[发明专利]三电平整流器开路故障注入方法及故障注入器

说明书

本发明涉及电子技术领域，公开了一种三电平整流器开路故障注入方法及故障注入器，为三电平整流器开路故障的诊断、隔离和容错技术的研究提供较为真实可靠的故障模拟环境。本发明公开的开路故障注入方法包括：构建正常运行情况下的三电平整流器状态空间模型；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；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。该方法能够对单桥臂上任意一个开关器件进行故障注入实验，无需进行实物损伤性实验，就能得到三电平整流器开路故障的数据和特征，并且可以进行重复性实验。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种三电平整流器开路故障注入方法及故障注入器。

背景技术

在高速铁路电气传动系统中，交流传动系统在性能、可靠性方面具有明显优势，因此得到了广泛的应用，三电平变流器主电路如图1所示，电网侧单相交流电经过整流器转换为直流电，再经过逆变器转换为三相交流电输送给牵引电机，高速列车运行环境复杂多变，牵引传动系统容易受到静电、腐蚀、湿度和温度的影响而发生故障，其中的38％是开关器件故障，高电压和高功率的高速铁路电力牵引系统对牵引传统系统有非常严格的可靠性和安全性要求，在电力设备发生故障的情况下，可能引发牵引控制单元保护性关机，避免发生意外而危及乘客安全，但会带来很大经济损失。

目前，对正常运行的三电平整流器的研究，建模大致有两种方法，一种是基于状态空间方程的方法，把三电平整流器看做一个整体进行建模，另一种是基于虚拟广义二端口的方法，可以针对每个三电平桥臂进行建模，但针对三电平整流器故障模型的研究，还不多见。在研究三电平整流器开路故障的检测、诊断、注入时，主要采用对实物开关器件进行损伤性实验的方法，因此花费较大，并且实物损伤性实验往往不具有重复性，给数据的采集带来困难。

发明内容

本发明目的在于公开一种三电平整流器开路故障注入方法及故障注入器，为三电平整流器开路故障的诊断、隔离和容错技术的研究提供较为真实可靠的故障模拟环境。

为实现上述目的，本发明公开了一种三电平整流器开路故障注入方法，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；

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；

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。

可选的，上述步骤一包括：

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，分别建立单桥臂模型，对于网侧、直流侧，建立状态空间模型；根据电路拓扑结构，将不同描述的各部分模型连接起来，构建正常运行情况下的三电平整流器状态空间模型。例如，具体可通过下述步骤11至步骤13予以实现：

步骤11：将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：