[发明专利]三电平整流器开路故障注入方法及故障注入器

权利要求书

1.一种三电平整流器开路故障注入方法，其特征在于，包括：

步骤一、构建正常运行情况下的三电平整流器状态空间模型，具体为把三电平整流器分为网侧、A桥臂、B桥臂、直流侧四个部分，把A、B桥臂看成一个虚拟广义二端口网络，以直流侧上、下侧电容两端电压u₁、u₂、网侧输入电流i_x为输入，下标x＝a,b，以网侧输入点x相对于中性点o的电压u_xo、桥臂上下侧输出电流i_ux、i_dx为输出，建立A、B桥臂虚拟广义二端口网络的输入输出方程，公式为：

式中r是开关器件V_xi或续流二极管D_xi或中点钳位二极管D_1x、D_2x的导通电阻，下标i＝1，2，3，4；T_xi为控制开关器件的开关函数，模拟控制开关器件的控制脉冲信号，T_x2、T_x3、T_x4分别控制A、B桥臂从上至下的四个开关器件V_x1、V_x2、V_x3、V_x4，当T_xi＝0时，V_xi和与其并联的二极管关断，当T_xi＝1时，V_xi或与其并联的二极管导通，i_x与变压器二次侧电流i_N的关系如下：

当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为1100，导通模式为上桥臂导通；若i_x≥0，电流i_x流经D_x1、D_x2，公式1中各输出为：u_xo＝u₁+2ri_x，i_ux＝i_x，i_dx＝0；

当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为1100，导通模式为上桥臂导通；若i_x＜0，电流i_x流经V_x1、V_x2，公式1中各输出为：u_xo＝u₁+2ri_x，i_ux＝i_x，i_dx＝0；

当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为0110，导通模式为中点钳位；若i_x≥0，电流i_x流经V_x3、D_2x，公式1中各输出为：u_xo＝2ri_x，i_ux＝0，i_dx＝0；

当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为0110，导通模式为中点钳位；若i_x＜0，电流i_x流经D_1x、V_x2，公式1中各输出为：u_xo＝2ri_x，i_ux＝0，i_dx＝0；

当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为0011，导通模式为下桥臂导通；若i_x≥0，电流i_x流经V_x3、V_x4，公式1中各输出为：u_xo＝-u₂+2ri_x，i_ux＝0，i_dx＝i_x；

当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为0011，导通模式为下桥臂导通；若i_x＜0，电流i_x流经D_x4、D_x3，公式1中各输出为：u_xo＝-u₂+2ri_x，i_ux＝0，i_dx＝i_x；分别建立单桥臂模型；

对于网侧部分，建立状态空间模型，公式为：

式中u_N为网侧电压，R_N为网侧电阻，L_N为网侧电感，u_ab为A桥臂网侧输入点相对于B桥臂网侧输入点的电压；

对于直流侧，建立状态空间模型，公式为：

式中R为直流侧电阻，C为直流侧电容，i_u为整流器上侧输出电流，i_d为整流器下侧输出电流；

根据电路拓扑，结合公式1～4，得到正常运行情况下的三电平整流器状态空间模型，公式为：

式中

分别为三电平整流器状态空间模型的状态变量、输入量、输出量；

步骤二、当三电平整流器发生开关器件开路故障时，电路拓扑发生改变，根据发生开路故障后的电路拓扑结构，分别建立三电平整流器与任一开关器件开路故障相对应的所有状态空间模型，建立所有状态空间模型包括以下步骤：

步骤21：建立开关器件V_x1开路故障单桥臂模型：

当V_x1发生开路故障时，若i_x≥0，电流i_x不经过V_x1，电路拓扑不会发生改变；若i_x＜0时，当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为1100，电流i_x流经D_1x、V_x2，将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络，建立V_x1开路故障单桥臂模型，公式为：

式中Q、为i_x的符号标志位，当i_x≥0时，Q＝1，当i_x＜0，Q＝0，

步骤22：建立开关器件V_x2开路故障单桥臂模型：

当V_x2发生开路故障时，若i_x≥0，电流不经过V_x2，电路拓扑不会发生改变；若i_x＜0，当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为1100，电流i_x被截止，即i_x＝0；当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为0110，电流i_x被截止，即i_x＝0；将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络，建立V_x2开路故障单桥臂模型，公式为：

式中x＝a时，x＝b时，

步骤23：建立开关器件V_x3开路故障单桥臂模型：

当V_x3发生开路故障时，若i_x＜0，电流不经过V_x3，电路拓扑不会发生改变；若i_x≥0，当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为0110，电流i_x被截止，即i_x＝0；当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为0011，电流i_x被截止，即i_x＝0；将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络，建立V_x3开路故障单桥臂模型，公式为：

步骤24：建立开关器件V_x4开路故障单桥臂模型：

当V_x4发生开路故障时，若i_x＜0，电流不经过V_x4，电路拓扑不会发生改变；若i_x≥0，当开关函数T_x1T_x2T_x3T_x4为0011，电流i_x流经V_x3、D_2x；将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络，建立V_x4开路故障单桥臂模型，公式为：

步骤三、构建开关器件开路故障注入器，实施三电平整流器开路故障注入。