一种T型三电平并网变换器开路故障诊断方法技术

本发明专利技术提出了一种T型三电平并网变换器开路故障诊断方法，其步骤为：首先，分析T型三电平并网变换器发生开路故障后的运行情况，根据开关状态计算出直流侧电容中点流向各相的电流；其次，计算中点流向各相电流平均值和变换器输出电流平均值，分别将中点流向各相电流平均值、变换器输出电流平均值与设定的阈值比较，定位故障位置；最后，根据故障位置，分为I类故障和II类故障；并分别建立I类故障和II类故障的容错结构，基于模型预测控制策略分别对两类故障进行容错控制。本发明专利技术能快速定位变换器故障功率器件位置，实现故障容错连续运行，提高变换器的可靠性。高变换器的可靠性。高变换器的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
Convers.Congr.Expo.,2019:5502
–
5506.]根据直流侧电容中点电压变化趋势定位故障器件，采用中点电压平衡控制会影响中点电压变化趋势，造成误诊断。文献[Z.Li,B.Zhao,X.Zhang,et al.An IGBT open
‑
circuit fault diagnosis method for grid
‑
tied T
‑
type three
‑
level inverters[J].Proc.IEEE Energy Convers.Congr.Expo.,2020:5324
–
5327.]和文献[Z.Li,H.Ma,Z.Bai,et al.Fast transistor open
‑
circuit faults diagnosis in grid
‑
tied three
‑
phase VSIs based on average bridge arm pole
‑
to
‑
pole voltages and error
‑
adaptive thresholds[J].IEEE Trans.Power Electron.,2018,33(9):8040
–
8051.]提出基于电压模型的故障诊断方法，该方法与调制策略有关，只适用于脉宽调制(PWM)策略。
[0006]变换器故障容错控制的方法主要分为硬件容错和软件容错两类。在文献[KATEBI R，HE Jiangbiao，WEISE N.An advanced three
‑
level active neutral
‑
point
‑
clamped inverter with improved fault
‑
tolerant capabilities[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2018，33(8)：6897
‑
6909.]、[汪玉凤,张影,李爽,等.多电平级联H桥逆变器3N+1冗余容错策略的研究[J].高压电器,2018,54(02):208
‑
212.]、[WANG Borong,LI Zhan,BAI Zhihong,et al.A redundant unit to form T
‑
type three
‑
level inverters tolerant of IGBT open
‑
circuit faults in multiple legs[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2020,35(1):924
‑
939.]中采用了硬件容错的方法，使用第四个冗余桥臂代替故障桥臂进行容错控制，该方法提高了变换器的可靠性，但增加了成本。文献[AZER P,OUNI S,NARIMANI M.A novel fault
‑
tolerant technique for active
‑
neutral
‑
point
‑
clamped inverter using carrier
‑
based PWM[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2020,67(3):1792
‑
1803.]中提出了一种基于载波调制算法的ANPC变换器容错控制策略，可实现单个或多个器件故障容错的功能，但该方法未考虑电容中点电压，故障后直流侧中点电位不稳定。

