[发明专利]一种动车组四象限脉冲整流器IGBT开路故障诊断方法

说明书

本发明提供了一种动车组四象限脉冲整流器IGBT开路故障诊断方法，包括以下步骤：建立四象限脉冲整流器的切换系统模型；分析各种IGBT开路故障下的等效开关序列，建立每种故障下的故障电流观测器；将每个观测得到的故障电流和实际电流进行作差，得到四个残差，组成故障识别向量；若故障向量中有元素小于阈值，说明实际电流和相应故障电流一致，系统发生相应的故障。本发明方法可以在任意IGBT发生故障时快速准确地对故障进行检测、定位，并且解决了基于模型方法在本领域无法区分对角IGBT故障的问题，以便能够及时采取容错控制策略，防止故障进一步扩大。

技术领域

本发明涉及牵引传动领域，特别是一种动车组四象限脉冲整流器IGBT开路故障诊断方法。

背景技术

相比于直流传动系统，交流传动系统具有牵引力大、黏着利用好、制动性能优越以及维修量小等优点，因而我国的高速动车组基本为交流传动机车。交流传动系统中，功率器件IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是最为脆弱的一个环节。若整流器中的IGBT发生开路故障，网侧电流将发生畸变、功率因数下降、直流侧电压幅值降低和脉动增大，严重影响整个系统的运行安全。因此，研究四象限脉冲整流器IGBT开路故障的在线诊断具有极其重要意义。

实际中，由于逆变器的广泛应用，其IGBT故障的问题已得到很好的解决，但基于四象限脉冲整流器中的IGBT故障研究非常少。目前，对于整流器中IGBT开路故障，虽然已有一些基于模型的方法被提出，但是存在无法区分对角IGBT故障的问题。

发明内容

本发明提供了一种动车组四象限脉冲整流器IGBT开路故障诊断方法，该方法不仅能快速准确地对任意IGBT故障进行检测、定位，并且解决了基于模型方法在本领域无法区分对角IGBT故障的问题，以便能够及时采取容错控制策略，防止故障进一步扩大。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种动车组四象限脉冲整流器IGBT开路故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤1：根据四象限脉冲整流器拓扑结构，建立四象限脉冲整流器切换系统模型，用以描述四象限脉冲整流器系统连续-离散特性；

定义u_N是网侧交流电压；T₁、T₂、T₃、T₄为组成整流器的4个IGBT；R_N、L_N分别是漏电阻和漏电感；L₂、C₂分别为谐振环节相应的电感、电容；C_d为直流侧支撑电容，R_d为等效负载电阻；u_ab、u_dc是整流输入电压和输出电压；i_N、i_d分别是网侧电流和整流后的输出电流，建立的空间状态模型为：

其中，A为系统矩阵，B为输入矩阵；由于整流器的输入电压u_ab不能直接获取，利用u_dc来表示u_ab；整流器的输入电压u_ab的取值有-u_dc，0，u_dc三种情况，将式(1)变换成式(2)：

B_σ(ψ)根据系统不同的工作模式发生改变，其由控制序列ψ决定；

ψ＝Φ((σ₁,τ₁),(σ₂,τ₂),...,(σ₁₈,τ₁₈)) (3)