基于输出相电压模型的T型三电平逆变器IGBT开路故障诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于输出相电压模型的T型三电平逆变器开路故障诊断方法及系统，属于电力电子设备故障诊断技术领域。本发明专利技术根据不同假设的故障下的相位电压模型来定位开路故障，无需执行侵入式操作。所建立的输出相电压模型考虑了中性点电压不平衡和时间偏移注入的影响。通过将疑似的开路故障位置输入到该模型，可以得到假设条件下的相位电压矢量和残差。故障诊断可分为两步：首先，在假设系统正常的情况下，利用相应的电压残差矢量来检测故障组；接着，建立两个假设下的相位电压模型来近似真实的模型来定位故障。此外，还总结了电流零域和非零域条件下的故障定位规则，特别是所提出的假设方法具有正确性验证能力，从而避免了误诊断。了误诊断。了误诊断。

【技术实现步骤摘要】
基于输出相电压模型的T型三电平逆变器IGBT开路故障诊断方法及系统


[0001]本专利技术属于电力电子设备故障诊断
，更具体地，涉及一种基于输出相电压模型的T型三电平逆变器IGBT开路故障诊断方法及系统。

技术介绍

[0002]多电平逆变器由于其谐波特性和系统效率方面的优势，在低压和中等开关频率应用中得到了广泛的应用。T型三电平逆变器(T23L)和中性点箝位三电平(NPC3L)逆变器相对于两电平逆变器来说，拓扑结构相对简单，控制复杂性低，性价比高。但是，多电平拓扑结构增加了IGBT开路故障的风险。
[0003]相比于NPC3L拓扑结构，T23L拓扑在电压应力和容错控制方面有优势。由于功率开关在转换器的组件中相对脆弱，因此对开关故障诊断和容错控制进行了大量研究。正确、快速的故障诊断是容错控制的前提。通常，开关故障可分为短路故障和断路故障。短路故障引起的异常过电流可通过硬件保护电路(如去饱和检测电路)进行检测。驱动信号通过硬件(如门驱动器)锁定，以保护整个系统，从而使短路故障转变为开路故障。开路故障由以下问题引起：内部故障(键合线断裂、焊点断裂和热故障)和外部故障(断线故障、栅极驱动器故障)。开路故障通常表现为电流、电压畸变，如果不立即处理，可能会对其余设备造成进一步损坏。因此，一种有效的开路故障诊断方法对于提高变流器的稳定性和安全性至关重要。
[0004]目前，针对T23L逆变器开路故障诊断尚存在不足，现有的开路故障诊断都会影响已有的控制策略，侵入式操作增加了控制策略和诊断方法之间的耦合关系。而且，目前的诊断方法不具备故障校验功能。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种基于输出相电压模型的T型三电平逆变器IGBT开路故障诊断方法及系统，能够在不影响现有控制系统的前提下，实现开路故障定位和故障诊断结果校验。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于输出相电压模型的T型三电平逆变器IGBT开路故障诊断方法，包括：
[0007]获取考虑直流母线电压不平衡情况下的基本电压矢量V
k
及其持续时间d
k
，获取直流母线电压u
dc1
和u
dc2
、并网电流i
X
和负载电压u
xn
，同时获取滤波电感L
X
和开关周期T
s
，X代表故障相，x代表负载相；
[0008]从变换器侧来说，根据V
k
及其持续时间d
k
基于相电压模型得到正常情况下的相电压V
nor
，由并网电流i
X
、直流母线电压u
dc1
和u
dc2
基于相电压模型得到故障情况下的相电压V
XY
，Y代表故障管位置；从负载侧来说，由负载电压u
xn
、滤波电感L
X
和开关周期T
s
基于相电压模型得到实际的相电压u
Xn
；
[0009]由V
nor
和u
Xn
之间的电压残差ΔV
nor
进行故障检测，由电压残差ΔV
nor
得到故障对F_
code和故障相F_phase，然后由故障对F_code和故障相F_phase进行故障定位，确定故障对中发生故障的开关管，其中，F_code为(S
X1
,S
X3
,S
X2
,S
X4
)的二进制编码，F_phase＝A,B,C；
[0010]当故障相处于非零域状态时，通过|ΔV
nor
|与|ΔV
XY
|比较来定位故障，在两种可能故障假设下的相电压|ΔV
XY
|最接近|ΔV
nor
|时，该故障假设就是真实的故障位置；当故障相处于零域状态时，通过判断两种故障假设下的输出相电压u
Xn_XY
的正负来定位故障，若第一种故障下的u
Xn_XY
为正，而第二种障下的u
Xn_XY
为负，且电流持续为零，则代表第二个故障假设是正确的，其中，非零域状态表示电流为非零i
X
≠0，零域状态表示电流为零i
X
＝0，ΔV
XY
为V
nor
与V
XY
的差值；
[0011]通过将故障诊断结果输入到相电压模型，从变换器侧计算得到故障下的相电压u
Xn_XY
，将其与实际的相电压u
Xn
比较，以确定诊断结果是否正确。
[0012]在一些可选的实施方案中，由V
nor
＝∑V
k
