[发明专利]基于ESO-MLD的逆变器开路故障快速诊断系统及其诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于ESO‑MLD的逆变器开路故障快速诊断系统及其诊断方法。该方法首先设计了一种电压扩展观测器，然后根据观测器观测的电压值和实际系统输出的电压值之间的电压残差进行故障检测，通过故障相残差与正常两相残差之间的数值关系来定位故障相和故障管，最后通过Simulink仿真验证了该发明的正确性和有效性。本发明通过逆变器正常工作和故障状态下的电流流向路径建立了逆变器的混合逻辑动态模型，考虑到建模过程中开关信号的死区时间，避免了误诊。同时设计了一种电压扩展观测器，避免了其他硬件路或传感器的引入增加故障率的问题。本发明有效减小了系统中未知干扰和不确定因素对逆变器故障诊断的影响，提高了故障诊断率。

技术领域

本发明属于基于模型的故障诊断技术领域，涉及一种基于ESO-MLD的逆变器开路故障快速诊断系统及其诊断方法。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，含逆变器的电机驱动系统广泛应用于电动汽车、新能源发电、航空等领域。电机驱动系统是由电机、传感器、控制器和逆变器组成，这几部分都有可能发生故障。据统计，34％的电力设备故障是由半导体和焊接故障导致的，而逆变器中至少80％的故障来自于半导体故障。逆变器故障会影响电机驱动系统的正常运行，进而造成经济损失。所以对逆变器开关管故障诊断方法的研究是非常有必要的。

逆变器故障主要分为短路故障和开路故障。逆变器开路故障是由开关管故障或驱动器故障引起的，而且驱动器栅极击穿也可导致IGBT开路故障。短路故障发生的持续时间很短，一般在电路中通过串联快速熔断器将短路故障转化为开路故障进行诊断。电机驱动系统存在外部干扰和不确定因素的问题，可能会导致逆变器出现故障的问题，在实际应用中，逆变器中单个和两个IGBT发生开路故障的情况较多，因此，对单个开关管和两个开关管的开路故障诊断变得极其重要。

当前对电机驱动系统中的逆变器开路故障诊断方法主要有以下几类：

1、基于平均电流Park矢量法的逆变器故障诊断方法，其检测算法过于复杂，不易实现且依赖于负载。2、一种归一化直流电流法，解决了故障诊断对负载的依赖性问题，但此方法在闭环系统中诊断效率较低。3、基于参考电流误差法的逆变器故障诊断方法，该方法利用参考电流与输出电流的差值来进行故障诊断，对负载变化具有一定鲁棒性，但不能用于开环系统。4、基于开关函数模型的逆变器故障诊断方法，但建模时没有考虑开关管的死区时间，容易造成误诊断，而且该方法诊断故障时需要高速光耦器或比较器，成本高。5、基于二阶滑模观测器与混合逻辑动态模型的无电压传感器逆变器开路故障诊断方法，该方法中滑模观测器的抖振现象较为严重。

发明内容

本发明公开了一种基于ESO-MLD的逆变器开路故障快速诊断系统及其诊断方法，解决由于电机驱动系统中未知干扰对逆变器开路故障诊断会产生影响的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

基于ESO-MLD的逆变器开路故障快速诊断系统，包括直流电源U_dc、主逆变电路和三个同样的绕组电阻、定子电感和反电动势；

所述主逆变电路包含直流电源U_dc和三相桥臂，所述三相桥臂中，每相桥臂包含两个IGBT开关功率管、两个反向二极管及其两个快速熔断器；所述主逆变电路共包括六个IGBT开关功率管T1～T6、六个反向二极管D1～D6以及六个快速熔断器F1～F6；所述三个同样的绕组电阻、定子电感和反电动势统一记为R、L、e；

所述三相桥臂中IGBT开关功率管与快速熔断器串联的输入端并联后连接直流电源的正极，即T1和F1、T3和F3、T5和F5连接U_dc正极；所述三相桥臂中IGBT开关功率管与快速熔断器串联的输出端并联后连接直流电源的负极，即T2和F2、T4和F4、T6和F6连接U_dc负极；所述三相桥臂中IGBT开关功率管T1和T2、T3和T4、T5和T6顺序串联；