[发明专利]一种单相级联H桥整流器开关管开路故障诊断方法

权利要求书

1.一种单相级联H桥整流器开关管开路故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用单相级联H桥整流器的开关管控制信号s_i1、s_i2、s_i3、s_i4以及交流侧电流i_N的极性计算正常情况和不同开关管故障下开关函数：

将单相级联H桥整流器中n个H桥模块左桥臂记作a_i桥臂，右桥臂记作b_i桥臂，定义a_i、b_i桥臂开关函数S_ai和S_bi为：

其中，T_i1为a_i桥臂上方开关管，T_i2为a_i桥臂下方开关管；T_i3为b_i桥臂上方开关管，T_i4为b_i桥臂下方开关管；D_i1～D_i4分别为各开关管的反并联二极管；

用逻辑变量λ描述网侧电流极性变化，并用G_i表示第i个H桥模块的开关函数：

其中，i_N为网侧电流；

根据开关状态表，正常工作情况的系统开关函数计算如下：

其中，表示逻辑变量λ取非；

1)单个开关管故障情况时，故障H桥模块的开关函数G_i′计算方法为：

a_i桥臂上开关管T_i1开路故障情况，等效为对应控制信号s_i1＝0，则

a_i桥臂上开关管T_i2开路故障情况，等效为对应控制控制信号s_i2＝0，则

b_i桥臂上开关管T_i3故障情况，等效为对应控制信号s_i3＝0，则

b_i桥臂下开关管T_i4故障情况，等效为对应控制信号s_i4＝0，则

2)多个开关管故障情况时，故障H桥模块的开关函数G_i′计算方法为：

a)只会使半个周期电流畸变的双管故障：

若双管故障发生在同一个模块当中，且T_i1与T_i4故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_i4＝0，则

若T_i2与T_i3故障，等效为对应控制信号s_i2＝0与s_i3＝0，则

若双管故障发生在不同模块当中，如T_i1与T_j4故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_j4＝0，则

K′_j为第j个H桥模块在故障时的开关函数；

b)使电流整个周期都会发生畸变的双管故障：

若双管故障发生在同一个模块当中，且T_i1与T_i2故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_i2＝0，则

若T_i1与T_i3故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_i3＝0，则

若T_i2与T_i4故障，等效为对应控制信号s_i2＝0与s_i4＝0，则

若T_i3与T_i4故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_i3＝0，则

若双管故障发生在不同模块当中，如T_i1与T_j2故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_j2＝0，则：

步骤2：计算不同故障情况下的单相级联H桥整流器各模块的输出电流状态估计模型，并根据系统结构得到模块输出电流实际值计算模型：

列出单相级联H桥整流器模块输出电流计算模型：

其中，C_i为每个H桥模块输出侧支撑电容；u_i为输出侧支撑电容两端的电压；i_oi为输出侧负载电流；

不同故障情况下的单相级联H桥整流器各模块的输出电流状态估计模型为：

i_{outi_e}＝G_ii_N,i＝1,2,...,n

经上述状态估计方程计算得各个H桥模块的输出电流；

步骤3：获取系统残差：

系统各模块输出电流计算值减去估计值得到输出电流残差r_i：

r_i＝i_{outi_c}-i_{outi_e}

根据不同故障条件下的开关函数G_i′和正常条件下的开关函数G_i，并考虑不同H桥模块的故障，得到不同模块电流残差的理论表达式为：

r_i＝(G′_i-G_i)i_N,r_j＝(K′_j-K_j)i_N；i,j＝1,2,...,n

其中，r_j为第j个H桥模块的电流残差；K_j为第j个H桥模块的开关函数；

步骤4：建立故障诊断算法，实现对单个或双开关管开路故障的准确定位。

2.根据权利要求1所述的单相级联H桥整流器开关管开路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤4具体方法为：

根据故障下的电流残差特征，设计不同开关管的检测变量为：

考虑网侧电流在零电流阶段对故障特征提取产生可能的影响，选择网侧电流额定值的1％作为阈值提取正确的故障诊断特征量：

为开关管的检测变量，k＝1，2，3，4；将获取的故障诊断特征量K_Tik与网侧电流的50％作比较：

如果K_Tik大于阈值并持续3个控制周期，即G_Tik等于1并保持3个控制周期，则判断出对应的开关管T_ik发生开路故障。