d
k
得到正常情况下的相电压V
nor
，其中，V
k
为考虑直流母线电压不平衡情况下的基本电压矢量，d
k
是考虑时间偏移注入的基本电压矢量持续时间。
[0013]在一些可选的实施方案中，V
XY
由V
nor
与ΔV
XY
的差值得到，其中，ΔV
XY
在不同开路故障下的值为：
[0014][0015]其中，P，O，N为开关状态(S
X1
,S
X3
,S
X2
,S
X4
)，P代表(1，0，0，1)，O代表(0，1，0，1)，N代表(0，1，1，0)，ΔV
k
为期望的基本电压矢量与实际基本电压矢量之间的残差，*代表无关相，为P，O和N中的任意一个，Δd
k
为基本电压矢量残差ΔV
k
的持续时间。
[0016]在一些可选的实施方案中，由u
Xn
[k]＝u
xn
[k]+L
X
(i
X
[k]‑
i
X
[k
‑
1])/T
s
得到负载侧计算的实际的相电压u
Xn
，其中，u
Xn
[k]为k时刻的实际相电压，u
xn
为k时刻的负载电压，L
X
为滤波电感，T
s
为开关周期，i
X
[k]和i
X
[k
‑
1]分别为k时刻和k
‑
1时刻的相电流。
[0017]在一些可选的实施方案中，所述由V
nor
和u
Xn
之间的电压残差ΔV
nor
进行故障检测，包括：
[0018]将ΔV
nor
的幅值与第一预设阈值V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于输出相电压模型的T型三电平逆变器IGBT开路故障诊断方法，其特征在于，包括：获取考虑直流母线电压不平衡情况下的基本电压矢量V
k
及其持续时间d
k
，获取直流母线电压u
dc1
和u
dc2
、并网电流i
X
和负载电压u
xn
，同时获取滤波电感L
X
和开关周期T
s
，X代表故障相，x代表负载相；从变换器侧来说，根据V
k
及其持续时间d
k
基于相电压模型得到正常情况下的相电压V
nor
，由并网电流i
X
、直流母线电压u
dc1
和u
dc2
基于相电压模型得到故障情况下的相电压V
XY
，Y代表故障管位置；从负载侧来说，由负载电压u
xn
、滤波电感L
X
和开关周期T
s
基于相电压模型得到实际的相电压u
Xn
；由V
nor
和u
Xn
之间的电压残差ΔV
nor
进行故障检测，由电压残差ΔV
nor
得到故障对F_code和故障相F_phase，然后由故障对F_code和故障相F_phase进行故障定位，确定故障对中发生故障的开关管，其中，F_code为(S
X1
,S
X3
,S
X2
,S
X4
)的二进制编码，F_phase＝A,B,C；当故障相处于非零域状态时，通过|ΔV
nor
|与|ΔV
XY
|比较来定位故障，在两种可能故障假设下的相电压|ΔV
XY
|最接近|ΔV
nor
|时，该故障假设就是真实的故障位置；当故障相处于零域状态时，通过判断两种故障假设下的输出相电压u
Xn_XY
的正负来定位故障，若第一种故障下的u
Xn_XY
为正，而第二种障下的u
Xn_XY
为负，且电流持续为零，则代表第二个故障假设是正确的，其中，非零域状态表示电流为非零i
X
≠0，零域状态表示电流为零i
X
＝0，ΔV
XY
为V
nor
与V
XY
的差值；通过将故障诊断结果输入到相电压模型，从变换器侧计算得到故障下的相电压u
Xn_XY
，将其与实际的相电压u
Xn
比较，以确定诊断结果是否正确。2.根据权利要去1所述的方法，其特征在于，由V
nor
＝∑V
k
d
k
得到正常情况下的相电压V
nor
，其中，V
k
为考虑直流母线电压不平衡情况下的基本电压矢量，d
k
是考虑时间偏移注入的基本电压矢量持续时间。3.根据权利要去1或2所述的方法，其特征在于，V
XY
由V
nor
与ΔV
XY
的差值得到，其中，ΔV
XY
在不同开路故障下的值为：
其中，P，O，N为开关状态(S
X1
,S
X3
,S
X2
,S
X4
)，P代表(1，0，0，1)，O代表(0，1，0，1)，N代表(0，1，1，0)，ΔV
k
为期望的基本电压矢量与实际基本电压矢量之间的残差，*代表无关相，为P，O和N中的任意一个，Δd
k
为基本电压矢量残差ΔV
k
的持续时间。4.根据权利要去3所述的方法，其特征在于，由u
Xn
[k]＝u
xn
[k]+L
X
(i
X
[k]
‑
i
X
[k
‑
1])/T
s
得到负载侧计算的实际的相电压u
Xn
，其中，u
Xn
[k]为k时刻的实际相电压，u
xn
为k时刻的负载电压，L
X
为滤波电感，T
s
为开关周期，i
X
[k]和i
X
[k
‑
1]分别为k时刻和k
‑
1时刻的相电流。5.根据权利要去4所述的方法，其特征在于，所述由V
n...

【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，张威威，王枭，刘晓宇，何鎏璐，陈铭芸，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：