[发明专利]基于相电压残差的T型三电平逆变器故障诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于相电压残差的T型三电平逆变器故障诊断方法，其先获取待故障诊断的T型三电平逆变器的三相电压，并对三相电压进行滤波和放大或缩小处理；计算每相参考电压与每相处理后的电压的残差电压；根据每相残差电压中的采样电压值判断每相电路是否发生故障；在发生故障的前提下，通过计算发生异常变化的采样电压值的采样时刻开始的一个时间周期内的残差电压的平均值和正负峰差值；再根据平均值和正负峰差值来判定具体哪一个器件发生了开路故障；优点是其只需获取三个相电压，故障诊断的原始信息比较少，且故障诊断成本低，故障诊断准确率高，故障诊断结果能自动精确定位到具体的器件，从而能有效地提高T型三电平逆变器的工作可靠性。

主权项

1.一种基于相电压残差的T型三电平逆变器故障诊断方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：搭建一个T型三电平逆变器，该T型三电平逆变器为能正常工作的T型三电平逆变器或为已加入了一种开路故障的T型三电平逆变器；其中，已加入的开路故障为12种开路故障中的一种，第1种开路故障～第12种开路故障对应为a相的第一绝缘栅双极型晶体管S_a1、a相的第二绝缘栅双极型晶体管S_a2、a相的第三绝缘栅双极型晶体管S_a3、a相的第四绝缘栅双极型晶体管S_a4、b相的第一绝缘栅双极型晶体管S_b1、b相的第二绝缘栅双极型晶体管S_b2、b相的第三绝缘栅双极型晶体管S_b3、b相的第四绝缘栅双极型晶体管S_b4、c相的第一绝缘栅双极型晶体管S_c1、c相的第二绝缘栅双极型晶体管S_c2、c相的第三绝缘栅双极型晶体管S_c3、c相的第四绝缘栅双极型晶体管S_c4发生开路故障；步骤二：获取该T型三电平逆变器的a相电压、b相电压和c相电压，对应记为U_an、U_bn和U_cn；然后对U_an进行滤波处理以去除高频噪声，将去除高频噪声后的电压记为U'_an；同样，对U_bn进行滤波处理以去除高频噪声，将去除高频噪声后的电压记为U'_bn；对U_cn进行滤波处理以去除高频噪声，将去除高频噪声后的电压记为U'_cn；再以a相参考电压U_refa为基准，对U'_an进行放大或缩小处理，将放大或缩小处理后的电压记为U”_an；同样，以b相参考电压U_refb为基准，对U'_bn进行放大或缩小处理，将放大或缩小处理后的电压记为U”_bn；以c相参考电压U_refc为基准，对U'_cn进行放大或缩小处理，将放大或缩小处理后的电压记为U”_cn；其中，U_an、U_bn、U_cn、U'_an、U'_bn、U'_cn、U”_an、U”_bn、U”_cn、U_refa、U_refb、U_refc的单位均为伏特；步骤三：计算该T型三电平逆变器的a相残差电压，记为U_cca，U_cca＝U_refa‑U”_an；然后判断U_cca中是否存在采样电压值大于+2伏特或小于‑2伏特，若存在，则判定该T型三电平逆变器的a相电路发生故障，再执行步骤四；若不存在，则判定该T型三电平逆变器的a相电路未发生故障，再执行步骤五；其中，U_cca的单位为伏特，获取采样电压值的过程中设定采样周期为T'、采样点数为Num个；步骤四：将U_cca中第1个大于+2伏特或小于‑2伏特的采样电压值的采样时刻作为起始时刻；然后从U_cca中提取起始时刻开始的一个时间周期的电压，记为U'_cca；接着计算U'_cca的平均值和U'_cca的正负峰差值，对应记为U_a,ave和U_a,PN，U_a,PN＝||U_a,pos|‑|U_a,neg||；再根据U_a,ave和U_a,PN判定该T型三电平逆变器的a相电路中发生开路故障的绝缘栅双极型晶体管，若U_a,ave＞0且U_a,PN＞V_th，则判定该T型三电平逆变器中的a相的第一绝缘栅双极型晶体管S_a1发生开路故障，故障诊断结束；若U_a,ave＞0且U_a,PN＜V_th，则判定该T型三电平逆变器中的a相的第二绝缘栅双极型晶体管S_a2发生开路故障，故障诊断结束；若U_a,ave＜0且U_a,PN＞V_th，则判定该T型三电平逆变器中的a相的第三绝缘栅双极型晶体管S_a3发生开路故障，故障诊断结束；若U_a,ave＜0且U_a,PN＜V_th，则判定该T型三电平逆变器中的a相的第四绝缘栅双极型晶体