[发明专利]基于通态电压在线监测电路的故障诊断与状态监测方法

说明书

本发明公开了一种T型三电平变换器通态电压在线监测电路的故障诊断与状态监测方法，属于电力电子设备核心部件故障诊断与可靠性领域，该通态电压在线监测电路，包含电压限幅器电路、绝对值电路，最小值电路和电压比较电路；基于所提出的通态电压在线监测电路，提出了一种两倍开关频率的数据采集方法，能够以最少的器件和采样通道数实现通态电压的精确采集和开关状态信息的获取；基于该通态电压的T型三电平变换器开路故障诊断只需要简单的查找表，无需复杂的特征提取和阈值设置步骤，能够同时实现功率器件故障诊断和状态监测，有利于全面保证3L‑T逆变器的可靠性。实验结果表明，该方法具有测量精度高、响应速度快、故障诊断时间短等优点。

技术领域

本发明属于电力电子设备故障诊断与可靠性领域，更具体地，涉及一种T型三电平变换器基于通态电压在线监测电路的故障诊断与状态监测方法。

背景技术

有三种三电平逆变器拓扑，包括三电平中性点箝位、三电平有源中性点箝位和T型三电平，它们主要用于可再生能源发电、轨道牵引和电机驱动应用。普遍认为，在低压和中压开关频率应用中，T型三电平拓扑比其他拓扑具有更高的效率和更低的成本。根据调查，电源开关故障占转换器系统故障的21％，34％的受访者选择电源开关设备作为电力电子系统中最脆弱的部件。电源开关故障大致分为开路故障和短路故障。由于三电平T型逆变器属于功率开关密集型拓扑，系统发生开路故障的可能性增加。

现有的故障诊断方法和状态监测方法都是完全分开的，这样不利于保障T型三电平变换器运行的可靠性。同时，现有的状态监测方法主要是针对单个开关管，没有针对T型三电平拓扑的状态监测电路的研究。

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T型三电平变换器基于通态电压在线监测电路的故障诊断与状态监测方法，通过T型三电平变换器通态电压在线监测电路降低硬件成本，能够同时实现功率器件故障诊断和状态监测，有利于全面保证T型三电平变换器的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种T型三电平变换器基于通态电压在线监测电路的故障诊断与状态监测方法，包括：

(1)构建通态电压采样硬件电路，以用于测量开关管的通态电压；

(2)基于空间电压矢量调制模式下，采用的采样频率为开关频率的两倍，进行DSP数据采集得到开关管的通态电压；

(3)基于DSP数据采集得到开关管的通态电压进行故障诊断；

(4)基于DSP数据采集得到开关管的通态电压进行状态监测。

在一些可选的实施方案中，步骤(1)包括：

对于桥臂X(X＝A，B，C相)，其通态电压采样硬件电路包含3个模块：用于测量电压u_OX的第一模块包含4个子电路：电压限幅器电路、绝对值电路、最小值电路的第一部分和电压比较器电路；用于测量电压u_PX的第二模块包含3个子电路：电压限幅器电路、绝对值电路和最小值电路的第二部分；用于测量电压u_NX的第三模块包含3个子电路：电压限幅器电路、绝对值电路和最小值电路的第三部分，最小值电路的第一部分、第二部分和第三部分共同组成整体的最小值电路，u_OX为直流侧端点O与端点X之间的电压，u_PX为直流侧端点P与端点X之间的电压，u_NX为直流侧端点P与端点X之间的电压。

在一些可选的实施方案中，电压限幅器电路用于实现电压钳位，电压限幅器电路输入电压u_OX、u_PX、u_NX，输出电压为其限幅后的电压u_{OX_L}、u_{PX_L}、u_{NX_L}；