技术实现思路

[0007]针对上述
技术介绍
中存在的不足，本专利技术提出了一种T型三电平并网变换器开路故障诊断方法，解决了并网变换器运行的可靠性低的技术问题。
[0008]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0009]一种T型三电平并网变换器开路故障诊断方法，其步骤如下：
[0010]步骤一：分析T型三电平并网变换器发生开路故障后的运行情况，根据开关状态计算出直流侧电容中点流向各相的电流；
[0011]步骤二：计算中点流向各相电流平均值和变换器输出电流平均值，分别将中点流向各相电流平均值、变换器输出电流平均值与设定的阈值比较，定位故障位置；
[0012]步骤三：根据故障位置，分为I类故障和II类故障；
[0013]步骤四：分别建立I类故障和II类故障的容错结构，基于模型预测控制策略分别对两类故障进行容错控制。
[0014]所述T型三电平并网变换器的开路故障包括a相桥臂4个功率器件发生开路故障、b相桥臂4个功率器件发生开路故障和c相桥臂4个功率器件发生开路故障。
[0015]所述根据开关状态计算出直流侧电容中点流向各相的电流的方法为：
[0016]根据基尔霍夫电流定律得出：
[0017]i
o
＝i
ao
+i
bo
+i
co
ꢀꢀꢀ
(1)；
[0018]其中，i
o
表示直流侧电容中点流向各相的电流之和，i
ao
为直流侧电容中点流向a相的电流，i
bo
为直流侧电容中点流向b相的电流，i
co
为直流侧电容中点流向c相的电流；
[0019]变换器开关状态定义为：
[0020][0021]其中，x＝a、b、c；P状态表示S
x1
和S
x2
导通，S
x3
和S
x4
关闭；O状态表示S
x2
和S
x3
导通，S
x1
和S
x4
关闭；N状态表示S
x3
和S
x4
导通，S
x1
和S
x2
关闭；
[0022]根据i
xo
与开关状态对应的关系得出：
[0023][0024]其中，i
a
、i
b
和i
c
均变换器输出电流；
[0025]根据式(1)、(2)和(3)，计算i
xo
：
[0026][0027]所述故障位置的定位方法为：
[0028]计算i
xo
的平均电流i
xo_ave
，并将i
xo_ave
与设置的诊断阈值I
thr1
比较；当i
xo_ave
小于
‑
I
thr1
时，故障位于上半桥臂；当i
xo_ave...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种T型三电平并网变换器开路故障诊断方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：分析T型三电平并网变换器发生开路故障后的运行情况，根据开关状态计算出直流侧电容中点流向各相的电流；步骤二：计算中点流向各相电流平均值和变换器输出电流平均值，分别将中点流向各相电流平均值、变换器输出电流平均值与设定的阈值比较，定位故障位置；步骤三：根据故障位置，分为I类故障和II类故障；步骤四：分别建立I类故障和II类故障的容错结构，基于模型预测控制策略分别对两类故障进行容错控制。2.根据权利要求1所述的T型三电平并网变换器开路故障诊断方法，其特征在于，所述T型三电平并网变换器的开路故障包括a相桥臂4个功率器件发生开路故障、b相桥臂4个功率器件发生开路故障和c相桥臂4个功率器件发生开路故障。3.根据权利要求1所述的T型三电平并网变换器开路故障诊断方法，其特征在于，所述根据开关状态计算出直流侧电容中点流向各相的电流的方法为：根据基尔霍夫电流定律得出：i
o
＝i
ao
+i
bo
+i
co
ꢀꢀꢀ
(1)；其中，i
o
表示直流侧电容中点流向各相的电流之和，i
ao
为直流侧电容中点流向a相的电流，i
bo
为直流侧电容中点流向b相的电流，i
co
为直流侧电容中点流向c相的电流；变换器开关状态定义为：其中，x＝a、b、c；P状态表示S
x1
和S
x2
导通，S
x3
和S
x4
关闭；O状态表示S
x2
和S
x3
导通，S
x1
和S
x4
关闭；N状态表示S
x3
和S
x4
导通，S
x1
和S
x2
关闭；根据i
xo
与开关状态对应的关系得出：其中，i
a
、i
b
和i
c
均变换器输出电流；根据式(1)、(2)和(3)，计算i
xo
：4.根据权利要求3所述的T型三电平并网变换器开路故障诊断方法，其特征在于，所述故障位置的定位方法为：计算i
xo
的平均电流i
xo_ave
，并将i
xo_ave
与设置的诊断阈值I
thr1
比较；当i
xo_ave
小于
‑
I
thr1
时，故障位于上半桥臂；当i
xo_ave
大于I
thr1
时，故障位于下半桥臂；
当故障位于上半桥臂时，计算i
a
的平均值i
x_ave
，并将i
x_ave
与诊断阈值I
thr2
比较；...

【专利技术属性】
技术研发人员：金楠，樊武闯，朱妍，郭磊磊，申永鹏，方洁，马润致，贾凯阳，叶青阳，王正伟，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：