[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有效

专利信息
申请号: 201910433520.4 申请日: 2019-05-23
公开(公告)号: CN110133423B 公开(公告)日: 2020-08-07
发明(设计)人: 葛兴来;谢东 申请(专利权)人: 西南交通大学
主分类号: G01R31/52 分类号: G01R31/52
代理公司: 成都信博专利代理有限责任公司 51200 代理人: 刘凯
地址: 610031 四川省成都市*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 单相 级联 整流器 开关 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si1、si2、si3、si4以及交流侧电流iN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ai桥臂,右桥臂记作bi桥臂,定义ai、bi桥臂开关函数Sai和Sbi为:

其中,Ti1为ai桥臂上方开关管,Ti2为ai桥臂下方开关管;Ti3为bi桥臂上方开关管,Ti4为bi桥臂下方开关管;Di1~Di4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Gi表示第i个H桥模块的开关函数:

其中,iN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Gi′计算方法为:

ai桥臂上开关管Ti1开路故障情况,等效为对应控制信号si1=0,则

ai桥臂上开关管Ti2开路故障情况,等效为对应控制控制信号si2=0,则

bi桥臂上开关管Ti3故障情况,等效为对应控制信号si3=0,则

bi桥臂下开关管Ti4故障情况,等效为对应控制信号si4=0,则

2)多个开关管故障情况时,故障H桥模块的开关函数Gi′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Ti1与Ti4故障,等效为对应控制信号si1=0与si4=0,则

若Ti2与Ti3故障,等效为对应控制信号si2=0与si3=0,则

若双管故障发生在不同模块当中,如Ti1与Tj4故障,等效为对应控制信号si1=0与sj4=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Ti1与Ti2故障,等效为对应控制信号si1=0与si2=0,则

若Ti1与Ti3故障,等效为对应控制信号si1=0与si3=0,则

若Ti2与Ti4故障,等效为对应控制信号si2=0与si4=0,则

若Ti3与Ti4故障,等效为对应控制信号si1=0与si3=0,则

若双管故障发生在不同模块当中,如Ti1与Tj2故障,等效为对应控制信号si1=0与sj2=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,Ci为每个H桥模块输出侧支撑电容;ui为输出侧支撑电容两端的电压;ioi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:

iouti_e=GiiN,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ri

ri=iouti_c-iouti_e

根据不同故障条件下的开关函数Gi′和正常条件下的开关函数Gi,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:

ri=(G′i-Gi)iN,rj=(K′j-Kj)iN;i,j=1,2,...,n

其中,rj为第j个H桥模块的电流残差;Kj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KTik与网侧电流的50%作比较:

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

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