CN106602906A - 三电平整流器开路故障注入方法及故障注入器 - Google Patents

三电平整流器开路故障注入方法及故障注入器 Download PDF

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Abstract

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。

Description

三电平整流器开路故障注入方法及故障注入器
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:将整流器单个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ix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uxo、桥臂上下侧输出电流iux、idx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Vxi或续流二极管Dxi或中点钳位二极管D1x、D2x的导通电阻,下标i=1,2,3,4;Txi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,Tx2、Tx3、Tx4分别控制A、B桥臂从上至下的四个开关器件Vx1、Vx2、Vx3、Vx4,当Txi=0时,Vxi和与其并联的二极管关断,当Txi=1时,Vxi或与其并联的二极管导通,ix与变压器二次侧电流iN的关系如下:
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,导通模式为上桥臂导通;若ix≥0,电流ix流经Dx1、Dx2,公式1中各输出为:uxo=u1+2rix,iux=ix,idx=0;
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,导通模式为上桥臂导通;若ix<0,电流ix流经Vx1、Vx2,公式1中各输出为:uxo=u1+2rix,iux=ix,idx=0;
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,导通模式为中点钳位;若ix≥0,电流ix流经Vx3、D2x,公式1中各输出为:uxo=2rix,iux=0,idx=0;
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,导通模式为中点钳位;若ix<0,电流ix流经D1x、Vx2,公式1中各输出为:uxo=2rix,iux=0,idx=0;
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,导通模式为下桥臂导通;若ix≥0,电流ix流经Vx3、Vx4,公式1中各输出为:uxo=-u2+2rix,iux=0,idx=ix
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,导通模式为下桥臂导通;若ix<0,电流ix流经Dx4、Dx3,公式1中各输出为:uxo=-u2+2rix,iux=0,idx=ix
步骤12:对于网侧部分,建立状态空间模型,公式为:
式中uN为网侧电压,RN为网侧电阻,LN为网侧电感,uab为A桥臂网侧输入点相对于B桥臂网侧输入点的电压;
步骤13: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,iu为整流器上侧输出电流,id为整流器下侧输出电流;
步骤14: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。
与上述正常情况下的正常状态模型相对应的,步骤二可具体包括:
步骤21:建立开关器件Vx1开路故障单桥臂模型:
当Vx1发生开路故障时,若ix≥0,电流ix不经过Vx1,电路拓扑不会发生改变;若ix<0时,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,电流ix流经D1x、Vx2,将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx1开路故障单桥臂模型,公式为:
式中Q、为ix的符号标志位,当ix≥0时,Q=1,当ix<0,Q=0,
步骤22:建立开关器件Vx2开路故障单桥臂模型:
当Vx2发生开路故障时,若ix≥0,电流不经过Vx2,电路拓扑不会发生改变;若iN<0,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,电流ix被截止,即ix=0;当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,电流ix被截止,即ix=0;将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx2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Vx3开路故障单桥臂模型:
当Vx3发生开路故障时,若ix<0,电流不经过Vx3,电路拓扑不会发生改变;若ix≥0,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,电流ix被截止,即ix=0;当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,电流ix被截止,即ix=0;将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx3开路故障单桥臂模型,公式为:
