电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器开关管开路故障诊断方法

摘要

本发明公开了一种电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器开关管开路故障诊断方法，基于两电平单相四象限脉冲整流器的工作原理完成，具体方法包括：电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器在故障状况下的谐波特征提取，基于负载水平对谐波特征进行归一化以及根据不同类型开路故障下的故障特征得到相应的开路故障诊断结果。本方法可实现在线实时系统中，两电平单相四象限脉冲整流器在不同开关管故障状态下的诊断，并且不受整流器负载变动影响。

主权项

一种电力牵引交流传动两电平单相四象限脉冲整流器开关管开路故障诊断方法，定义单相两电平脉冲整流器左边桥臂为A桥臂，A桥臂上方开关管T1，A桥臂下方开关管T2；右边桥臂为B桥臂，B桥臂上方开关管T3，B桥臂下方开关管T4；诊断方法包括以下步骤：(1)对整流器网侧输入电流进行采样，设采样频率为f_s，网侧输入电压基波频率为f＝50Hz，将采用电流值存储为一个采样电流序列，序列长度为N，(2)每次采样后，对采样电流序列做快速傅里叶变换FFT：$a_0=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}i\left(n\right)$$\left\{\begin{array}{c}{a}_k=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}i\left(n\right)\cos \left(\frac{2\pi kn}{N}\right)\\ b_k=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}i\left(n\right)\sin \left(\frac{2\pi kn}{N}\right)\\ c_k=\sqrt{a_k^2+b_k^2}\end{array}\right.$其中，i(n)为第n个采样电流值，a₀为采样电流的直流分量，a_k、b_k为各次谐波的分量，c_k为该次谐波总量，其中下标k表示谐波次数，取值范围为1到N的正整数，当k＝1表示基波量；(3)用网侧电流直流含量表征负载水平，对谐波进行归一化：$a_k^{*}=\frac{a_k}{a_0},c_k^{*}=\frac{c_k}{a_0}$并设置直流量异常的阈值为K₁，一次开关频率附近谐波量异常的阈值为K₂；(4)设一次开关频率对应的谐波次数为j，则一次开关频率附近的频率量可表示为定义两个状态量sign1和sign2，sign1表示开关管T1和T4是否异常、sign2表示开关管T2和T3是否异常，值为1表示发生故障，sign1与sign2的取值如下；$\left\{\begin{array}{cc}sign1=1,sign2=0& for\left|a_1^{*}\right|>K1,a_1^{*}>0\\ sign1=0,sign2=1& for\left|a_1^{*}\right|>K1,a_1^{*}<0\end{array}\right.$$if\left\{\begin{array}{c}sign1=0,sign2=0\\ \left|c_{j-1}^{*}\right|+\left|c_j^{*}\right|+\left|c_{j+1}^{*}\right|<K2\end{array}\right.,then\left\{\begin{array}{c}sign1=1\\ sign2=1\end{array}\right.$当sign1＝1时，表示开关管T1和开关管T4至少有一个开关管发生开路故障；sign2＝1时表示开关管T2和开关管T3至少有开关管发生开路故障；sign1＝1同时sign2＝1时，则开关管T1和开关管T4至少有一个中有故障发生，同时开关管T2和开关管T3中也至少有一个故障发生。