[發明專利]一種兩電平變流器系統開關器件開路故障診斷方法與系統

有效

• 申請號: 201811011617.8
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109375029B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 彭濤;張境容;陽春華;楊超;陳志文;陶宏偉;秦瑞
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01R31/54
• 分類號: G01R31/54;G01R31/00;G01R31/327
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 魏龍霞

本發明涉及電路故障診斷技術領域，公開了一種兩電平變流器系統開關器件開路故障故障診斷方法與系統，以有效地監測兩電平變流器系統運行狀態，并能及時檢測故障并進行故障位置辨識；本發明的方法包括：建立兩電平變流器中間直流環節電壓的數學計算模型；生成殘差信號；構建故障特征因子，然后設定殘差檢測閾值；比較故障特征因子的絕對值與檢測閾值的大小關系，若在設定時間內，故障特征因子的絕對值均大于檢測閾值，則認為發生故障；切換單刀雙擲開關，將開關器件的驅動控制信號接入輸入信號選擇機構，并重置開關器件的驅動控制信號，然后建立疑似故障位置數組；設定故障診斷閾值判斷發生故障的具體開關器件的位置。

技術領域

本發明涉及電路故障診斷技術領域，尤其涉及一種兩電平變流器系統開關器件開路故障診斷方法與系統。

背景技術

整流器、逆變器、變流器(雙向整流逆變)等裝置在工業生活中的應用日益廣泛，無論是在UPS(Uninterruptible Power System，不間斷電源)、新能源發電(光伏、風電)、電能質量治理(無功、諧波)，還是電動汽車等領域，對系統效率的期望越來越高。在市電等級應用領域中，通常采用的是兩電平變流器拓撲結構。

隨著電力電子元器件及其控制技術的發展，電力電子裝置系統的效率變得越來越高。但隨之而來也產生很多問題，如結構復雜、功率器件繁多等，這些都是導致系統可靠性降低的因素。變速交流驅動器中大約有38％的故障是由于功率半導體器件的故障引起的。例如，功率器件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)的故障主要有短路和開路兩種，其中，短路故障已有成熟的硬件解決方案，即通過檢測IGBT的管壓降，可以準確定位故障管；IGBT開路故障也時有發生，一方面是由于過電流燒毀，導致開路；另一方面是由于接線不良、驅動斷線等原因導致的驅動信號開路。相對于短路故障而言，開路故障發生后往往電動機還能繼續運行，所以不易被發現，但其同樣危害較大，因為此時其余IGBT將流過更大的電流，容易發生過電流故障，且電動機電流中存在直流電流分量，會引起轉矩減小、發熱、絕緣損壞等問題，如不及時處理開路故障，會引發更大的事故。

因此，如何有效地監測兩電平變流器系統運行狀態，并能及時檢測故障并進行故障位置辨識成為急需解決的問題。

發明內容

本發明目的在于提供一種兩電平變流器系統開關器件開路故障診斷方法與系統，以有效地監測兩電平變流器系統運行狀態，并能及時檢測故障并進行故障位置辨識。

為實現上述目的，本發明提供了兩電平變流器系統開關器件開路故障診斷方法，包括以下步驟：

S1：建立兩電平變流器中間直流環節電壓的數學計算模型；

S2：采用相關器件采集所述兩電平變流器中間直流環節電壓的實際值，然后根據所述數學計算模型計算得到所述兩電平變流器中間直流環節電壓的估計值，根據所述估計值與所述實際值生成殘差信號；

S3：根據所述殘差信號構建故障特征因子，然后設定殘差檢測閾值；

S4：比較所述故障特征因子的絕對值與所述檢測閾值的大小關系，若在設定時間內，所述故障特征因子的絕對值均大于所述檢測閾值，則認為發生故障，進入S5，反之，則返回S2，重新檢測故障；

S5：切換單刀雙擲開關，將開關器件的驅動控制信號接入輸入信號選擇機構，并重置所述開關器件的驅動控制信號，然后建立疑似故障位置數組；

S6：設定整流器故障診斷閾值和\或逆變器故障診斷閾值，根據所述疑似故障位置數組與所述整流器故障診斷閾值和\或逆變器故障診斷閾值判斷發生故障的具體開關器件的位置。

作為一個總的技術構思，本發明還提供一種兩電平變流器系統開關器件開路故障診斷系統，包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述方法的步驟。