[发明专利]一种单相级联H桥整流器开关管开路故障诊断方法

摘要

本发明公开一种单相级联H桥整流器开关管开路故障诊断方法，根据系统开关控制信号及交流侧电流极性计算正常工作及不同开关管故障下开关函数；根据级联H桥整流器的电路拓扑，得到单相级联H桥整流器模块输出电流计算模型和状态估计模型，得到输出电流的计算值和估计值。基于不同模块电流残差的故障特征被分离、不同故障诊断变量相互独立的特点，将诊断变量和自适应检测阈值比较即可定位任意故障开关管。本发明可实现在线实时系统中，单相级联H桥整流器在单个或多个开关管故障状态下的实时诊断，而且不受单相级联H桥整流器网压波动、负载变动和运行工况变化的影响；且诊断时间短，可以及时隔离故障，避免系统二次故障的出现。

主权项

1.一种单相级联H桥整流器开关管开路故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用单相级联H桥整流器的开关管控制信号s_i1、s_i2、s_i3、s_i4以及交流侧电流i_N的极性计算正常情况和不同开关管故障下开关函数：将单相级联H桥整流器中n个H桥模块左桥臂记作a_i桥臂，右桥臂记作b_i桥臂，定义a_i、b_i桥臂开关函数S_ai和S_bi为：其中，T_i1为a_i桥臂上方开关管，T_i2为a_i桥臂下方开关管；T_i3为b_i桥臂上方开关管，T_i4为b_i桥臂下方开关管；D_i1～D_i4分别为各开关管的反并联二极管；用逻辑变量λ描述网侧电流极性变化，并用G_i表示第i个H桥模块的开关函数：G_i＝S_ai‑S_bi其中，i_N为网侧电流；根据开关状态表，正常工作情况的系统开关函数计算如下：其中，表示逻辑变量λ取非；1)单个开关管故障情况时，故障H桥模块的开关函数G_i′计算方法为：a_i桥臂上开关管T_i1开路故障情况，等效为对应控制信号s_i1＝0，则a_i桥臂上开关管T_i2开路故障情况，等效为对应控制控制信号s_i2＝0，则b_i桥臂上开关管T_i3故障情况，等效为对应控制信号s_i3＝0，则b_i桥臂下开关管T_i4故障情况，等效为对应控制信号s_i4＝0，则2)多个开关管故障情况时，故障H桥模块的开关函数G_i′计算方法为：a)只会使半个周期电流畸变的双管故障：若双管故障发生在同一个模块当中，且T_i1与T_i4故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_i4＝0，则若T_i2与T_i3故障，等效为对应控制信号s_i2＝0与s_i3＝0，则若双管故障发生在不同模块当中，如T_i1与T_j4故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_j4＝0，则K_j′为第j个H桥模块在故障时的开关函数；b)使电流整个周期都会发生畸变的双管故障：若双管故障发生在同一个模块当中，且T_i1与T_i2故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_i2＝0，则若T_i1与T_i3故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_i3＝0，则若T_i2与T_i4故障，等效为对应控制信号s_i2＝0与s_i4＝0，则若T_i3与T_i4故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_i3＝0，则若双管故障发生在不同模块当中，如T_i1与T_j2故障，等效为对应控制信号s_i1＝0与s_j2＝0，则：步骤2：计算不同故障情况下的单相级联H桥整流器各模块的输出电流状态估计模型，并根据系统结构得到模块输出电流实际值计算模型：列出单相级联H桥整流器模块输出电流计算模型：其中，C_i为每个H桥模块输出侧支撑电容；u_i为输出侧支撑电容两端的电压；i_oi为输出侧负载电流；不同故障情况下的单相级联H桥整流器各模块的输出电流状态估计模型为：i_{outi_e}＝G_ii_N,i＝1,2,...,n经上述状态估计方程计算得各个H桥模块的输出电流；步骤3：获取系统残差：系统各模块输出电流计算值减去估计值得到输出电流残差r_i：r_i＝i_{outi_c}‑i_{outi_e}根据不同故障条件下的开关函数G_i′和正常条件下的开关函数G_i，并考虑不同H桥模块的故障，得到不同模块电流残差的理论表达式为：r_i＝(G′_i‑G_i)i_N,r_j＝(K′_j‑K_j)i_N；i,j＝1,2,...,n其中，r_j为第j个H桥模块的电流残差；K_j为第j个H桥模块的开关函数；步骤4：建立故障诊断算法，实现对单个或双开关管开路故障的准确定位。