[发明专利]复杂工况下的三相电压型PWM整流电路故障诊断方法

权利要求书

1.复杂工况下的三相电压型PWM整流电路故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立电压型三相PWM整流电路的状态空间表达式并计算得到电路的四个特征值，电路的四个特征值为

(2)三相电压型PWM整流电路中元件主要有电容、电感及电阻，基于步骤(1)得到的四个特征值表达式，通过设置Y组电路元器件电容C、电感L和电阻R的参数即可计算出每组参数对应的电路特征值(λ_1i，λ_2i，λ_3i，λ_4i)，其中i＝1，2，…，Y；其中，获得电容C、电感L和电阻R在额定电容、电感和电阻的容差范围为±10％内H组的电路特征值(λ_1b，λ_2b，λ_3b，λ_4b)，其中b＝1，2，…，H，HY；从中取得电路特征值变化范围的上边界特征值作为电路特征值故障阈值；

(3)通过Matllat算法完成二进小波的分解，将电路中流经电感元件L电流信号i_L、电容器C的电流信号i_C以及负载电阻R_L的电流信号i_R的分解为低频和高频部分，然后对高频分解系数进行绝对值求和，得到故障特征向量，具体步骤如下：

a)对采集到的i_L，i_C和i_R三种电流信号进行N层Matllat分解，便能得到第1层到第M个高频分解系数，总共N维高频分解系数矩阵d，其中，中m＝1，2，…，M，j＝1，2，…，N；

b)求出每一层高频分解系数序列绝对值的和D_j，设D_j为第j层高频分解系数序列的绝对值之和，则有：

c)三种电流信号根据式(1)计算分别得到的D_jL、D_jC、D_jR构形成故障特征向量，即{D_1L，D_2L，…，D_NL}、{D_1C，D_2C，…，D_NC}、{D_1R，D_2R，…，D_NR}；

(4)基于步骤(2)得到的Y组电路特征值(λ_1i，λ_2i，λ_3i，λ_4i)以及每组特征值对应的故障特征向量{D_1L，D_2L，…，D_NL}、{D_1C，D_2C，…，D_NC}、{D_1R，D_2R，…，D_NR}用作训练样本，即将得到的故障特征向量作为神经网络的输入，电路特征值作为输出，对神经网络进行训练，将训练好的神经网络作为关于电路特征值与故障特征向量的关系模型；

(5)对实际测得的待测电路电流信号i_L、i_C和i_R，利用步骤(3)方法得到故障特征向量，将所得故障特征向量输入步骤(4)所建立的关于电路特征值与故障特征向量的关系模型，则该模型的输出便是待诊断电路的电路特征值；

(6)将步骤(5)得到的待诊断电路的电路特征值与进行对比，当有两个特征值超过阈值时则判定电路发生故障，根据步骤(1)中的特征值表达式计算得出元器件参数，根据元器件参数值即可判断电路中的具体故障元器件，定位出故障位置，从而实现电路的故障诊断。

2.如权利要求1所述的复杂工况下的三相电压型PWM整流电路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤(1)特征值的求法具体为：

首先，将电路中的开关器件等效为单极性开关σ_k；电路中实际电感元件等效为理想电感L和损耗电阻r的串联，电路中的实际电容器等效为理想电容C、电阻R_s和电感L_s的串联；

对于所等效的单极性开关σ_k，其中k＝a、b、c，即：

然后，根据基尔霍夫电压、电流定律建立三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系中的状态空间方程：

其中，i_k为k相输入电流瞬时值；e_k为k相输入电压瞬时值；L为是实际电感元件；r为实际电感元件的损耗电阻；L_s为电容器的等效电感；i_dc为电容两侧电流；R_s为电容器的等效电阻；C为电容器的电容；U_dc表示三相电压型PWM整流电路的输出电压；R_L表示负载电阻；

将式(3)进行Park变换，将低频VSR数学模型建立在dp旋转坐标系中，得到两相旋转坐标(d,p)下的数学模型：

其中，ω为电动势角频率；U_d＝σ_dU_dc、U_q＝σ_qU_dc；i_d、i_q为交流侧电流的dp分量；e_d、e_q为交流侧电压的dp分量；σ_d、σ_q为开关函数σ_k的dp分量；

取状态变量x，控制变量M，电压前馈量N，则三相电压型PWM整流电路的状态空间表达式为：

其中，输出量y＝[U_dc]^T；x＝[i_d i_q i_dc U_dc]^T；M＝[U_d U_q]^T；N＝[e_d e_q]^T；C_s＝[0 0 0 1]；参数矩阵如下：

三相电压型PWM整流电路的特征值就是系统矩阵A的特征值，即式(5)的根：

|λI-A|＝0..............................................(6)；

由式(6)计算得到电路的所述四个特征值。