[發明專利]一種NPC三電平逆變器復合開路故障診斷方法

有效

• 申請號: 202110364952.1
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113075585B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 許水清;黃文展;王巨興;程庭莉;何啟航;陶松兵
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01R31/54
• 分類號: G01R31/54
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明公開了一種NPC三電平逆變器復合開路故障診斷方法，屬于故障診斷技術領域。該方法包括以下步驟：建立混合邏輯動態模型、建立新型自適應滑模觀測器、給定一次自適應閾值、一次故障診斷、給定二次自適應閾值和進行二次故障診斷。本發明采用的新型自適應滑模觀測器相較于傳統滑模觀測器減小了趨近滑模面的時間和滑模運動的抖振；該方法采用的自適應閾值提高故障診斷的準確性和魯棒性；該方法通過比較三相輸出電流估計值和三相輸出電流的殘差與自適應閾值的關系，來定義故障檢測特征量和故障定位特征量對NPC三電平逆變器進行故障診斷，并在第一次故障診斷之后繼續進行多開關管故障診斷。

技術領域

本發明涉及故障診斷技術領域，尤其涉及一種NPC三電平逆變器復合開路故障診斷方法。

背景技術

在光伏發電系統中，逆變器發揮著重要的作用。NPC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。盡管NPC三電平逆變器具有上述眾多優點，但由于光伏發電系統所處環境復雜多變，逆變器中功率器件很容易發生故障，嚴重威脅光伏發電系統的安全，而NPC三電平逆變器結構復雜，具有過多電力電子器件，導致了運行時故障率的增大，不僅降低了系統運行的可靠性，而且增加了系統的運行和維護成本。為了保證NPC三電平逆變器在實際運行中的可靠性，對逆變器的開關管故障診斷的快速性和準確性提出了更高的要求。

NPC三電平逆變器的開關管故障主要可以分為短路故障和開路故障，開關管的短路故障由保護電路保護，當系統發生短路故障時保護電路迅速斷開，最終會將開關管短路故障轉換為開路故障，鑒于短路故障時間短，會迅速轉換為開路故障，故只考慮對NPC三電平逆變器開關管開路故障進行診斷。

目前，針對逆變器開路故障的專利技術較多，主要有以下幾類：

1、基于特征提取的方法。此類方法主要利用主成分分析等方法對故障的主要成分進行提取分析，并用智能分類器對故障進行診斷，如基于小波變換的方法和基于瞬時頻率的方法等，具體的相關專利文獻如《一種基于小波分析和SVM的逆變器故障診斷方法》(申請公布號CN 105095566 A)、《基于瞬時頻率的NPC三電平逆變器開路故障診斷方法》(申請公布號CN111077471 A)等，此類方法存在信號處理復雜度大、診斷周期長等問題。

2、基于知識的方法。其基本的理論思想是通過模擬人的思維方式去實現逆變器的故障診斷。如基于神經網絡的方法和基于支持向量機的方法等，具體的相關專利文獻如《一種NPC三電平光伏逆變器開路故障診斷方法》(申請公布號CN108229544A)、《基于優化支持向量機的三電平逆變器開路故障診斷方法.》(申請公布號CN110068776A)等，此類方法存在診斷計算量大、建立知識庫比較難且知識庫維護難度大的問題。

3、基于解析模型的方法。此類方法主要思想是建立逆變器的數學模型，將估計的系統輸出與測量信息進行比較得到殘差，對殘差進行分析以實現變換器的故障診斷，相關專利文獻如《一種基于模型的多電平逆變器參數性故障診斷方法》(申請公布號CN108649600A)等，此類方法存在數學模型要求高，魯棒性差的問題。

綜上所述，現有的技術存在信號處理復雜度大、診斷周期長、計算量大、建立知識庫比較難且知識庫維護難度大、數學模型要求高和魯棒性差等問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種NPC三電平逆變器復合開路故障診斷方法，解決上述現有技術中存在的問題。具體的，利用新型自適應滑模觀測器中的自適應趨近律取代傳統滑模觀測器中的常數趨近律，減小趨近滑模面的時間并減小滑模運動的抖振；利用自適應閾值取代傳統的固定閾值，減小故障診斷時間，提高故障診斷的魯棒性。