[发明专利]三相三电平整流器功率开关器件开路故障诊断方法及系统

说明书

本发明公开了一种三相三电平整流器的故障诊断方法及系统，属于电力电子设备故障诊断技术领域，目的是实现对其功率开关器件开路故障的识别与定位。本发明采用相间极电压的期望值和实际值的偏差作为诊断变量，采用一种筛选计算方法对诊断变量进行计算，进而减小了计算误差，保证了诊断的准确性。计算该诊断变量只需要整流器控制系统内已有的电压电流信号，因此无需增加额外硬件即可实现低成本的故障诊断。针对不同的故障特征段采用不同的电压阈值，并根据直流侧电压实时更新电压阈值，提高诊断速度的同时，又能确保较高的鲁棒性。采用一种诊断结果核验的方法扩展了可诊断的故障类型数量，使本发明可以实现对整流器中所有功率开关器件的故障诊断。

技术领域

本发明属于电力电子设备故障诊断技术领域，更具体地，涉及一种三相三电平整流器功率开关器件的开路故障诊断方法及系统。

背景技术

三电平变换器相较于传统的两电平变换器，以其具有更高的效率和更低电流谐波等优点，被广泛应用于高压高功率场合。但是由于其具有更多的功率开关器件，且这些器件长期工作于高频开关状态，因此是变换器中最容易发生故障的环节之一。对于功率开关器件的开路故障，采取容错控制可以使变换器系统维持较高的性能持续运行。而故障诊断是实现容错控制的必要条件，因为对于不同的故障开关需采取不同的容错控制策略。因此，当变换器发生功率开关器件开路故障时，准确和快速地对故障进行识别和定位是提高变换器可靠性的重要措施。

目前，对三电平整流器功率开关器件的开路故障诊断研究主要集中在基于信号的方法、基于模型的方法和基于人工智能的方法。基于信号的方法对故障前后的可测信号进行简单的计算和分析，实现故障定位，根据信号的类型又可以分为电流法和电压法。其中电流法有帕克电流矢量角法、归一化平均电流法和电流零区法等。这些方法原理简单，但诊断速度较慢，且对负载的依赖性强。电压法的诊断速度有所提高，但是通常需要额外的传感器或测量电路对电压进行测量，诊断的成本较高。基于模型的方法建立数学模型对信号进行计算，通过对预测信号和实际信号的残差进行分析来实现故障诊断，因此无需额外硬件，且诊断速度较快，但是其诊断速度和鲁棒性还有待提高。基于知识的方法主要采用小波变换、神经网络、支持向量机等理论对电路中的电压、电流信号进行信号处理和故障分类，实现对故障开关器件的准确定位。这类方法普遍计算量大、诊断速度较慢。

因此，对三相三电平整流器功率开关器件的开路故障诊断方法进行研究，提高诊断方法的速度、适用性和鲁棒性等，具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种三相三电平整流器功率开关器件的开路故障诊断方法及系统，能够对三电平整流器中所有功率开关器件的开路故障实现快速、低成本、高鲁棒性的识别和定位。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种三相三电平整流器功率开关器件的开路故障诊断方法，包括：

(1)选择当前时刻k整流器的X相与Y相之间的相间极电压的期望值和相间极电压的实际值V_XY(k)，将两者的偏差值ΔV_XY(k)作为诊断变量，其中，XY＝AB,BC,CA；

(2)从整流器控制系统中获取诊断所需的电压电流信息，采用筛选方式对诊断变量ΔV_XY(k)进行计算；

(3)根据开关在不同时刻故障时的故障特征，对故障区段进行分类，针对当前故障区段更新当前时刻的诊断阈值TH_XY(k)；

(4)根据诊断变量ΔV_XY(k)和诊断阈值TH_XY(k)判断诊断变量是否超出阈值范围及其极性；

(5)根据上述判断结果对内开关管故障进行识别和定位；

(6)对故障诊断结果进行核验，验证诊断结果是否正确，并对可能被误诊断为内开关管故障的外开关管故障的诊断结果进行修正，实现外开关故障的识别和定位。