步骤24:建立开关器件Vx4开路故障单桥臂模型:
当Vx4发生开路故障时,若ix<0,电流不经过Vx4,电路拓扑不会发生改变;若ix≥0,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,电流ix流经Vx3、D2x;将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx4开路故障单桥臂模型,公式为:
与上述正常及故障状态下的状态空间模型相对应的,步骤三可具体包括:
步骤31:构建开关器件开路故障注入器:
故障注入器包括用户设定、控制实现、故障模型库三部分,用户设定部分用于设定故障注入时间和故障参数;控制实现部分包括故障注入控制器、信号调理模块、模型切换模块,故障注入控制器接收用户设定的故障注入时间和故障参数,发送控制指令给信号调理模块和模型切换模块,模型切换模块根据故障注入控制器的要求,选择加载到系统的整流器故障模型,i=1、2……8分别为Va1、Va2、Va3、Va4、Vb1、Vb2、Vb3、Vb4开路故障模型;信号调理模块接收脉冲控制信号并对其进行调理,并将调理后的脉冲控制信号送给已选择并切换了的整流器故障模型;
步骤32:实施故障注入:
设定故障注入时间和故障参数;故障注入控制器发出控制信号到信号调理模块、模型切换模块,控制选择故障模型i并加载到系统,将运行的正常模型切换至该故障模型,同时将信号调理后的脉冲控制信号、系统输入信号送至已加载到系统的故障模型i,在设定的故障注入时间完成故障注入。
与上述方法相对应的,本发明还公开一种故障注入器,包括:用户设定、控制实现、故障模型库三部分;
用户设定部分用于设定故障注入时间和故障参数;
控制实现部分包括故障注入控制器、信号调理模块、模型切换模块,故障注入控制器接收用户设定的故障注入时间和故障参数,发送控制指令给信号调理模块和模型切换模块,模型切换模块根据故障注入控制器的要求,选择加载到系统的整流器故障模型,信号调理模块接收脉冲控制信号并对其进行调理,并将调理后的脉冲控制信号送给已选择并切换了的整流器故障模型;以及
故障注入控制器还用于发出控制信号到信号调理模块、模型切换模块,控制选择故障模型并加载到系统,将运行的正常模型切换至该故障模型,同时将信号调理后的脉冲控制信号、系统输入信号送至已加载到系统的故障模型,在设定的故障注入时间完成故障注入;
其中,对应三电平整流器任一开关器件开路故障,故障模型库各设有相对应的状态空间模型。
本发明具有以下有益效果:
可以模拟正常和开路故障两种运行状态,根据不同需要,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,为数据采集提供方便,能够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。
下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明三电平整流器主电路原理图;
图2为本发明基于单桥臂模型的三电平整流器开路故障注入方法流程图;
图3(a)、(b)为本发明A、B单个桥臂电路原理图;
图4(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)为本发明三电平整流器正常运行时单个桥臂电路拓扑结构图;
图5为本发明Vx1发生开路故障后电路拓扑结构图;
图6为本发明Vx2发生开路故障后电路拓扑结构图;
图7为本发明Vx3发生开路故障后电路拓扑结构图;
图8为本发明Vx4发生开路故障后电路拓扑结构图;
图9(a)、(b)为本发明实施例Va1发生开路故障时中间直流环节电压波形图;
图10(a)、(b)为本发明实施例Va2发生开路故障时中间直流环节电压波形图;
图11(a)、(b)为本发明实施例Va3发生开路故障时中间直流环节电压波形图;
图12(a)、(b)为本发明实施例Va4发生开路故障时中间直流环节电压波形图;
图13为本发明的故障注入器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本实施例公开一种三电平整流器开路故障注入方法。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述。图1是本实施例中主电路原理图,此被测电路采用两功率开关器件串联与中点带钳位二极管的方案,采用电压矢量调制控制(SVPWM)策略进行控制;并通过二进制数字脉冲信号“0”、“1”对功率器件进行控制,且具有相应的驱动电路,当未达到驱动电平时,功率器件无法导通。
如图2所示,基于单桥臂模型的三电平开路故障建模方法包括如下步骤。
第一步,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。包括以下子步骤:
步骤11:如图3(a)、(b)所示,将整流器单个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ix为输入,x=a,b,以网侧输入点x相对于中性点o的电压uxo、桥臂上下侧输出电流iux、idx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Vxi或续流二极管Dxi或中点钳位二极管D1x、D2x的导通电阻,x=a,b,i=1,2,3,4;Txi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,x=a,b,i=1,2,3,4,Tx1、Tx2、Tx3、Tx4分别控制A、B桥臂从上至下的四个开关器件Vx1、Vx2、Vx3、Vx4,当Txi=0时,Vxi和与其并联的二极管关断,当Txi=1时,Vxi或与其并联的二极管导通。ix与变压器二次侧电流iN的关系如下:
