CN109406935A - 一种针对变流器的开路故障诊断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路故障诊断领域，公开了一种针对变流器的开路故障诊断方法及系统，以诊断一类具有相同桥臂结构的变流器开路故障，提高诊断方法的通用性，并有效降低变流器的维修难度和成本；本发明的方法包括：选取待检测变流器任一桥臂在正常工作和开路故障时的电路拓扑，并建立第一一致性模型；根据第一一致性模型搭建变流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第四一致性模型；采用第四一致性模型模拟该变流器的运行状态，根据相电压实际值与相电压估计值计算电压残差，并根据电压残差构建残差评价函数；将残差评价函数的输出值与设定的残差检测阈值进行比较，若比较结果符合设定的故障发生条件，则判定该桥臂发生了开路故障。

Description

一种针对变流器的开路故障诊断方法及系统

技术领域

本发明涉及电路故障诊断领域，尤其涉及一种针对变流器的开路故障诊断方法及系统。

背景技术

变流器是一种常用的电力变换装置，常用于牵引传动控制系统和可再生能源转换系统，这些应用场合都对变流器运行的可靠性和安全性有着非常严格的要求，但其中的功率器件经常运行于高压、高频和大电流的条件下，因此其开关损耗很大，长时间不间断的运行容易导致功率器件发生故障。统计显示，变流器最容易发生故障的就是功率器件，在许多应用场合基本都占到系统故障总数的50％左右。功率器件故障主要包括开路故障和短路故障，对于短路故障，系统中多会加入快速熔断器进行保护，当发生短路故障时，熔断器会以极快的速度熔断，进而转变成了开路故障情形；当发生开路故障时，如果得不到及时处理，其邻近的功率器件会承受更大的电压和电流，容易导致二次故障，严重影响变流器乃至电力变换系统运行的可靠性和安全性。

变流器一般由多个相同的变流桥臂构成，其结构上具有明显的一致性，但是目前对变流器开路故障的诊断，往往是分别针对不同结构(例如两电平或者三电平)变流器或同一变流器不同部位(例如整流器或者逆变器)的开路故障，使用不同的故障诊断方法，诊断方法的通用性较差。针对牵引变流器开路故障诊断的一致性方法研究还不多见。

因此，现急需提供一种通用性好的针对变流器的开路故障诊断方法及系统。

发明内容

本发明目的在于提供一种针对变流器的开路故障诊断方法及系统，以诊断一类具有相同桥臂结构的变流器开路故障，提高诊断方法的通用性，并有效降低变流器的维修难度和成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种针对变流器的开路故障诊断方法，包括以下步骤：

S1：选取待检测变流器任一桥臂在正常工作和开路故障时的电路拓扑，根据所述电路拓扑建立该桥臂在正常工作和发生开路故障情况下都适用的第一一致性模型；

S2:根据所述第一一致性模型搭建整流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第二一致性模型，以及逆变器在正常工作和开路故障情况下都适用的第三一致性模型，并综合所述第一一致性模型、所述第二一致性模型、以及所述第三一致性模型建立变流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第四一致性模型；

S3:采用所述第四一致性模型模拟该变流器的运行状态，采集该变流器中任一桥臂在该工作状态下的相电压实际值，将根据所述第一一致性模型计算得到的相电压值作为该桥臂的相电压估计值，根据所述相电压实际值与所述相电压估计值计算电压残差，并根据所述电压残差构建残差评价函数；将所述残差评价函数的输出值与设定的残差检测阈值进行比较，若比较结果符合设定的故障发生条件，则判定该桥臂发生了开路故障。

