[发明专利]一种级联H桥多电平逆变器的故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种级联H桥多电平逆变器的故障诊断方法，首先要对级联H桥多电平逆变器系统建立混合逻辑动态模型，并通过电流滑模观测器来预测正常工作状态下的输出侧电流值。通过比较实际系统的输出和观测器的输出得到残差信号，对残差信号进行分析得出故障所属的类别，之后对故障状态下的输出电流进行小波包分解，得到小波包能量谱，再经主成分分析降维后，得到故障特征向量，然后，针对每个故障类别中的若干种故障对该故障类别所对应的SVM进行训练。最后利用故障所属类别中的已训练好的SVM进行故障辨识，从而完成故障诊断。

技术领域

本发明属于电力电子变换器故障诊断领域，具体涉及一种级联H桥多电平逆变器的故障诊断方法。

背景技术

传统的两电平逆变器容量小，不适用于大功率场合，且有着直流母线电压低、开关应力大等缺点。为了克服这些缺点，使逆变器可以应用到更多的场合，有学者提出了级联H桥逆变器结构。

级联型多电平逆变器具有模块化、易扩展的优点。但多电平电路使用了数量较多的开关器件，这些开关器件的工作环境大多为高功率场合，开关器件的损坏率较高，最常见的就是一个或两个开关器件发生开路故障。故障一旦发生有可能导致整个电路停止工作，造成巨大的经济损失，甚至有可能造成灾难性的事故。因此，对级联H桥多电平逆变器的故障诊断研究十分重要。而现有的故障诊断方法效率和准确率往往都不够高，且对故障特征相似的故障的辨识度不高。

本发明针对级联H桥多电平逆变器开关管开路故障，提出了一种基于残差信号和小波包分解SVM的故障诊断方法，可以对单个或两个开关管的开路故障进行快速的、高准确率的故障定位，对于某些故障特征相似的故障类型也可以非常准确地进行定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种级联H桥多电平逆变器的故障诊断方法，解决了现有的故障诊断方法的效率和准确率往往都不够高，且对故障特征相似的故障的辨识度不高的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种级联H桥多电平逆变器的故障诊断方法，包括如下步骤：

步骤一，建立级联H桥多电平逆变器的混合逻辑动态模型，将输出侧电流作为故障诊断的特征量；

步骤二，根据步骤一中建立的混合逻辑动态模型，将每种故障状态与正常状态比较，得到理论残差信号；

步骤三，通过电流滑模观测器来预测正常工作状态下的输出侧电流值，比较实际系统的输出和观测器的输出得到残差信号，对残差信号进行分析得出故障所属的类别；

步骤四，对故障状态下的输出电流进行小波包分解，得到小波包能量谱，再经PCA降维，得到故障特征向量，最后利用故障特征向量对每种故障类别中的SVM进行训练；

步骤五，利用已训练完成的SVM进行故障定位。

作为本发明的进一步方案，步骤一中混合逻辑动态模型的建立方法为：

以S_ij代表开关管的状态，S_ij＝1表示开关管导通，S_ij＝0表示开关管关断；

其中i为一个逆变电路中的第i个开关管，i＝1，2，3，4；j为一个级联逆变系统中第j个模块，j＝1，2，3...N；

结合基尔霍夫电压定律，求得级联H桥多电平逆变器系统的混合逻辑动态模型。

作为本发明的进一步方案，步骤二中理论残差信号的求取方法为：

每种故障状态均为一个或两个开关管发生开路故障，即：使相应的S_ij＝0，据此求得各种故障状态下的混合逻辑动态模型；

将求得的每种故障状态的混合逻辑动态模型与正常工作状态的混合逻辑动态模型相比较，得到每个故障所对应的理论残差信号。