[发明专利]高铁牵引系统单相三电平整流器开路故障诊断方法

说明书

本发明提供了一种高铁牵引系统单相三电平整流器的开关管开路故障诊断及定位方法，属于故障诊断领域。本方法包括以下步骤：建立混合逻辑动态模型、建立新型自适应滑模观测器、提出一次诊断自适应阈值、一次故障诊断、提出二次诊断自适应阈值、二次故障诊断及定位、提出三次诊断自适应阈值、三次故障诊断及定位。本发明提出的自适应滑模观测器不需要系统提供十分精确的动力学模型只需要利用轨迹的跟踪误差合理设计滑模面即可，且可以自适应切换趋近率，从而加快了趋近速度并且减小了滑模运动的抖振，提高了诊断的准确性；本方法通过比较残差特征量与自适应阈值的关系来对开关管进行故障诊断及定位。

技术领域

本发明涉及故障诊断领域，尤其涉及高铁牵引系统单相三电平整流器的开关管开路故障诊断方法。

背景技术

高铁牵引传动系统是高速列车的重要组成部分，其安全性和可靠性直接影响高速列车的运行。而牵引整流器是高铁牵引传动系统的核心组成部件之一，极易产生故障，造成严重的人员伤亡与财产损失。

牵引整流器为单相三电平整流器，而单相三电平整流器的开关管开路故障的诊断方法根据诊断对象特性的不同，主要有以下两种诊断方法：

1、基于电流特征量的诊断方法。这类方法主要是通过系统中已有的电流传感器或者额外附加电流传感器硬件以测得相电流或母线电流，根据相关电流的特征量并设计相应的诊断算法来进行故障诊断及定位，相关论文及专利如《Fault diagnosis scheme foropen-circuit faults in switched reluctance motor drives using fast Fouriertransform algorithm with bus current detection》、《一种动车组四象限脉冲整流器IGBT开路故障诊断方法》(申请公布号CN 10776638 A)等，这类方法可以不附加额外硬件，经济成本低，诊断速度快，对外部扰动也具有较好的鲁棒性。

2、基于电压特征量的诊断方法。这类方法主要是通过额外附加电压传感器，通过分析系统在故障情况下固有模型电压的特征量，设计相应的诊断算法来进行故障诊断及定位，相关论文及专利如《IGBT fault diagnosis using adaptive thresholds during theturn-on transient》、《基于电压空间矢量的三相整流器开路故障诊断方法》(申请公布号CN 110609194 A)等，这类方法存在需要附加额外硬件，造成诊断经济成本高，同时附加的传感器本身的的固有误差会增加系统的扰动影响。

综上所述，基于电流特征量的诊断方法相较于基于电压特征量的诊断方法具有显著优势，是目前的主流诊断方法。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中所述的问题提出一种高铁单相三电平整流器开路故障诊断方法。具体的，通过滑模观测器并使用滑模控制，从而只需要通过合理设计滑模面即可解决难以建立精确的系统模型的问题，但这种方法会在控制过程中产生抖动特性，进而设计自适应趋近率，通过自适应的切换趋近率以降低控制过程中的抖动特性，进一步提高系统故障诊断的精确度；同时，在基于电流的特征量进行故障诊断时，通过设计自适应阈值来抑制系统固有或外部的不确定扰动，增加诊断方法的准确性，提高诊断精度；最后在进行故障定位时，依据故障系统模型以建立特定开关管开路故障状态下的自适应滑模观测器来复现发生特定开关管开路故障时的系统网侧电流输出并与实际采样网侧电流相比较来进行故障开关管定位。

为了实现上述的目的，本发明提供一种高铁牵引系统单相三电平整流器开路故障诊断方法，该方法所涉及的电路拓扑结构包括网侧电压源U_s、网侧等效电感L_s和网侧等效电阻R_s、整流桥、两个相同的支撑电容C_d1，C_d2、直流侧负载；支撑电容C_d1和支撑电容C_d2串联后并联在直流侧负载的直流正母线P和直流负母线Q之间，支撑电容C_d1和支撑电容C_d2的接点记为直流母线中点O；