优选地，还包括步骤：

S4：设定开路故障诊断阈值，将发生开路故障的桥臂的残差评价函数的输出值与所述开路故障诊断阈值进行比较，得到发生开路故障的功率器件的位置。

优选地，所述S1具体包括：

选取待检测变流器任一桥臂在正常工作和开路故障时的电路拓扑，根据所述电路拓扑建立该任一桥臂在正常工作和发生开路故障情况下都适用的第一一致性模型为：

式中，x＝1,2,3...m，分别代表m个变流桥臂，v_xo为第x个变流桥臂的相电压，i_x为第x个变流桥臂的相电流，s_x1、s_x2…s_x2n分别为控制变流器桥臂自上而下的2n个功率器件的脉冲控制信号，q_x为电流i_x的标志位，当i_x≥0时，i_x＜0时，q_x＝0，u_k为直流环节自上而下第k个电容器两端的电压，k＝1,2,3...n，n为电容器总个数，i_kx为直流环节自上而下第k个电容器上侧节点流入到第x个变流桥臂的电流；f_k是u_k与v_xo之间的关系式，g_k是i_x与i_kx之间的关系式。

优选地，所述S2具体包括：

S21:设变流器中整流器有a个桥臂，则根据公式(1)建立的第一一致性模型，搭建整流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第二一致性模型，计算公式为：

式中，v_1o,v_2o...v_ao分别为第1，2...a个变流桥臂的相电压，i_k1,i_k2...i_ka分别为直流环节自上而下第k个电容上侧节点流入整流器第1，2...a个变流桥臂的电流；

S22:设变流器中逆变器有m-a个桥臂，则根据公式(1)建立的第一一致性模型，搭建逆变器在正常工作和开路故障情况下都适用的第三一致性模型，计算公式为：

式中，v_(a+1)o,v_(a+2)o...v_mo分别为第a+1、a+2...m个变流桥臂的相电压，i_k(a+1),i_k(a+2)...i_km分别为直流环节自上而下第k个电容上侧节点流入逆变器第a+1，a+2...m个变流桥臂的电流；

S23:基于状态空间描述，建立直流环节状态方程，计算公式为：

式中，u₁,u₂...u_n分别为直流环节自上而下第1,2...n个电容两端的电压，i_1x,i_2x...i_nx分别为直流环节自上而下第1,2...n个电容上侧节点流入第x个变流桥臂的电流；

S24:根据公式(2)、公式(3)和公式(4)，构建变流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第四一致性模型为：

优选地，所述电压残差的计算公式为：

式中，为电压残差，v_xo为第x个桥臂的相电压值作为实际值v_xo，第x个变流桥臂相电压估计值

所述变流器残差评价函数的计算公式为：

式中，D_x为第x个桥臂的相电压残差评价函数，u_k为直流环节的电压；

优选地，所述故障发生条件为：设t₁时刻残差评价函数D_x的绝对值为|D_x|，若在t₁时刻，所得计算值|D_x|大于|h₀|，且从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次检测到|D_x|大于|h₀|。

优选地，所述变流器残差检测阈值通过以下计算公式确定：

h₀＝ε₀； (8)

式中，h₀为残差的检测阈值，ε₀为故障检测的误差干扰值。

优选地，所述S4具体包括以下步骤：

S41：设定第x个桥臂自上而下第p个功率器件开路故障诊断阈值为h_xp，其中p＝1,2,...,2n，其中最大值为h_xλ，最小值为h_xγ，其中λ,γ∈(1,2,3...2n)；

S42：若所述残差评价函数满足第一判断条件，则判断第x个变流桥臂自上而下第α个功率器件发生开路故障，若所述残差评价函数满足第二判断条件，则判断第x个变流桥臂自上而下第λ个功率器件发生开路故障；若所述残差评价函数满足第三判断条件，则判断第x个变流桥臂自上而下第γ个功率器件发生开路故障；

