[发明专利]基于模型预测的三相逆变器故障在线诊断方法

摘要

本发明涉及一种基于模型预测的三相逆变器故障在线诊断方法，首先建立了闭环控制的逆变器系统参考模型。将模型预测值与实际观测值做比较得出状态变量残差，分析该残差与阈值的关系，判断是否发生开路故障并报警，启动故障诊断器。故障诊断器是根据预设故障情况搭建的在线式诊断机制，对当前异常的状态变量值进行评估，评选最接近实际状态的一种故障状态，准确定位到故障开关器件。本发明公开的一种基于模型预测的三相逆变器故障在线诊断方法，输入量少、实时性高，无需增加额外的检测电路，可准确对故障开关器件定位，特别适用于闭环控制的复杂电力电子电路的故障诊断。

主权项

1.一种基于模型预测的三相逆变器故障在线诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：提供一逆变器电力电子系统，包括由功率开关管VT1至功率开关管VT6组成的逆变器，所述逆变器的输入端并联有滤波电容，所述逆变器的输出端连接有负载；所述逆变器的输出端还设置有电压传感器用于检测逆变器的输出相电压v＝[v1,v2,v3]并将所述输出相电压v＝[v1,v2,v3]反馈给控制器，所述控制器输出开关信号S＝[S₁ S₂ S₃ S₄ S₅ S₆]经隔离和驱动电路输出到功率开关管VT1至功率开关管VT6的驱动端，其中，S_i为输出到功率开关管VTi的驱动端的开关信号，在开关信号S_i中，PWM波形的占空比为D_i，其中，i为自然数且1≤i≤6；步骤S2：构建逆变器系统电路的参考模型，利用模型观测器，由当前的开关信号S＝[S₁ S₂ S₃ S₄ S₅ S₆]及占空比D＝[D₁ D₂ D₃ D₄ D₅ D₆]获取正常工作状态下期望输出的状态变量其中为A相期望变量值，为B相期望变量值，为C相期望变量值；步骤S3：将电压传感器采集的当前周期的三相输出变量实际值x＝[x_a x_b x_c]^T与所述期望输出的状态变量进行比较，获得三相状态变量残差z＝[z_a z_b z_c]^T，具体如下：步骤S4：利用Park坐标变换将三相静止abc坐标系下的z_a、z_b和z_c变换为两相旋转dq坐标系下的z_d和z_q，再根据式求出三相状态变量残差z的特征幅值将所述幅值与阈值σ相比较，若则电路发生故障，否则电路工作正常，开始下一周期的诊断；步骤S5：若判定电路发生故障，发出报警信号，并且启动故障诊断器，进行故障类型识别与定位，具体如下：步骤S51：首先获取当前周期传感器测量的实际输出电压V＝V(k)＝[V_a V_b V_c]；步骤S52：获取当前周期控制器输出各开关信号的占空比D＝D(k)＝[D₁ D₂ D₃ D₄ D₅ D₆]；步骤S53：读取已知故障的开关序列S_F＝[S_F1 S_F2 S_F3 S_F4 S_F5 S_F6]，其中有一个功率开关器件开路导致的输出变化的开关管故障有6种情况；有两个功率开关器件同时开路导致的输出变化的开关管故障有15种情况；有三个功率开关器件同时开路导致的输出变化的开关管故障有18种情况；共计故障开关序列有39种；步骤S54：初始化目标函数g_op；步骤S55：由式V_F＝S_F·D·V_dc，求取每种开关管故障状态下的可能故障输出V_F(j)，保存结果，其中j为自然数且1≤j≤m，m为开关器件的故障类型数；步骤S56：由式对第j种故障分别求取目标函数，保存结果；步骤S57：对g(j)进行比较，选取其中的最小值，保存该状态下的开关序列S_F＝[S_F1 S_F2 S_F3 S_F4 S_F5 S_F6]；在线查询所对应的开关故障序列；步骤S58：报警显示故障开关管序号，完成故障开关器件的诊断与定位。