[发明专利]基于电压电流残差法的T型三电平APF故障诊断方法

说明书

本发明公开基于电压电流残差法的T型三电平APF故障诊断方法，包括：建立T型三电平有源电力滤波器的数学模型；分别对不同开关管故障时的故障特性进行分析，推导出每个开关管故障对应的电压残差和电流残差特性；对电压残差进行计算工频周期平均值处理得到电压残差标准值；对电流残差进行计算工频周期平均值处理，再进行归一化处理，得到电流残差标准值。将所得到的数据作为逆变器功率器件故障诊断的依据。当三相电压残差标准值绝对值之和大于阈值时，即判定为出现开关管故障；锁定最大电压残差标准值绝对值所在相为故障开关管所在相；通过故障相电压残差标准值的正、负判定开关管所在上、下桥臂。通过电流残差标准值判定故障管为纵向管还是横向管。

技术领域

本发明涉及基于电压电流残差法的T型三电平APF故障诊断方法，属于谐 波治理和逆变器故障诊断技术领域。

背景技术

有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)作为新型谐波抑制装置， 具有补偿谐波频率范围广，跟踪特性优良，动态特性良好，补偿程度可控等优 点，成为新一代电能质量调节装置。然而，其功率开关器件(如IGBT)由于长 时间工作在高频、高温、和高压状态，不免会发生短路或者开路故障。一旦故 障发生，APF不但难以有效补偿电网中的谐波分量，甚至成为一个谐波源，降 低电网电能质量。相比传统的采用两电平拓扑的有源电力滤波器，T型三电平 拓扑的有源电力滤波器所含的IGBT开关管的数量增加了一倍，这意味着T型三 电平APF发生IGBT故障的概率升高了一倍，因此，本发明公开的一种基于电压 电流残差法的T型三电平APF故障诊断方法对解决有源电力滤波器系统乃至采 用T型三电平主电路拓扑的其他系统都有着重大的意义。

现有的逆变器功率开关器件故障诊断方法大部分是针对传统的三相两电平 逆变器拓扑，而针对三电平拓扑的故障诊断技术研究成果却比较少，而且，现 有的研究成果多针对采用传统PWM或者是SVPWM调制方式的逆变器，当采用如 模型预测控制策略这种不需要以上调制技术产生开关触发信号时，现有的故障 诊断方法多不适用。查将逆变器的指令电压和输出电压做差值，得到电压残 差，将逆变器的指令电流和输出电流做差值，得到电流残差。再将电压残差做 求取周期平均值处理，得到电压残差标准值，将电流残差做求取周期平均值和 归一化处理，得到电流残差标准值。在研究中发现，不同的开关管故障条件下，APF的逆变器输出会呈现不同的电压残差标准值特性和电流残差标准值特 性，可以利用这些数据，判断出故障开关管是否存在，以及故障开关管的位 置。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供基于电压电流残差法的T 型三电平APF故障诊断方法，提出提取逆变器输出端的电压残差和电流残差标 准值作为故障诊断的依据，其中电压残差标准值用来诊断是否出现故障、故障 管所在相和故障管是在上桥臂还是下桥臂，电流残差标准值用来诊断故障管是 纵向功率器件还是横向功率器件。

本发明是通过如下技术方案实现的：基于电压电流残差法的T型三电平APF 故障诊断方法，其特征在于，包括：

建立T型三电平拓扑的有源电力滤波器APF的数学模型；

定义T型三电平逆变器的开关函数；

计算不同的开关函数组合对应的APF交流侧输出电压；

定义APF运行时的电压残差和电流残差即

其中为各相指令电压(x＝a,b,c)，u_xn为各相交流侧输出相对于电网中 性点的电压，为各相指令电流，i_cx为各相输出补偿电流；

对不同的开关管故障进行电压电流残差故障特性分析；

对各相电压残差做计算工频周期平均值处理，得到的数据记为电压残差标 准值ΔU_x；