其中，所述第一判断条件为：

(1)在t₂时刻，h_xβ＞D_x＞h_xα＞0，其中α,β∈(1,2,3...2n)；

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现h_xβ＞D_x＞h_xα＞0的情况；

(3)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，未出现D_x＞h_xβ的情况；

所述第一判断条件还可以为：

(1)在t₂时刻，h_xβ＜D_x＜h_xα＜0，其中α,β∈(1,2,3...2n)；

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现h_xβ＜D_x＜h_xα＜0的情况；

(3)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，未出现D_x＜h_xβ的情况；

则判断第x个变流桥臂自上而下第α个功率器件发生开路故障；

所述第二判断条件为：

(1)在t₂时刻，D_x＞h_xλ；

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现D_x＞h_xλ的情况；

则判断第x个变流桥臂自上而下第λ个功率器件发生开路故障；

所述第三判断条件为：

(1)在t₂时刻，D_x＜h_xγ；

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现D_x＜h_xγ的情况；

则判断第x个变流桥臂自上而下第γ个功率器件发生开路故障。

优选地，所述S4中，所述开路故障诊断阈值根据桥臂上不同功率器件发生开路故障时的残差评价函数的理论值设定。作为一个总的发明构思，本发明还提供一种针对变流器的开路故障诊断系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种针对变流器的开路故障诊断方法及系统，通过分析变流器任一桥臂在正常工作和发生开路故障情况下的拓扑结构，建立了可以表征变流器的任一桥臂在正常和开路故障状态下的一致性模型，并进一步建立了基于该第一一致性模型的第四一致性模型，该第四一致性模型能够模拟变流器能表征变流器的正常和开路故障状态，采用该第四一致性模型模拟变流器的运行状态；并基于上述第一一致性模型计算桥臂的相电压估计值，将该相电压估计值与相电压实际值作差生成残差；通过比较残差和故障检测阈值，可以快速且准确地判断该变流桥臂是否发生故障；该方法可以诊断一类具有相同桥臂结构的变流器开路故障，提高了诊断方法的通用性，能够有效降低变流器的维修难度和成本。

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是本发明优选实施例的针对变流器的开路故障诊断方法流程图；

图2是本发明优选实施例的三电平变流器主电路拓扑图；

图3是本发明优选实施例在没有故障发生时，三电平变流器的第1个变流桥臂相电压残差评价函数的绝对值|D₁|的变化情况示意图；

图4是本发明优选实施例的功率器件S₁₁发生开路故障前后，残差评价函数D₁与故障诊断阈值h₁₁之间的比较图；

图5是本发明优选实施例的功率器件S₁₂发生开路故障前后，残差评价函数D₁与故障诊断阈值h₁₂之间的比较图；

图6是本发明优选实施例的功率器件S₁₃发生开路故障前后，残差评价函数D₁与故障诊断阈值S₁₄之间的比较图；

图7是本发明优选实施例的功率器件S₁₄发生开路故障前后，残差评价函数D₁与故障诊断阈值S₁₄之间的比较图。

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。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

实施例1

参见图1，本实施例提供一种针对变流器的开路故障诊断方法，包括以下步骤：

S1：选取待检测变流器任一桥臂在正常工作和开路故障时的电路拓扑，根据电路拓扑建立该桥臂在正常工作和发生开路故障情况下都适用的第一一致性模型；

S2:根据第一一致性模型搭建整流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第二一致性模型，以及逆变器在正常工作和开路故障情况下都适用的第三一致性模型，并综合第一一致性模型、第二一致性模型、以及第三一致性模型建立变流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第四一致性模型；

S3:采用第四一致性模型模拟该变流器的运行状态，采集该变流器中任一桥臂在该工作状态下的相电压实际值，将根据第一一致性模型计算得到的相电压值作为该桥臂的相电压估计值，根据相电压实际值与相电压估计值计算电压残差，并根据电压残差构建残差评价函数；将残差评价函数的输出值与设定的残差检测阈值进行比较，若比较结果符合设定的故障发生条件，则判定该桥臂发生了开路故障。

