[发明专利]基于模型参考分析的有源电力滤波器开关器件开路故障诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于模型参考分析的有源电力滤波器开关器件开路故障诊断方法。在建立有源电力滤波器主电路实际运行模型的基础上，构建一个参考模型；利用每个采样周期内可测量的有源电力滤波器输出三相补偿电流，根据模型参考分析生成电压残差；通过设定阈值以及2个判断标志位进行残差评价，获得对APF开关器件是否发生开路故障的实时检测；如果有故障发生，则进一步根据2个判断标志位诊断出开关器件开路故障发生的具体位置。以有效用于有源电力滤波器的在线监控与故障诊断，实现有源电力滤波器、无功补偿器等电力电子电能质量控制设备的可靠、安全运行。

主权项

一种基于模型参考分析的有源电力滤波器开关器件开路故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立有源电力滤波器即APF的主电路中端电压与补偿电流之间的关系公式：dicadtdicbdtdiccdt=1LfuAO-eauBO-ebuCO-ec]]>其中，ica、icb、icc分别为a、b、c三相补偿电流，uAO、uBO、uCO分别为APF输出a、b、c三相电压相对O点的相电压，ea、eb、ec分别为a、b、c三相电网电压，Lf为APF输出滤波电感，然后变换为d‑q同步旋转坐标系下的实际运行模型：dicddtdicqdt=0-ωω0icdicq+1Lfud-eduq-eq]]>其中，icd、icq分别为APF补偿电流ica、icb、icc在d‑q同步旋转坐标系下的d‑q轴电流，ud、uq分别为APF相电压uAO、uBO、uCO在同步旋转坐标系下的d‑q轴电压，ed、eq分别为电网电压ea、eb、ec在d‑q同步旋转坐标系下的d‑q轴电压，ω为电网电压基波角频率，再采用模型参数以及与正常运行时相同的输入信号构建参考模型：dicd*dtdicq*dt=0-ωω0icd*icq*+1Lfud*-eduq*-eq]]>其中，分别为参考模型的d‑q轴电流，分别为参考模型的d‑q轴电压；步骤二：利用每个采样周期内可测量的有源电力滤波器输出三相补偿电流和三相电网电压，结合步骤一中的实际运行模型和参考模型采用模型参考分析生成电压残差：γAγBγC=23sinωtcosωtsin(ωt-2π3)cos(ωt-2π3)sin(ωt+2π3)cos(ωt+2π3)γdγq]]>其中γA、γB、γC为三相电压残差，γd、γq为构造电压残差γA、γB、γC在d‑q轴坐标系下的电压残差；步骤三：通过设定阈值以及2个判断标志位对步骤二中得到电压残差进行评价，实时检测出APF开关器件是否发生开路故障，如果有故障则执行步骤四，如无故障则返回步骤一继续进行故障检测，所述的故障检测阈值uth为：uth=m·max{uAOdead,uBOdead,uCOdead}]]>其中：分别为APF正常运行时a、b、c相电压的死区电压、m为动态系数，其中一个判断标志位差εk为：ϵk=1,γk>uth0,|γk|<uth-1,γk<-uth]]>其中k＝{A，B，C)；当εk＝0时，判断APF未发生IGBT开路故障；当εk≠0时，则进入步骤3以确认APF是否发生IGBT开路故障；当εk≠0时，给定灵敏度系数K，则定义持续时间te的临界时间Tf为：Tf＝K·T                   公式15再设定一个判断标志位Flagk，其中k＝{A，B，C}：当te>＝Tf时，若其中某个εk与其他两个不相等，则可判断Flagk＝1；否则，Flagk＝0；当te<Tf时，Flagk＝0；当Flagk＝1时，判断APF发生IGBT开路故障；否则，无故障；步骤四：根据已设定的2个判断标志位诊断出开关器件开路故障发生的具体位置；根据标志位Flagk值判断APF哪一相发生故障：当FlagA＝1时，A相发生开路故障；当FlagB＝1时，B相发生开路故障；当FlagC＝1时，C相发生开路故障；结合标志位εk(k＝{A，B，C})与标志位Flagk(k＝{A，B，C})，判断开关器件发生开路故障的具体位置:当FlagA＝1时，若εA＝‑1，T1发生开路故障；若εA＝1，则T4发生开路故障；当FlagB＝1时，若εB＝‑1，T3发生开路故障；若εB＝1，则T6发生开路故障；当FlagC＝1时，若εC＝‑1，T5发生开路故障；若εC＝1，则T2发生开路故障。