[发明专利]一种单相级联NPC整流器IGBT开路故障的诊断方法

说明书

一种单相级联NPC整流器IGBT开路故障的诊断方法，首先通过电流方向和IGBT控制信号建立单相NPC纹联整流器的混合逻辑动态模型，然后，通过模型估计初交流侧输入电压和输入电流，最后通过电压残差定位找出故障单位，通过电流残差变化识别故障IGBT。本发明考虑到高压大功率、强电磁环境对电力电子变压器的影响，具有诊断速度快，诊断结果更精确，不需要较多数据等特点。

技术领域

本发明属于电力电子器件的可靠性技术领域，涉及到电力电子变压器AC端级联多电平NPC整流器故障估计模型，控制变迁和条件变迁对估计模型的影响，以及输入电流残差变化率在发生故障后的变化规律，具体涉及一种单相级联NPC整流器IGBT开路故障的诊断方法。

背景技术

电力电子变压器相比传统工频变压器有较多优点，例如体积小、质量轻、和输出电压稳定可控。但是，作为电力电子变压器AC端的多电平变换器，单相级联NPC整流器有较多半导体功率器件且运行在高压大功率和强电磁干扰等复杂环境下，所以研究电力电子变压器中AC端级联NPC整流器的IGBT开路故障具有重要意义。采用基于模型的方法分析级联整流器的IGBT开路故障是快速有效的故障诊断方法。安群涛，孙立，赵克等在中国电机工程学报中的文章设计了简单电路，提出了一种基于开关函数模型对逆变器进行IGBT开路故障的诊断。蒲俊楷，葛兴来等在电机工程学报中提出一种基于混合动态模型对变换器进行数学模型建模，通过故障后的残差变化率和诊断变量的方法定位故障的IGBT。然而现有的对级联三电平NPC整流器进行故障诊断的方法大多是基于信号和基于知识的方法，需要分析大量的数据后进行故障定位和识别，期间可能对其它器件造成二次故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种单相级联NPC整流器IGBT开路故障的诊断方法，旨在更合理的定位和识别单相级联NPC整流器的故障IGB，更完善更准确地解决电力电子变压器故障诊断问题。

本发明的目的是这样实现的：一种单相级联NPC整流器IGBT开路故障的诊断方法，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；