上述的针对变流器的开路故障诊断方法，可以诊断一类具有相同桥臂结构的变流器开路故障，提高了诊断方法的通用性，能够有效降低变流器的维修难度和成本。

具体地，本实施例以某三电平变流器为例进行说明，该三电平变流器的主电路原理图如图2所示，其主要仿真参数包括有：支撑电容器的电容值C为0.0016uF，直流环节电压给定值为2600V，整流器开关周期为0.8ms，逆变器开关周期为1ms，具体如下表1所示：

表1三电平变流器主要仿真参数

参数	数值
		支撑电容器的电容值(C)	0.0016uF
直流环节电压给定值	2600V
		整流器开关周期	0.8ms
逆变器开关周期	1ms

首先，选取该三电平变流器任一桥臂在正常工作和开路故障时的电路拓扑，根据电路拓扑建立该任一桥臂在正常工作和发生开路故障情况下都适用的第一一致性模型为：

式中，x＝1,2,3,4,5，分别代表三电平变流器第1,2,3,4,5个变流桥臂，v_xo为第x个变流桥臂的相电压，i_x为第x个变流桥臂的相电流；s_x1，s_x2，s_x3，s_x4分别为控制变流器桥臂自上而下的4个功率器件的脉冲控制信号，q_x为电流i_x的标志位，i_x≥0时，q_x＝1,i_x＜0时，q_x＝0，u₁和u₂分别为直流环节上侧和下侧两个电容器两端的电压，i_1x和i_2x分别为直流环节上侧和下侧两个电容器上侧节点流入到第x个变流桥臂的电流。

该三电平变流器中整流器有2个桥臂，则根据公式(1)建立的任一桥臂一致性模型(第一一致性模型)，搭建三电平整流器在正常工作与故障情况下都适用的一致性模型(第二一致性模型)，公式如下：

式中，v_1o,v_2o分别为第1，2个变流桥臂的相电压，i₁₁,i₁₂分别为直流环节上侧电容的上侧节点流入三电平整流器第1，2个变流桥臂的电流，i₂₁,i₂₂分别为直流环节下侧电容的上侧节点流入三电平整流器第1，2个变流桥臂的电流，

三电平变流器中逆变器有3个桥臂，则根据公式(1)建立的任一桥臂一致性模型，搭建三电平逆变器在正常工作与故障情况下都适用的一致性模型(第三一致性模型)，计算公式如下：

式中，v_3o,v_4o,v_5o分别为第3,4,5个变流桥臂的相电压，i₁₃,i₁₄,i₁₅分别为直流环节上侧电容的上侧节点流入逆变器第3,4,5个变流桥臂的电流，i₂₃,i₂₄,i₂₅分别为直流环节下侧电容的上侧节点流入逆变器第3,4,5个变流桥臂的电流。

基于状态空间描述，建立直流环节状态方程，计算公式如下：

式中，u₁,u₂分别为直流环节上侧和下侧两个电容两端的电压，i₁₁,i₁₂,i₁₃,i₁₄,i₁₅分别为直流环节上侧电容的上侧节点流入第1,2,3,4,5个变流桥臂的电流，i₂₁,i₂₂,i₂₃,i₂₄,i₂₅分别为直流环节下侧电容的上侧节点流入第1,2,3,4,5个变流桥臂的电流。

根据公式(2)、公式(3)和公式(4)，构建该三电平变流器在正常工作和开路故障情况下都适用的一致性模型(第四一致性模型)为：

该第四一致性模型，不仅能够模拟牵引变流器正常运行状态，还能够模拟任一桥臂上的任一功率器件发生开路故障情况下牵引变流器的运行状态。

进一步地，采用上述第四一致性模型模拟变流器的运行状态，采集直流环节电压u₁和u₂，选取第1个变流桥臂相电流i₁，根据i₁的极性确定q₁和的值，并从控制器获取控制第1个变流桥臂的脉冲控制信号，采用公式(1)计算第1个变流桥臂的相电压作为估计值

