[发明专利]基于红外热成像技术的多电平逆变器故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于红外热成像技术的多电平逆变器故障诊断方法，其获取多电平逆变器工作时的红外热成像图像；然后对红外热成像图像中截取的有效矩形部分进行背景去除，得到热点图像；接着对热点图像转换成的灰度图像进行分割处理，得到多幅矩形灰度热点图像；之后提取出每幅矩形灰度热点图像中的最热点，并将最热点的灰度温度值转换为真实温度值；再根据每幅矩形灰度热点图像中的最热点的真实温度值及其绝对误差和相对误差的归一化值，计算综合评价指标；最后根据每幅矩形灰度热点图像的综合评价指标，确定对应的开关器件是否出现了故障；优点是诊断结果能够精确定位到具体的开关器件，且其无需电压或电流或电压和电流作为故障诊断的参数。

技术领域

本发明涉及一种逆变器故障检测技术，尤其是涉及一种基于红外热成像技术的多电平逆变器故障诊断方法。

背景技术

多电平变换器是一种通过改变变换器自身拓扑结构来实现高压大功率输出的新型变换器，其无需升降压电路和均压电路。多电平变换器中最典型的是二极管中点钳位(Neutral Point Clamped，NPC)三电平逆变器，其主电路如图1所示。与传统的两电平逆变器相比，二极管NPC三电平逆变器由于输出电压电平数增加，输出波形具有更好的谐波频谱，每个开关器件所承受的电压应力较小，因此二极管NPC三电平逆变器在实际中得到了广泛的应用，比如本溪钢铁厂用于轧机上的变频器、日本700系高速列车、上海磁悬浮列车以及和谐号CRH列车等等。但是，由于二极管NPC三电平逆变器使用了数量比较多的开关器件，因此任何一个开关器件发生故障都可能会导致整个电路停止工作，不仅降低了整个电路的工作可靠性，而且有时甚至会影响到其它电路的安全，造成不可估量的经济损失。综上，如何尽早发现电路的故障对于提高二极管NPC三电平逆变器的工作可靠性具有十分重大的意义。

目前，国内外针对二极管NPC三电平逆变器的故障诊断问题已开展了不少研究。例如：汤清泉、颜世超、卢松升等人在中国电机工程学报中提出的《三电平逆变器的功率管开路故障诊断》(2008，28(21)，26-32)，其通过分析三电平逆变器在单个开关器件开路故障下的电路工作情况及故障表现形式，提出根据检测三电平逆变器输出侧的PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)电压波形和输出电流极性来诊断开关器件的开路故障。该方法具有诊断迅速、可靠性高的优点，但是其诊断结果并没有精确定位到某个开关器件，而需要再进行人工查找；此外，该方法需要获取三相输出PWM电压波形和三相输出电流极性作为故障诊断的参数。

又如：陈丹江、叶银忠、华容等人在电工技术学报中提出的《基于波形实时分析的动车组三电平逆变器故障诊断技术》(2014，29(6)，106-113)，其通过分析三电平逆变器在单个开关器件开路故障下的电路工作情况及故障表现形式，提出根据三电平逆变器的桥臂电压来诊断开关器件的开路故障，并提出了一个具有自动诊断功能的故障诊断电路，解决了故障自动诊断的问题。但是，该方法需要获取三相桥臂电压和三相参考电压的极性作为故障诊断的参数。

又如：陈丹江、叶银忠等人在电工技术学报中提出的《基于多神经网络的三电平逆变器器件开路故障诊断方法》(2013，28(6)，120-126)，其通过采样每相的上、中、下桥臂电压，并建立一个具有主神经网络和辅助神经网络的智能故障诊断系统，解决了单个开关器件开路故障和多个开关器件同时开路故障的诊断问题。但是，该方法需要获取每相3个电压信号，一共9个电压信号，作为神经网络的输入参数。