[發明專利]基于模型預測的三相逆變器故障在線診斷方法

有效

• 申請號: 201710500276.X
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107192964B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 林瓊斌;曾星嵐;王武;蔡逢煌;柴琴琴
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01R31/40
• 分類號: G01R31/40
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種基于模型預測的三相逆變器故障在線診斷方法，首先建立了閉環控制的逆變器系統參考模型。將模型預測值與實際觀測值做比較得出狀態變量殘差，分析該殘差與閾值的關系，判斷是否發生開路故障并報警，啟動故障診斷器。故障診斷器是根據預設故障情況搭建的在線式診斷機制，對當前異常的狀態變量值進行評估，評選最接近實際狀態的一種故障狀態，準確定位到故障開關器件。本發明公開的一種基于模型預測的三相逆變器故障在線診斷方法，輸入量少、實時性高，無需增加額外的檢測電路，可準確對故障開關器件定位，特別適用于閉環控制的復雜電力電子電路的故障診斷。

技術領域

本發明涉及一種基于模型預測的三相逆變器故障在線診斷方法。

背景技術

電力電子技術日新月異的發展，使得電力電子裝置廣泛地應用于電力系統、交通運輸、航空航天、通信工程、鋼鐵冶金等諸多領域。而隨著技術的日益復雜化，系統的安全可靠性要求越來越高，電子電子裝置常作為生產過程中的關鍵設備。因電力電子裝置故障造成的損失巨大。另一方面，電力電子電路的可靠性對于整個系統來說是較為薄弱的環節，作為能量變換的主體，它的故障率最高，故障造成的后果最嚴重。在故障診斷的基礎上進行冗余設計和容錯控制，對系統改造升級，可以大大提高系統的可靠性。

電壓型逆變器(VSI)被廣泛應用于電機驅動和各種電能質量相關的場合，逆變器輸出電能質量直接關系到設備的工作狀態，工業場合大約有38％的故障是由于電源造成的。其中開關器件的開路故障是最常見的故障，造成開關器件開路的因素有很多，并且開關器件的開路故障將會導致故障相與正常相橋臂的電流紊亂失調，輸出轉矩大幅度脈動，其余開關器件承受電壓不均衡，造成二次故障，最終引起系統崩潰。因此，研究逆變器開路故障的在線診斷對于快速檢測電路故障報警，及時調整容錯控制策略等有著重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于模型預測的三相逆變器故障在線診斷方法，解決了現有的故障診斷方法存在的檢測速度慢，需要額外增加檢測電路，難以準確定位故障開關管等缺點。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于模型預測的三相逆變器故障在線診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：提供一逆變器電力電子系統，包括由功率開關管VT1至功率開關管VT6組成的逆變器，所述逆變器的輸入端并聯有濾波電容，所述逆變器的輸出端連接有負載；所述逆變器的輸出端還設置有電壓傳感器用于檢測逆變器的輸出相電壓v＝[v1,v2,v3]并將所述輸出相電壓v＝[v1,v2,v3]反饋給控制器，所述控制器輸出開關信號S＝[S₁ S₂ S₃ S₄ S₅S₆]經隔離和驅動電路輸出到功率開關管VT1至功率開關管VT6的驅動端，其中，S_i為輸出到功率開關管VTi的驅動端的開關信號，在開關信號S_i中，PWM波形的占空比為D_i，其中，i為自然數且1≤i≤6；

步驟S2：構建逆變器系統電路的參考模型，利用模型觀測器，由當前的開關信號S＝[S₁ S₂ S₃ S₄ S₅ S₆]及占空比D＝[D₁ D₂ D₃ D₄ D₅ D₆]獲取正常工作狀態下期望輸出的狀態變量其中為A相期望變量值，為B相期望變量值，為C相期望變量值；