[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

说明书

本发明公开一种单相级联H桥整流器开关管开路故障诊断方法，根据系统开关控制信号及交流侧电流极性计算正常工作及不同开关管故障下开关函数；根据级联H桥整流器的电路拓扑，得到单相级联H桥整流器模块输出电流计算模型和状态估计模型，得到输出电流的计算值和估计值。基于不同模块电流残差的故障特征被分离、不同故障诊断变量相互独立的特点，将诊断变量和自适应检测阈值比较即可定位任意故障开关管。本发明可实现在线实时系统中，单相级联H桥整流器在单个或多个开关管故障状态下的实时诊断，而且不受单相级联H桥整流器网压波动、负载变动和运行工况变化的影响；且诊断时间短，可以及时隔离故障，避免系统二次故障的出现。

技术领域

本发明涉及电力牵引交流传动技术领域，具体为一种单相级联H桥整流器开关管开路故障诊断方法。

背景技术

交–直–交传动系统以其友好的网侧特性、良好的牵引性能而被广泛应用于轨道交通电力牵引系统。与传统牵引系统中的工频变压器相比，电力电子牵引变压器(PowerElectronic Traction Transformer，PETT)具有重量轻，体积小，效率高和环境友好等优势，成为未来高速动车组轻量化的最佳选择。一项变流器可靠性的工业调查显示，功率半导体器件是变流器中最脆弱的部分。而且电力牵引传动系统装置运行环境复杂，腐蚀、湿度、温度等长期存在的因素，以及电浪涌、静电等不确定因素都会影响其运行状态。作为PETT的输入级，单相级联H桥整流器中的开关管需要在铁路牵引系统高功率、热应力和电磁干扰环境中长期运行，有更高的故障率，使整个牵引传动系统的正常运行存在很大的风险。目前的器件驱动电路大部分已集成了硬件保护和监测装置来进行短路保护。而开关管开路故障会引起电流畸变，不会使系统立即崩溃，但一段时间后会引起二次故障，造成更大的损失。因此，研究单相级联H桥整流器开关管开路故障的实时诊断对及时确定故障源、提高维修效率、降低维护成本具有重要意义。

在目前的诊断技术中，能够应用于单相级联H桥整流器的诊断方法很少。对于铁路牵引系统的单相整流器而言，需要在尽量不增加传感器的基础上利用控制系统采集和输出的信号实现故障检测和定位。考虑到变流器系统都是由连续变化事件和离散变化事件驱动的，是一个典型的混杂系统。而混合逻辑动态(Mixed Logical Dynamic，MLD)模型是混杂系统的一种建模方法，通过考虑系统的所有控制条件和电流条件，可以建立更精确的系统模型。为此，考虑分析不同H桥模块输出侧电流信息，通过建立模块输出侧电流的计算模型和估计模型，分析不同开关管故障时输出电流残差变化特征，来设计故障诊断算法直接定位故障开关管。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种单相级联H桥整流器开关管开路故障诊断方法，实现单相级联H桥整流器单个或多个开关管开路故障的在线及时诊断，为现有单相级联H桥整流器的故障诊断技术提供新的诊断思路。技术方案如下：

一种单相级联H桥整流器开关管开路故障诊断方法，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：