如图4(a)所示,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,导通模式为上桥臂导通;若ix≥0,电流ix流经Dx1、Dx2,公式1中各输出为:uxo=u1+2rix,iux=ix,idx=0。
如图4(b)所示,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,导通模式为上桥臂导通;若ix<0,电流ix流经Vx1、Vx2,公式1中各输出为:uxo=u1+2rix,iux=ix,idx=0。
如图4(c)所示,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,导通模式为中点钳位;若ix≥0,电流ix流经Vx3、D2x,公式1中各输出为:uxo=2rix,iux=0,idx=0。
如图4(d)所示,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,导通模式为中点钳位;若ix<0,电流ix流经D1x、Vx2,公式1中各输出为:uxo=2rix,iux=0,idx=0。
如图4(e)所示,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,导通模式为下桥臂导通;若ix≥0,电流ix流经Vx3、Vx4,公式1中各输出为:uxo=-u2+2rix,iux=0,idx=ix
如图4(f)所示,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,导通模式为下桥臂导通;若ix<0,电流ix流经Dx4、Dx3,公式1中各输出为:uxo=-u2+2rix,iux=0,idx=ix
步骤12:对于网侧部分,建立状态空间模型,公式为:
式中uN为网侧电压,RN为网侧电阻,LN为网侧电感,uab为A桥臂网侧输入点相对于B桥臂网侧输入点的电压。
步骤13: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,iu为整流器上侧输出电流,id为整流器下侧输出电流。
步骤14: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。
第二步,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。本实施例中,需分别建立八个开关器件开路故障的单桥臂模型,包括以下子步骤:
步骤21:建立开关器件Vx1开路故障单桥臂模型。
当Vx1发生开路故障时:
若ix≥0,电流ix不经过Vx1,电路拓扑不会发生改变;
若ix<0时,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,电流ix流经D1x、Vx2,如图5所示(故障发生前,电流ix流经Vx1、Vx2,如图4(b)所示)。
将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx1开路故障单桥臂模型,公式为:
式中Q、为ix的符号标志位,当ix≥0时,Q=1,当ix<0,Q=0,
步骤22:建立开关器件Vx2开路故障单桥臂模型。
当Vx2发生开路故障时:
若ix≥0,电流不经过Vx2,电路拓扑不会发生改变;
若iN<0,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,电流ix被截止,即ix=0,如图6所示(故障发生前,电流ix流经Vx1、Vx2,如图4(b)所示);当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,电流ix被截止,即ix=0,如图6所示(故障发生前,电流ix流经D1x、Vx2,如图4(d)所示)。
将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx2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Vx3开路故障单桥臂模型。
当Vx3发生开路故障时:
若ix<0,电流不经过Vx3,电路拓扑不会发生改变;
若ix≥0,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,电流ix被截止,即ix=0,如图7所示(故障发生前,电流ix流经Vx3、D2x,如图4(c)所示);当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,电流ix被截止,即ix=0,如图7所示(故障发生前,电流流经Vx3、Vx4,如图4(e)所示)。
将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx3开路故障单桥臂模型,公式为:
步骤24:建立开关器件Vx4开路故障单桥臂模型。
当Vx4发生开路故障时:
若ix<0,电流不经过Vx4,电路拓扑不会发生改变;
若ix≥0,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,电流ix流经Vx3、D2x,如图8所示(故障发生前,电流流经Vx3、Vx4,如图4(e)所示)。
将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx4开路故障单桥臂模型,公式为:
第三步,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。可包括以下子步骤:
步骤31:构建开关器件开路故障注入器。
故障注入器包括用户设定、控制实现、故障模型库三部分,用户设定部分可以设定故障注入时间和故障参数;控制实现部分包括故障注入控制器、信号调理模块、模型切换模块,故障注入控制器接收用户设定的故障注入时间和故障参数,发送控制指令给信号调理模块和模型切换模块,模型切换模块根据故障注入控制器的要求,选择加载到系统的整流器故障模型,i=1、2……8分别为Va1、Va2、Va3、Va4、Vb1、Vb2、Vb3、Vb4开路故障模型;信号调理模块接收脉冲控制信号并对其进行调理,并将调理后的脉冲控制信号送给已选择并切换了的整流器故障模型。
步骤32:实施故障注入。
设定故障注入时间和故障参数;故障注入控制器发出控制信号到信号调理模块、模型切换模块,控制选择故障模型i并加载到系统,将运行的正常模型切换至该故障模型,同时将信号调理后的脉冲控制信号、系统输入信号送至已加载到系统的故障模型i,在设定的故障注入时间完成故障注入。
搭建CRH2型动车组三电平整流器开路故障模型,具体参数如表1所示。
表1:
在1s对三电平整流器A桥臂开关器件Va1、Va2、Va3、Va4注入开路故障,得到直流侧上、下侧电容两端电压u1、u2分别如图9-12所示。
实施例2
与上述方法实施例相对应的,本实施例公开一种故障注入器,如图13所示,包括:用户设定、控制实现、故障模型库三部分;
用户设定部分用于设定故障注入时间和故障参数;
控制实现部分包括故障注入控制器、信号调理模块、模型切换模块,故障注入控制器接收用户设定的故障注入时间和故障参数,发送控制指令给信号调理模块和模型切换模块,模型切换模块根据故障注入控制器的要求,选择加载到系统的整流器故障模型,信号调理模块接收脉冲控制信号并对其进行调理,并将调理后的脉冲控制信号送给已选择并切换了的整流器故障模型;以及
故障注入控制器还用于发出控制信号到信号调理模块、模型切换模块,控制选择故障模型并加载到系统,将运行的正常模型切换至该故障模型,同时将信号调理后的脉冲控制信号、系统输入信号送至已加载到系统的故障模型,在设定的故障注入时间完成故障注入;
其中,对应三电平整流器任一开关器件开路故障,故障模型库各设有相对应的状态空间模型。相关状态空间模型的构建参照上述实施例1,在此不做赘述。
综上可知,本发明建立三电平整流器开路故障动态模型,可以模拟正常和开路故障两种运行状态,根据不同需要,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,为数据采集提供方便,能够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。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

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;
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。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤一包括:
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。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤一包括:
步骤11:将整流器单个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ix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uxo、桥臂上下侧输出电流iux、idx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Vxi或续流二极管Dxi或中点钳位二极管D1x、D2x的导通电阻,下标i=1,2,3,4;Txi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,Tx1、Tx2、Tx3、Tx4分别控制A、B桥臂从上至下的四个开关器件Vx1、Vx2、Vx3、Vx4,当Txi=0时,Vxi和与其并联的二极管关断,当Txi=1时,Vxi或与其并联的二极管导通,ix与变压器二次侧电流iN的关系如下:
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,导通模式为上桥臂导通;若ix≥0,电流ix流经Dx1、Dx2,公式1中各输出为:uxo=u1+2rix,iux=ix,idx=0;
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,导通模式为上桥臂导通;若ix<0,电流ix流经Vx1、Vx2,公式1中各输出为:uxo=u1+2rix,iux=ix,idx=0;
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,导通模式为中点钳位;若ix≥0,电流ix流经Vx3、D2x,公式1中各输出为:uxo=2rix,iux=0,idx=0;
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,导通模式为中点钳位;若ix<0,电流ix流经D1x、Vx2,公式1中各输出为:uxo=2rix,iux=0,idx=0;
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,导通模式为下桥臂导通;若ix≥0,电流ix流经Vx3、Vx4,公式1中各输出为:uxo=-u2+2rix,iux=0,idx=ix