管S_a4发生开路故障，故障诊断结束；其中，T”表示一个时间周期，T”与T'相同，U'_cca、U_a,ave、U_a,PN、U_a,pos、U_a,neg的单位均为伏特，t为时间积分变量，符号“||”为取绝对值符号，U_a,pos表示U'_cca的正峰值，U_a,neg表示U'_cca的负峰值，V_th为设定的电压阈值，V_th的单位为伏特；步骤五：计算该T型三电平逆变器的b相残差电压，记为U_ccb，U_ccb＝U_refb‑U”_bn；然后判断U_ccb中是否存在采样电压值大于+2伏特或小于‑2伏特，若存在，则判定该T型三电平逆变器的b相电路发生故障，再执行步骤六；若不存在，则判定该T型三电平逆变器的b相电路未发生故障，再执行步骤七；其中，U_ccb的单位为伏特，获取采样电压值的过程中设定采样周期为T'、采样点数为Num个；步骤六：将U_ccb中第1个大于+2伏特或小于‑2伏特的采样电压值的采样时刻作为起始时刻；然后从U_ccb中提取起始时刻开始的一个时间周期的电压，记为U'_ccb；接着计算U'_ccb的平均值和U'_ccb的正负峰差值，对应记为U_b,ave和U_b,PN，U_b,PN＝||U_b,pos|‑|U_b,neg||；再根据U_b,ave和U_b,PN判定该T型三电平逆变器的b相电路中发生开路故障的绝缘栅双极型晶体管，若U_b,ave＞0且U_b,PN＞V_th，则判定该T型三电平逆变器中的b相的第一绝缘栅双极型晶体管S_b1发生开路故障，故障诊断结束；若U_b,ave＞0且U_b,PN＜V_th，则判定该T型三电平逆变器中的b相的第二绝缘栅双极型晶体管S_b2发生开路故障，故障诊断结束；若U_b,ave＜0且U_b,PN＞V_th，则判定该T型三电平逆变器中的b相的第三绝缘栅双极型晶体管S_b3发生开路故障，故障诊断结束；若U_b,ave＜0且U_b,PN＜V_th，则判定该T型三电平逆变器中的b相的第四绝缘栅双极型晶体管S_b4发生开路故障，故障诊断结束；其中，T”表示一个时间周期，T”与T'相同，U'_ccb、U_b,ave、U_b,PN、U_b,pos、U_b,neg的单位均为伏特，t为时间积分变量，符号“||”为取绝对值符号，U_b,pos表示U'_ccb的正峰值，U_b,neg表示U'_ccb的负峰值，V_th为设定的电压阈值，V_th的单位为伏特；步骤七：计算该T型三电平逆变器的c相残差电压，记为U_ccc，U_ccc＝U_refc‑U”_cn；然后判断U_ccc中是否存在采样电压值大于+2伏特或小于‑2伏特，若存在，则判定该T型三电平逆变器的c相电路发生故障，再执行步骤八；若不存在，则判定该T型三电平逆变器的c相电路未发生故障，再执行步骤九；其中，U_ccc的单位为伏特，获取采样电压值的过程中设定采样周期为T'、采样点数为Num个；步骤八：将U_ccc中第1个大于+2伏特或小于‑2伏特的采样电压值的采样时刻作为起始时刻；然后从U_ccc中提取起始时刻开始的一个时间周期的电压，记为U'_ccc；接着计算U'_ccc的平均值和U'_ccc的正负峰差值，对应记为U_c,ave和U_c,PN，U_c,PN＝||U_c,pos|‑|U_c,neg||；再根据U_c,ave和U_c,PN判定该T型三电平逆变器的c相电路中发生开路故障的绝缘栅双极型晶体管，若U_c,ave＞0且U_c,PN＞V_th，则判定该T型三电平逆变器中的c相的第一绝缘栅双极型晶体管S_c1发生开路故障，故障诊断结束；若U_c,ave＞0且U_c,PN＜V_th，则判定该T型三电平逆变器中的c相的第二绝缘栅双极型晶体管S_c2发生开路故障，故障诊断结束；若U_c,ave＜0且U_c,PN＞V_th，则判定该T型三电平逆变器中的c相的第三绝缘栅双极型晶体管S_c3发生开路故障，故障诊断结束；若U_c,ave＜0且U_c,PN＜V_th，则判定该T型三电平逆变器中的c相的第四绝缘栅双极型晶体管S_c4发生开路故障，故障诊断结束；其中，T”表示一个时间周期，T”与T'相同，U'_ccc、U_c,ave、U_c,PN、U_c,pos、U_c,neg的单位均为伏特，t为时间积分变量，符号“||”为取绝对值符号，U_c,pos表示U'_ccc的正峰值，U_c,neg表示U'_ccc的负峰值，V_th为设定的电压阈值，V_th的单位为伏特；步骤九：继续对该T型三电平逆变器进行故障诊断。