[發明專利]一種NPC三電平變流器的開關管故障診斷方法

有效

• 申請號: 201710777906.8
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN107656184B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 林鶴云;王沈晟;王克羿;陽輝
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 32204 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 顏盈靜

本發明公開了一種NPC三電平變流器的開關管故障診斷方法，以一相橋臂為檢測單元，針對該橋臂上開關管單個開路故障，以所述相橋臂的開關狀態、輸出電流、流經上下方的外側開關管的電流這四個量為故障特征量，通過位于外側功率器件的外端處的電流傳感器A1檢測流經上方外側開關管的電流的電流值，通過位于輸出線端處的電流傳感器A2檢測輸出電流的電流值和通過位于外側功率器件另一外端處的電流傳感器A3檢測流經下方的外側開關管的電流的電流值，通過所述的三處電流傳感器檢檢測到的輸出電流的電流值和流經上下方外側開關管的電流的電流值推斷出電路內部的電流流經路徑，結合此刻開關狀態，與無故障時對應的電流路徑進行比對，得出開關管開路故障診斷結果。

技術領域

本發明涉及一種NPC三電平變流器的開關管故障診斷方法，屬于電力電子器件故障診斷領域。

背景技術

在變流技術應用中，多電平功率變換技術與傳統兩電平技術相比，具有單個功率器件承受的電壓電流應力更小、輸出的電壓波形更接近正弦波和電流諧波含量較少等顯著優點，特別適用于電力機車驅動、新能源并網、冶金設備操控等大功率傳動領域。其中，二極管箝位型(Neutral Point Clamped,NPC)三電平變流結構是目前技術最為成熟、應用最為廣泛的一種多電平變流拓撲結構。在實際工程應用中，由于變流器的能量密度高、運行工況復雜、半導體器件的可靠性相對較低，變流器的開關管常會發生短路、開路故障，并導致電路無法正常工作，造成更嚴重的損失和危害。綜上，研究二極管箝位型三電平變流器開關管的故障特征，提出相應的故障診斷方法，盡快匯報開關管故障的類型和位置對于提高變流器的可靠性具有重要意義。

目前，對二極管箝位型(NPC)三電平變流器的開關管故障診斷技術的研究主要依據信號處理法和原理分析法這兩種研究路徑。信號處理法一般先對采集于變流器不同位置的電壓、電流信號進行傅里葉變換、小波變換等信號處理提取特征信號，再將特征信號通過神經網絡、貝葉斯模型、支持向量機等方式進行分類，進而確定故障發生的原因和具體的位置。原理分析法則先根據不同工作狀態下的電路拓撲，分析得到電壓、電流的波形，建立對應的知識庫，再將采集到的電壓、電流信號與預先建立的知識庫進行比對，進而判斷故障發生的原因和位置。

信號處理法在處理過程中，對信號長度有一定的要求，同時計算較為復雜，降低了故障診斷的時效性，通過算法模型分類未能對故障機理從原理上進行分析且對算法訓練的要求很高，降低了故障判斷的準確性。原理分析法從故障發生的原理出發，保障了故障判斷的準確性，但現有的原理分析法由于采集到的電壓電流信號有限存在故障位置判斷不夠明確、需要裝設體積較大的電壓傳感器、僅適用于逆變或整流的工作環境等問題。

發明內容

本發明為解決現有技術中存在的不足，提出一種NPC三電平變流器的開關管故障診斷方法，該診斷方法在實際應用中，通過電路原理分析，將路徑判斷簡化為一組邏輯判斷，具有原理明晰、方法簡單、易于實現的優點。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種NPC三電平變流器的開關管故障診斷方法，以一相橋臂為檢測單元，針對該橋臂上開關管單個開路故障，以所述相橋臂的開關狀態、輸出電流、流經上下方的外側開關管的電流這四個量處理為一組故障特征量，通過位于外側功率器件的外端處的電流傳感器A1檢測流經上方的外側開關管的電流的電流值，通過位于輸出線端處的電流傳感器A2檢測輸出電流的電流值和通過位于外側功率器件的另一外端處的電流傳感器A3檢測流經下方的外側開關管的電流的電流值，通過輸出電流的電流值和流經上下方的外側開關管的電流的電流值推斷出電路內部的電流流經路徑，結合此刻開關狀態，與無故障時對應的電流路徑進行比對，得出故障診斷結果。

進一步的，包括以下步驟：

a.NPC三電平變流器有三種工作狀態，分別對應特征信號1、0、-1，特征信號1指僅橋臂上方兩個IGBT導通的狀態，特征信號0指僅橋臂中間兩個IGBT導通的狀態，特征信號-1指僅橋臂下方兩個IGBT導通的狀態；