[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

说明书

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。

技术领域

本发明涉及一种逆变器故障检测技术，尤其是涉及一种基于相电压残差的T型三电平逆变器故障诊断方法。

背景技术

多电平逆变器已越来越多地应用于宽范围的功率场合。相对于传统的两电平逆变器，多电平逆变器能够获得更多电平，具有更少的谐波，而且可以降低器件对电压应力的要求。近年来，有学者提出了一种称为T型中点钳位三电平逆变器(T-type neutral-point-clamped inverter，下文简称T型三电平逆变器或者TNPC)的拓扑结构，其主要应用于太阳能、电动汽车逆变器等高效率场合。在电路运行过程中，因过载、温升、不规范操作等原因，会导致电路出现各种故障，其中半导体开关器件的故障是最常见的一种。由于多电平逆变器中的半导体开关器件会随着输出电压电平增加而增加，这些半导体开关器件中只要其中一个出现故障，那么整个多电平逆变器就会失效甚至引起严重的后果，因此，对多电平逆变器进行故障诊断研究是非常有必要的。

目前，国内外针对T型三电平逆变器的故障诊断问题已开展了不少研究。例如：Ui-Min Choi、Kyo-Beum Lee、Frede Blaabjerg等人在IEEE Transactions on IndustryApplications(IEEE工业应用学报)中发表的Diagnosis and tolerant strategy of anopen-switch fault for T-type three-level inverter systems(T型三电平逆变器系统开路故障的诊断和容错策略)(2014,50(1):495-508)，提出了一种开关管开路故障诊断方法，其采集三个相电流，并分别计算三个相电流的平均值的极性，然后判断输入直流中点电压的极性，根据相电流和中点电压极性的不同组合，可以确定电路中哪个开关器件发生开路故障。该方法不需要复杂的算法，具有可靠性高的优点。但是，该方法既要检测电路的电流，又要检测电路的电压，在故障诊断过程中需要选取的故障特征种类比较多，实际实现时诊断成本较高，诊断系统的硬件电路比较复杂。

又如：V.Fernao Pires、D.Foito、Tito G.Amaral等人发表在2015InternationalConference on Renewable Energy Research and Applications(2015年可再生能源研究与应用国际会议)上的文章Fault detection and diagnosis in a PV grid-connectedT-type three level inverter(光伏并网T型三电平逆变器的故障检测与诊断)(2015:933-937)，提出了一种基于柱状图(histogram)的开关器件开路故障诊断方法，其首先检测三个输出的相电压，然后将相电压的每个电平都通过一定的算法利用柱状图表示出来，再经过一个计算重心的算法将柱状图的重心计算出来，再根据计算出来的重心值的不同，判断是哪一个开关器件发生了故障。该方法只需要检测三个电流信号，不受负载的影响，其余都是通过软件计算完成的，但是提出的软件算法还是相对比较复杂，而且软件系统必须增加包括单片机最小系统等在内的硬件电路。