[发明专利]一种基于模型的CRH3型动车组牵引逆变器IGBT开路故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及牵引传动领域，特别是涉及一种CRH3型牵引逆变器IGBT开路故障的在线诊断。

背景技术

我国高速铁路动车组普遍采用交-直-交传动方式，而在交流传动系统中，相当一部分的故障是由功率器件故障引起的。而功率器件短路故障一般通过硬件转化为开路故障。在IGBT的开路故障发生后，电机仍可以在异常状态下运行一段时间，但若不及时处理，则可能导致严重的后果。因此，研究牵引逆变器IGBT开路故障的在线诊断具有极其重要意义。

目前，对于牵引逆变器IGBT开路故障，已有一些基于模型的方法被提出来。这些方法通过建立牵引逆变器的键合图模型，推导出系统的解析冗余关系，然后通过建立一致性向量和故障特征矩阵来对IGBT开路故障进行分析。但是在两种及两种以上故障发生时，一致性向量与故障之间的关系通常不是一一对应的，所以这些方法不能很好地对两种及两种以上的故障进行检测与定位，进而导致无法及时采取有效措施来避免损失的扩大和事故的发生。

发明内容

为了克服上述的基于模型故障诊断在牵引逆变器IGBT故障诊断的不足，本发明提出一种基于模型的CRH3型动车组牵引逆变器IGBT开路故障诊断方法。该方法能够实现一个IGBT或者两个IGBT同时故障的在线识别与定位，以便能够及时采取容错控制策略，防止故障进一步扩大。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：

一种基于模型的CRH3型动车组牵引逆变器IGBT开路故障诊断方法，利用系统行为约束方程所包含的所有信息来得到当前所有IGBT的开断情况，通过与脉冲序列的对比得到包含了每个IGBT的故障信息的故障识别向量，完成多故障的诊断,包括如下步骤：

步骤1：根据牵引逆变器共流节点或者共势节点的特性建立每个节点的方程，并通过因果路径消去未知变量,若节点方程中除IGBT状态之外的所有变量都可被消去，那么消去未知变量后的节点方程为该系统的系统行为约束方程。

步骤2：将系统参数以及传感器获得数据带入步骤1所得系统行为约束方程，利用最小二乘法对IGBT当前的状态进行辨识。

步骤3：将0/1表示的控制系统给出的IGBT脉冲信号与0/1表示的IGBT当前状态作差，得到含有六个元素的故障识别向量,若故障识别向量中有元素大于0，则判定大于0的元素相应的IGBT发生开路故障。

所述步骤2中采用以下方式对各IGBT的当前开断状态进行辨识：

步骤2-1：初始化系统行为约束方程的残差平方和E_min为一个极大的值，循环变量i＝1，j＝1，k＝1，以及当前IGBT开断状态

步骤2-2：i，j，k分别从1到3计数，表示第m＝9×(k-1)+3×(j-1)+i种可能的IGBT开断状态，m最大为27；

步骤2-3：每次计数后，将相应的IGBT开断状态系统参数以及传感器数据输入系统行为约束方程，计算此时所有系统行为约束方程的残差平方和E²；若E²小于E_min，则将E²的值赋给E_min，并将此时相应的IGBT开断状态赋予否,则回到步骤2；循环结束后，即作为辨识得到的当前IGBT开断状态输出至显示设备或后继处理设备。

附图说明

图1是CRH3型动车组牵引逆变器拓扑结构图。

图1中，U_d是整流后的直流电压；T1、T2、T3、T4、T5、T6为组成逆变器的6个IGBT；D1、D2、D3、D4、D5、D6分别为相应的反并联二极管；R、L、e_a，R、L、e_b，R、L、e_c分别为异步电机等效的三相RL负载及反电动势。

图2是牵引逆变器的键合图模型图。