[发明专利]二极管中点钳位三电平逆变器的器件开路故障诊断电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变器故障检测技术，尤其是涉及一种二极管中点钳位三电平逆变器的器件开路故障诊断电路。

背景技术

多电平变换器是一种通过改变变换器自身拓扑结构来实现高压大功率输出的新型变换器，其无需升降压电路和均压电路。多电平变换器中最典型的是二极管中点钳位（Neutral Point Clamped，NPC）三电平逆变器，其主电路如图1所示。与传统的两电平逆变器相比，二极管NPC三电平逆变器由于输出电压电平数增加，输出波形具有更好的谐波频谱，每个开关器件所承受的电压应力较小，因此二极管NPC三电平逆变器在实际中得到了广泛的应用，比如本溪钢铁厂用于轧机上的变频器、日本700系高速列车、上海磁悬浮列车以及和谐号CRH列车等等。但是，由于二极管NPC三电平逆变器使用了数量比较多的开关器件，因此任何一个开关器件发生故障都可能会导致整个电路停止工作，不仅降低了整个电路的工作可靠性，而且有时甚至会影响到其它电路的安全，造成不可估量的经济损失。综上，如何尽早发现电路的故障对于提高二极管NPC三电平逆变器的工作可靠性具有十分重大的意义。

目前，针对二极管NPC三电平逆变器的电路故障检测方法主要是基于神经网络分析或波形观察分析等方法进行的。西安理工大学的肖刚提出了《三电平逆变器故障诊断研究》，其主要过程为：利用离散傅里叶和小波分析的方法提取故障波形的特征向量，然后用神经网络和支持向量机等智能方法进行故障诊断。该方案实现复杂，而且特征向量的提取必须按调制周期提取，诊断速度比较慢。汤清泉、颜世超、卢松升等人在中国电机工程学报提出了《三电平逆变器的功率管开路故障诊断》（2008，28(21)，26-32），其是通过分析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，而提出的一种根据检测三电平逆变器输出侧PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）电压波形和输出电流极性来诊断功率器件开路故障的故障诊断方案。该方案具有诊断迅速、可靠性高的优点，但其诊断结果并没有精确定位到某个开关器件，而需要再进行人工查找，而且对于PWM电压波形是否异常的判断都是通过人的眼睛对示波器上的显示波形进行观察得到的，很大程度上影响了诊断结果的精确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实现结构简单、诊断速度快，且诊断结果能够精确定位到具体的器件，并能够有效提高二极管中点钳位三电平逆变器的工作可靠性的器件开路故障诊断电路。