[發明專利]一種NPC三電平逆變器開關管開路故障診斷方法

有效

• 申請號: 202010524531.6
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111562517B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 許水清;亓君鋒;王巨興;馮莉;陶松兵;丁立健
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01R31/40
• 分類號: G01R31/40;G01R31/54
• 代理公司: 重慶市嘉允啟行專利代理事務所(普通合伙) 50243
• 代理人: 胡柯

本發明公開了一種基于瞬時幅值的NPC三電平逆變器開關管開路故障診斷方法。該發明基于逆變器三相電流的特征，實現逆變器開路故障診斷。對三相電流進行Park變換以及歸一化處理，利用加權滑動希爾伯特變換求得瞬時幅值，利用瞬時幅值和三相電流的周期均值定義故障檢測值，通過故障檢測值和故障閾值從而確定故障類型。該發明利用加權滑動希爾伯特算法有效地克服了數據段之間的端點效應，并且很好的克服了電流信號頻率變化的影響，同時定義故障檢測值對故障進行診斷，降低了計算量和診斷的復雜度。

技術領域

本發明涉及故障診斷技術領域，尤其是一種NPC三電平逆變器開關管開路故障診斷方法。

背景技術

NPC型三電平逆變器具有損耗低、輸出電壓和電流波形諧波含量低、器件應力小、輸出容量大等諸多優點，被廣泛運用在光伏微電網中。然而，在光伏逆變器運行過程中，受環境或其他因素影響可能會發生由高電或高熱應力、驅動電路故障或者導線斷路所造成的開路故障，其中逆變器的功率開關器件在光伏逆變系統中是最容易發生開路故障的薄弱環節。為了保證NPC型三電平逆變器在實際運行環境中的可靠運行，對逆變器的功率開關器件故障診斷的及時性以及準確性提出了更高的要求。這樣將減少維修人員對故障器件的更換或者維修的時間，從而減少由于功率開關器件故障而造成的經濟以及效率問題。

NPC型三電平逆變器的功率開關器件的常見故障可以分為開路故障和短路故障。當發生短路故障時，保護電路會立即對其進行封鎖，利用自身的熔斷器轉化為開路故障；當功率開關器件發生開路故障時，故障現象不易被察覺，會導致輸出波形發生畸變、直流側電壓不平衡甚至會導致整個電路停止工作，使得整個NPC三電平逆變器系統崩潰，造成不可估計的經濟損失。有數據表明，在眾多開路故障類型中，發生單個功率開關管開路故障的幾率最高，因此，我們著重研究單個功率開關管發生開路故障時的故障類型。

當前針對逆變器開路故障診斷方法可分為以下幾種：①電流Park矢量斜率法，在開路故障檢測時，容易受到負載擾動以及瞬時變化等因素的干擾，導致存在較小負載下的漏報以及瞬態變化下的誤報。②開關器件特征參數法，需要引入新的采集點來獲取特征參數，增加了系統的復雜性，不利于系統的可靠性的提高，同時也增加了成本。③歸一化直流法，主要是為了解決故障診斷過程中由于負載擾動導致的誤診問題，利用歸一化直流量完成功率管開路的診斷以及定位，但是計算量較大，存在診斷延遲現象。

發明內容

本發明的目的就是提供一種NPC三電平逆變器開關管開路故障診斷方法。

本發明的目的是通過這樣的技術方案實現的，它包括有

一種NPC三電平逆變器開關管開路故障診斷方法，具體步驟如下：

1)數據采樣：對NPC三電平逆變器一個采樣周期內三相輸出電流進行多次采樣，三相電路分別記為支路a、b、c，則三相輸出電流為i_jh；其中：j＝a,b,c，h為第h次采樣獲得的樣本，h＝1,2,...N,N為一個采樣周期內的最大的采樣次數，N為正整數；

2)計算歸一化Park矢量：對步驟1得到的三相輸出電流i_jh，通過Park變換得到Park矢量經歸一化計算得到歸一化Park矢量其中：j＝a,b,c，h＝1,2,...N；

3)計算瞬時幅均值：將步驟2得到的歸一化Park矢量通過加權滑動希爾伯特算法分解為三角函數形式的復分解信號，并得到三相輸出電流的歸一化Park矢量的瞬時幅值根據進行均值計算得到瞬時幅均值均值μ_j，其中：j＝a,b,c，h＝1,2,...N；

4)將步驟1)得到的三相輸出電流i_jh，經歸一化以及均值計算得到三相輸出電流i_jh的周期均值，三相輸出電流周期均值為ν_j，其中：j＝a,b,c；