当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,导通模式为下桥臂导通;若ix<0,电流ix流经Dx4、Dx3,公式1中各输出为:uxo=-u2+2rix,iux=0,idx=ix
步骤12:对于网侧部分,建立状态空间模型,公式为:
式中uN为网侧电压,RN为网侧电阻,LN为网侧电感,uab为A桥臂网侧输入点相对于B桥臂网侧输入点的电压;
步骤13: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,iu为整流器上侧输出电流,id为整流器下侧输出电流;
步骤14: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
u=uN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。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述步骤二包括:
步骤21:建立开关器件Vx1开路故障单桥臂模型:
当Vx1发生开路故障时,若ix≥0,电流ix不经过Vx1,电路拓扑不会发生改变;若ix<0时,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,电流ix流经D1x、Vx2,将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx1开路故障单桥臂模型,公式为:
式中Q、为ix的符号标志位,当ix≥0时,Q=1,当ix<0,Q=0,
步骤22:建立开关器件Vx2开路故障单桥臂模型:
当Vx2发生开路故障时,若ix≥0,电流不经过Vx2,电路拓扑不会发生改变;若iN<0,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为1100,电流ix被截止,即ix=0;当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,电流ix被截止,即ix=0;将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx2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Vx3开路故障单桥臂模型:
当Vx3发生开路故障时,若ix<0,电流不经过Vx3,电路拓扑不会发生改变;若ix≥0,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0110,电流ix被截止,即ix=0;当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,电流ix被截止,即ix=0;将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx3开路故障单桥臂模型,公式为:
步骤24:建立开关器件Vx4开路故障单桥臂模型:
当Vx4发生开路故障时,若ix<0,电流不经过Vx4,电路拓扑不会发生改变;若ix≥0,当开关函数Tx1Tx2Tx3Tx4为0011,电流ix流经Vx3、D2x;将故障桥臂看成一个虚拟广义二端口网络,建立Vx4开路故障单桥臂模型,公式为:
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述步骤三包括:
步骤31:构建开关器件开路故障注入器:
故障注入器包括用户设定、控制实现、故障模型库三部分,用户设定部分用于设定故障注入时间和故障参数;控制实现部分包括故障注入控制器、信号调理模块、模型切换模块,故障注入控制器接收用户设定的故障注入时间和故障参数,发送控制指令给信号调理模块和模型切换模块,模型切换模块根据故障注入控制器的要求,选择加载到系统的整流器故障模型,i=1、2……8分别为Va1、Va2、Va3、Va4、Vb1、Vb2、Vb3、Vb4开路故障模型;信号调理模块接收脉冲控制信号并对其进行调理,并将调理后的脉冲控制信号送给已选择并切换了的整流器故障模型;
步骤32:实施故障注入:
设定故障注入时间和故障参数;故障注入控制器发出控制信号到信号调理模块、模型切换模块,控制选择故障模型i并加载到系统,将运行的正常模型切换至该故障模型,同时将信号调理后的脉冲控制信号、系统输入信号送至已加载到系统的故障模型i,在设定的故障注入时间完成故障注入。
6.一种用于执行上述权利要求1至5任一所述方法的故障注入器,其特征在于,包括:用户设定、控制实现、故障模型库三部分;
用户设定部分用于设定故障注入时间和故障参数;
控制实现部分包括故障注入控制器、信号调理模块、模型切换模块,故障注入控制器接收用户设定的故障注入时间和故障参数,发送控制指令给信号调理模块和模型切换模块,模型切换模块根据故障注入控制器的要求,选择加载到系统的整流器故障模型,信号调理模块接收脉冲控制信号并对其进行调理,并将调理后的脉冲控制信号送给已选择并切换了的整流器故障模型;以及
故障注入控制器还用于发出控制信号到信号调理模块、模型切换模块,控制选择故障模型并加载到系统,将运行的正常模型切换至该故障模型,同时将信号调理后的脉冲控制信号、系统输入信号送至已加载到系统的故障模型,在设定的故障注入时间完成故障注入;
其中,对应三电平整流器任一开关器件开路故障,故障模型库各设有相对应的状态空间模型。
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