[发明专利]一种三相四线制逆变器晶体管的开路故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子设备故障诊断技术领域，具体涉及一种三相四线制逆变器晶体管的开路故障诊断方法。

背景技术

三相四线制逆变器在有源滤波、新能源并网、不间断电源等领域得到广泛研究和应用，故提高三相四线制逆变器的可靠性有着重要意义；故障容错是一种提高变换器运行寿命的有效措施，而快速准确的故障诊断是容错运行的前提。行业调查显示，在电力电子变换器中，晶体管被列为最容易失效的元件之一，因此，有很多故障诊断的研究是针对晶体管的，而晶体管开路故障是晶体管常见故障。

目前，针对三相四线制逆变器晶体管开路故障诊断的专利技术比较多，它们大致可以分为四类：基于人工智能的方法、基于电流的方法、基于电压的方法和基于模型的方法。

基于人工智能的方法采用人工智能算法对逆变器中电压、电流等信号进行分析处理，从而实现故障诊断，如基于神经网络的方法(专利申请号201610438466.9)、基于遗传算法的方法(专利申请号201510769410.7)、基于向量机的方法(专利申请号201410005022.7)等；这一类方法应用面广，但计算量大、实现困难、诊断时间长。

基于电压的方法通过直接对逆变器中各种电压信号进行分析处理而诊断，如基于桥臂间电压的方法(专利申请号201610412312.2)、基于线电压包络线的方法(专利申请号201610286526.X)、基于桥臂中点电压光耦检测的方法(专利申请号201010135717.9)等；这一类方法具有诊断速度快、鲁棒性高的优点，但需要额外的传感器和诊断硬件电路。

基于电流的方法则通过直接对逆变器中各种电流信号进行分析处理而诊断，如基于电流轨迹的方法(专利申请号201611111173.6)、基于电流相位和幅值特征的方法(专利申请号201611106907.1)、基于相电流有效值的方法(专利申请号201610532252.8)等；这一类方法优点是需要的信号少，实现简单，但诊断时间长，且通常不能用于能量双向传输的逆变器。

基于模型的方法是通过建立电路模型，利用逆变器中电压、电流、控制量等信息计算出特定的诊断变量来进行诊断，如基于输出功率的诊断方法(专利申请号201310148901.0)、基于观测电流残差的方法(专利申请号201310743597.4)等；这一类方法的诊断速度和鲁棒性依然有待提高。

可见，在不增加额外采样和硬件电路的情况下，实现快速、高鲁棒性的逆变器晶体管开路故障诊断依然是待解决的问题。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种三相四线制逆变器晶体管的开路故障诊断方法，能够在不增加额外采样和硬件电路情况下，实现三相四线制逆变器晶体管开路故障快速、高鲁棒性的诊断。

一种三相四线制逆变器晶体管的开路故障诊断方法，包括如下步骤：

(1)从逆变器控制系统中获取用于诊断的相关电气信息；

(2)对于逆变器的X相，X＝A、B或C，根据上述相关电气信息计算当前时刻X相的期望桥臂中点电压平均值和实际桥臂中点电压平均值并将桥臂中点电压平均值偏差作为诊断变量；

(3)对于逆变器的X相，根据上述相关电气信息估算出当前时刻X相由采样和测量所引起的诊断变量计算误差以及由死区和延时所引起的诊断变量计算误差进而基于和设定当前时刻误差自适应诊断阈值ΔV_th,XL[n]；

(4)根据诊断变量和阈值ΔV_th,XL[n]确定当前时刻逆变器X相的桥臂中点电压平均值偏差极性Δ_XL[n]；

(5)根据当前时刻逆变器三相的桥臂中点电压平均值偏差极性，判断逆变器晶体管是否存在开路故障并定位具体的故障晶体管。

所述步骤(1)中获取到的相关电气信息包括逆变器的直流母线电压、分压电容电压(即与直流低压端连接的电容电压)、每相占空比、每相电流、每相相电压、每相滤波电感和每相串联等效电阻。

所述步骤(2)中根据以下算式计算期望桥臂中点电压平均值

其中：V_dc[n]和V_dc[n-1]分别为当前时刻和前一时刻逆变器的直流母线电压，d_X[n-1]为前一时刻逆变器X相的占空比。

所述步骤(2)中根据以下算式计算实际桥臂中点电压平均值