[发明专利]基于电压空间矢量的三相整流器开路故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于电压空间矢量的三相整流器开路故障诊断方法，建立无开路故障情况下电压空间矢量数学表达式；建立单管和双管开路故障情况下畸变电压空间矢量数学表达式；根据正常情况下产生的电压空间矢量和畸变电压空间矢量的线性特征，确定无开路故障、单管开路故障、双管开路故障时产生的所有可能的电压空间矢量，编号后得到不同情况下对应的电压空间矢量编号；采集系统一个基波周期内三相电压进行Clark变换，得到系统一个基波周期内所产生的电压空间矢量，编号后对比不同情况下的电压空间矢量编号，进行故障开关管的诊断定位。本发明提高了诊断定位的准确性，以及系统的可靠性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种基于电压空间矢量的三相整流器开路故障诊断方法，属于整流器开路故障诊断技术。

背景技术

随着电力电子技术的发展，三相PWM整流器具有正弦化的输入电流、能量双向流动、可调的直流电压等特点，在海上风力发电、新能源电动汽车等中、大功率场合领域得到广泛应用。在风力发电系统可靠性研究中，相关调查表明，功率整流器由于需要在恶劣环境下长时间持续工作，以及其门极信号的不可靠性，导致其成为最容易发生故障的器件。功率整流器故障分为门极信号缺失故障、短路故障以及开路故障。门极信号缺失故障一般是间歇性的，可能对导致短暂的短路故障或者开路故障；短路故障会产生电流突增现象，一般会在电路中串联快速熔丝，使短路故障变为开路故障，以减小对系统的损坏；开路故障虽然不会导致系统瞬时损坏，但会引起三相电流畸变、直流侧电压脉动等问题。由此，无论功率整流器发生哪一种故障，最后都会转换为开路故障，这就要求系统能够快速准确地检测出开路故障并对故障开关管进行定位。

目前功率整流器开路故障诊断方法可以分为：基于电流量的诊断方法和基于电压量的诊断方法。基于电流量的诊断方法受负载影响较大，对于一些小电流系统无法做出较好的判断，因而一般需要通过额外的算法或者控制方法对其进行改进。基于电压量的诊断方法受负载变化，风速变化影响小，在一定程度上提高了故障诊断的精度，但基于电压的诊断方法，目前对多管故障的定位效果较差，需要依赖阈值进行判断，计算量较大，数据存储要求高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电压空间矢量的三相整流器开路故障诊断方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于电压空间矢量的三相整流器开路故障诊断方法，包括如下步骤：

步骤1、建立无开路故障情况下电压空间矢量数学表达式；

步骤2、建立单管和双管开路故障情况下畸变电压空间矢量数学表达式；

步骤3、根据正常情况下产生的电压空间矢量和畸变电压空间矢量的线性特征，确定无开路故障、单管开路故障、双管开路故障时产生的所有可能的电压空间矢量；

步骤4、对无开路故障、单管开路故障、双管开路故障时产生的所有可能的电压空间矢量进行编号，得到不同情况下对应的电压空间矢量编号；

步骤5、采集系统一个基波周期内三相电压值；

步骤6、对步骤5所采集的三相电压进行Clark变换，得到系统一个基波周期内所产生的电压空间矢量；

步骤7、按照步骤4的编号规则，得到步骤6中电压空间矢量对应的编号；

步骤8、比较步骤7中得到的编号和步骤4中不同情况下的电压空间矢量编号，对开路故障进行判断并对故障开关管进行定位。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明针对不同开关管开路故障建立不同的数学模型，降低了误判的概率，提高了系统的可靠性；2)本发明只需要将出现的电压矢量编号与分析所得的电压矢量编号进行对比即可对开路故障进行判断以及定位，计算量极小，对系统的数据存储能力没有要求；3)本发明不需要任何阈值的设定，无需考虑由于阈值带来的误判问题；4)本发明可以应用于任何风速、任何负载的情况，所设计的诊断方法不受风速和负载影响，系统鲁棒性强。