[发明专利]一种单相级联NPC整流器IGBT开路故障的诊断方法

权利要求书

1.一种单相级联NPC整流器IGBT开路故障的诊断方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤一：分析单相级联NPC整流器的运行模式，分别得到系统中由可控器件IGBT触发引起的电路拓扑变化即控制变迁和由电路状态变化导致不控器件二极管而引起的电路拓扑变化即条件变迁，推导出单相级联NPC整流器的混合逻辑动态模型：

式中：u_aibi表示单相级联NPC整流器交流输入侧的第i个单元的输入电压，δ_L和λ_L分别表示交流侧电流的方向为流入或流出的逻辑量，U_ci1和U_ci2分别表示第i个模块的直流侧支撑电容电压，S_ia1、S_ia2、S_ia3、S_ia4和S_ib1、S_ib2、S_ib3、S_ib4分别表示第i个模块桥臂a和桥臂b的8个IGBT的控制信号即控制IGBT开通关断的逻辑量；

步骤二：通过单相级联NPC整流器的混合逻辑动态模型得到系统的交流侧输入电流和输入电压的估计量，并和系统实测量对比得出系统交流侧输入电压残差和输入电流残差通过理论分析得出当系统第i个单元发生IGBT开路故障时交流侧输入电压残差和输入电流残差的变化规律；

步骤三：当系统第i个模块发生IGBT开路故障时，通过系统交流侧输入电压的残差值结合第i个单元的输入电压突变时刻定位出发生IGBT开路故障的三电平整流单元；当单元i的输入电压的估计值在t₀时刻发生改变时系统电压残差不为0且大于阈值，从此定位出单元i发生开路故障；

步骤四：系统成功定位出故障单元时，借助于已分析出的每一个IGBT发生开路故障时的交流侧输入电流残差的变化规律，运用信号注入法实现开路故障IGBT的精准识别；从而实现对单相级联NPC整流器定位到模块的IGBT开路故障诊断：电流残差变化率为正，此时应注入特定开关信号[1 1 0 0 0 0 0 0]，通过和之前设定的阈值相比较，算法成功识别出发生开路故障的开关管；

步骤一中运用卡诺图将表征电流方向的逻辑量δ_L、λ_L和控制IGBT开通关断的逻辑量S_ix相结合，较好的将控制变迁和条件变迁考虑到混合逻辑动态模型中，进而得出输入电压：

式中：u_aioi、u_bioi分别表示单相级联NPC整流器交流输入侧的第i个单元的a、b桥臂相对于中性点o的电压值，λ_L和δ_L分别表示交流侧电流的方向为流入或流出的逻辑量，U_ci1和U_ci2分别表示第i个模块的直流侧支撑电容电压，S_ia1、S_ia2、S_ia3、S_ia4和S_ib1、S_ib2、S_ib3、S_ib4分别表示第i个模块桥臂a和桥臂b的8个IGBT的控制信号即控制IGBT开通关断的逻辑量；

所述步骤四中，为了精确识别某一个故障单元中具体的开路故障IGBT，需要得出估计输入电流和实测电流i_N表达式，通过基尔霍夫定律和卡诺图得到不同IGBT发生故障时输入电流的残差表达式：

T_ia1开路时的电流残差表达式：

T_ia2开路时的电流残差表达式：

T_ia3开路时的电流残差表达式：

T_ia4开路时的电流残差表达式：

其中T_ia1、T_ia2、T_ia3、T_ia4分别表示第i个模块桥臂a的4个IGBT，表示输入电流估计值和实测值的残差，λ_L和δ_L分别表示交流侧电流的方向为流入或流出的逻辑量，U_dci表示第i个模块的直流侧输出电压，S_ia1、S_ia2、S_ia3、S_ia4和S_ib1、S_ib2、S_ib3、S_ib4分别表示第i个模块桥臂a和桥臂b的8个IGBT的控制信号即控制IGBT开通关断的逻辑量。

2.根据权利要求1所述的一种单相级联NPC整流器IGBT开路故障的诊断方法，其特征在于，所述单相级联NPC整流器模型设定编程环境为MATLAB/Simulink，编程语言为MATLAB/Simulink自身的C语言。