[发明专利]基于瞬时频率的NPC三电平逆变器开路故障诊断方法

说明书

本发明提供了一种基于瞬时频率的NPC三电平逆变器开路故障诊断方法，涉及电力电器故障诊断领域。该方法通过采集逆变器网侧的三相输出电流，利用加权滑动希尔伯特变换法估计其瞬时频率，结合理论瞬时频率，构建瞬时频率残差值，求瞬时频率残差值的均值；根据逆变器网侧的三相输出电流，求出归一化电流周期均值，用瞬时频率残差值的均值、电流周期均值与设定的故障阈值比较判断其故障类型及种类。本技术发明可以很好的克服数据段之间的“飞翼效应”，实现基于三相输出电流对单个功率开关管进行开路故障诊断。

技术领域

本发明涉及故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于瞬时频率的NPC三电平逆变器开路故障诊断方法。

背景技术

由于NPC型三电平逆变器具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点，因此广泛应用在风能、太阳能等新能源发电领域。然而，由于NPC型三电平逆变器采用了较多的功率开关器件，且长期运行在高温、大电流及高压状态下，因此NPC型三电平逆变器的功率开关器件故障率较高，可靠性较低。为了确保NPC型三电平逆变器的安全可靠的运行，要求对逆变器的功率开关器件的故障诊断及时且准确率高，这样将会使得维修人员及时对故障的功率开关器件进行修理或更换，减少由于功率开关故障带来的经济损失。

NPC型三电平逆变器的功率开关器件的故障可以分为两种故障，开路故障和短路故障。短路故障电流较大且故障发生时间较短，目前技术很难诊断，所以往往在功率开关器件电路中加入快速熔丝，发生短路故障时，熔丝立马被熔断，短路故障便转化为开路故障去诊断处理。当功率开关器件发生开路故障时，故障现象不易被察觉，若某个功率开关器件长期处于开路故障下，其他功率开关器件会发生过电流，接着会导致功率开关器件的发热和绝缘损坏，导致整个NPC三电平逆变器系统的崩溃。同时单个功率开关管发生开路故障的现象最为常见，因此，对单个功率开关管的开路诊断变得尤为重要。

当前对NPC型三电平逆变器的开路故障诊断方法可分为以下几种：

1、电流Park矢量法以及平均电流Park矢量法，可同时检测出功率开关管开路故障并定位，但显然，基于Park矢量轨迹的故障诊断，必须结合复杂的模式识别方法才能实现，不利于算法集成。

2、电流矢量瞬时频率法，可以检测功率开关管开路故障，但不能识别故障功率开关管的位置。

3、专家系统法，基于经验累积，查询知识库即可判断故障类型缺。点在于难以穷尽所有的故障现象并得到完备的故障知识库，而有些故障模态与功率开关管正常工作时的某种状态非常相似，造成难以准确匹配故障。

发明内容

本发明的目的是要解决上述现有技术中存在的问题，具体的，利用加权滑动希尔伯特变换法，消除数据段之间的“飞翼效应”，准确获得三相输出电流的瞬时频率克服NPC型三相逆变器输入端电流幅值以及频率的扰动，并结合相电流均值法直接基于三相输出电流对单个开关管进行开路故障诊断。

本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种基于瞬时频率的NPC三电平逆变器开路故障诊断方法，该诊断方法涉及的NPC三电平逆变器的拓扑结构包括直流电源U_dc、主逆变电路和3个相同的负载电阻；

所述主逆变电路包括2个相同的支撑电容和三相桥臂，所述2个相同的支撑电容分别记为支撑电容C1和支撑电容C2，所述三相桥臂中，每相桥臂包括4个带反向并联二极管的开关管和2个箝位二极管，即三相桥臂共包括12个带反向并联二极管的开关管和6个箝位二极管，12个开关管分别记为V_je，其中j表示相序，j＝a,b,c，e表示开关管的序号，e＝1,2,3,4，6个二极管分别记为D_jg，其中g表示箝位二极管的序号，g＝1,2；所述3个相同的负载电阻分别记为负载电阻R1、负载电阻R2和负载电阻R3；