波特性，同时增加了零电平输出方式及换流路径，为均衡功率器件的损耗分布提供了新的自由度。随着三电平牵引逆变器功率器件数量的增加，其发生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于预测电流残差的三电平逆变器开路故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立三电平逆变器馈电的永磁电机驱动系统电流预测模型，基于电流预测模型和控制目标确定有限集模型预测电流控制的代价函数J；S2、对三电平逆变器输出的电压矢量进行编号，根据k时刻永磁电机定子电流i
d
(k)、i
q
(k)和三电平逆变器电容电压u
c1
(k)、u
c2
(k)得到最小代价函数J
min
对应的逆变器输出电压矢量，将该电压矢量对应的开关状态(S
a
,S
b
,S
c
)输入到逆变器中，同时预测k+1时刻永磁电机的定子电流i
d
(k+1)、i
q
(k+1)；S3、在k+1时刻比较测量的永磁电机的定子电流i
dm
(k+1)、i
qm
(k+1)和预测的定子电流i
d
(k+1)、i
q
(k+1)，得到预测电流残差Δi
dq
，通过预测电流残差Δi
dq
和故障检测阈值α的比较，对逆变器是否发生开路故障进行判断；S4、当检测出逆变器发生开路故障后进行故障开关管的定位：首先建立逆变器单开关管故障下的输出电压模型，基于故障下的输出电压模型得到逆变器单开关管故障条件下的永磁电机驱动系统电流预测模型，进行下一时刻定子电流的预测，定义故障开关管计数矩阵T
fault
，故障开关管计数矩阵的元素k
xj
和逆变器的开关管T
xj
一一对应；S5、计算逆变器单开关管故障条件下的预测电流残差，找出最小预测电流残差对应的开关管，并将开关管对应的故障开关管计数矩阵中元素进行计数，进行故障定位的条件判断，在一个电流基波周期内，当故障开关管计数矩阵的最大元素k
xj
超出故障定位的计数阈值k
det
，表明故障开关管计数矩阵最大元素对应的开关管为故障开关管。2.根据权利要求1所述的一种基于预测电流残差的三电平逆变器开路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：S1
‑
1、基于dq轴同步旋转坐标系建立永磁电机的定子电压数学模型，表示为：其中，u
d
、u
q
为dq轴下的定子电压，R
S
为定子绕组电阻，i
d
、i
q
为dq轴下的定子电流，L
d
、L
q
为dq轴下的定子电感，ω
e
为永磁电机电角度，ψ
f
为永磁体磁链；S1
‑
2、采用一阶向前欧拉法将上述定子电压方程进行离散化处理，得到三电平逆变器馈电的永磁电机电流预测模型为：馈电的永磁电机电流预测模型为：其中，i
d
(k+1)、i
q
(k+1)表示k+1采样时刻下的dq轴定子电流预测值，i
d
(k)、i
q
(k)表示k采样时刻下的dq轴定子电流采样值，u
d
(k)、u
q
(k)表示k采样时刻下的dq轴定子电压，T
s
表示控制周期；直流侧电容电压预测模型为：
其中，u
c1
(k+1)、u
c2
(k+1)表示k+1采样时刻下直流母线电容C1和电容C2的电压预测值，u
c1
(k)、u
c2
(k)表示k采样时刻下直流母线电容C1和电容C2的电压采样值，i
c1
(k)、i
c2
(k)表示k采样时刻下直流母线电容C1和电容C2的电流采样值，C为直流侧电容的容值；S1
‑
3、基于电流预测模型和控制目标确定有限集模型预测电流控制的代价函数：其中，是d轴电流参考值，是q轴电流参考值，λ
dc
表示中性点电位平衡的权重因子。3.根据权利要求2所述的一种基于预测电流残差的三电平逆变器开路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：S2
‑
1、三电平逆变器共27组开关状态，每组开关状态(S
a
,S
b
,S
c
)对应一组输出电压矢量(u
d
，u
q
)，对三电平逆变器输出的电压矢量(u
d
，u
q
)进行编号，逆变器输出电压矢量编号为V，V∈{1,2,
…
,27}；S2
‑
2、计算每组电压矢量对应的代价函数值{J1,
…
,J
27
}；S2
‑
3、找出对应最小代价函数J
min
的逆变器开关状态(S
a
,S
b
,S
c
)，然后直接将该开关状态作为逆变器控制信号输入，控制逆变器开关管的导通和关断；S2
‑
4、根据逆变器开关状态(S
a
,S...

【专利技术属性】
技术研发人员：马光同，李国华，徐帅，任冠州，姚春醒，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：