采集第1个变流桥臂相电压值作为实际值v_1o，将实际值与估计值作差，得到电压残差，计算公式为：

构建变流器残差评价函数，计算公式为：

式中，D₁为第1个变流桥臂相电压残差评价函数。

设定变流器残差检测阈值，计算公式为：

h₀＝ε₀ (8)

式中，h₀为残差的检测阈值，ε₀为故障检测的误差干扰值，在本实施例中，h₀＝ε₀＝0.05。

进一步地，采用上述计算得到在t₁时刻残差评价函数D₁的绝对值|D₁|，若在t₁时刻，所得计算值|D₁|大于|h₀|，且从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次检测到|D₁|大于|h₀|，则判断系统发生了故障，否则系统没有发生故障。其中，本实施例中，Δt＝0.01s，因此，判断系统没有发生故障。

本实施例中，在没有故障发生时，第1个变流桥臂相电压残差评价函数的绝对值|D₁|的变化如图3所示，其中，无故障时，残差评价函数的绝对值|D₁|小于h₀。

本实施例中，第1个变流桥臂发生开路故障后，残差评价函数的绝对值|D₁|明显增加，检测到|D₁|大于|h₀|，在后续的0.01s内，再次出现|D₁|大于|h₀|的情况，检测到系统发生故障。

实施例2，

本实施例中，采用判断是否发生故障的方法与上述实施例一致，其不同之处在于，本实施例在判断发生故障之后，进一步地，根据设定的阈值，判断变流桥臂上开路故障发生的具体位置。

设定第1个变流桥臂自上而下4个功率器件为S₁₁，S₁₂，S₁₃，S₁₄，开路故障诊断阈值分别为h₁₁，h₁₂，h₁₃，h₁₄，在本实施例中，h₁₁＝-0.25，h₁₂＝-0.75，h₁₃＝0.75，h₁₄＝0.25。需要说明的是，开路故障诊断阈值根据桥臂上不同功率器件发生开路故障时的残差评价函数的理论值设定。

若残差评价函数满足以下条件：

(1)在t₂时刻，h₁₂＜D₁＜h₁₁，

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现h₁₂＜D₁＜h₁₁的情况，

(3)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，未出现D₁＜h₁₂的情况，

则判断第1个变流桥臂自上而下第1个功率器件S₁₁发生开路故障；

若残差评价函数满足以下条件：

(1)在t₂时刻，D₁＜h₁₂，

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现D₁＜h₁₂的情况，

则判断第1个变流桥臂自上而下第2个功率器件S₁₂发生开路故障；

若残差评价函数满足以下条件：

(1)在t₂时刻，D₁＞h₁₃，

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现D₁＞h₁₃的情况，

则判断第1个变流桥臂自上而下第3个功率器件S₁₃发生开路故障；

若残差评价函数满足以下条件：

(1)在t₂时刻，h₁₃＞D₁＞h₁₄，

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现h₁₃＞D₁＞h₁₄的情况，

(3)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，未出现D₁＞h₁₄的情况，

则判断第1个变流桥臂自上而下第4个功率器件S₁₄发生开路故障；

值得指出的是，图4～图7分别是功率器件S₁₁，S₁₂，S₁₃，S₁₄发生开路故障前后，残差评价函数D₁与故障诊断阈值h₁₁，h₁₂，h₁₃，h₁₄之间的比较图。图4中，在检测到故障发生后0.004s内，继续检测到残差评价函数h₁₂＜D₁＜h₁₁，在后续的0.01s内，再次出现h₁₂＜D₁＜h₁₁且未出现D₁＜h₁₂，则诊断为功率器件S₁₁发生开路故障；图5中，在检测到故障发生后的0.002s内，继续检测到残差评价函数h₁₂＜D₁＜h₁₁，但在后续的0.01s内，出现D₁＜h₁₂，则不是功率器件S₁₁发生开路故障，在故障发生后的0.004s内，出现D₁＜h₁₂，且在后续的0.01s内，再次出现D₁＜h₁₂，则诊断为功率器件S₁₂发生开路故障；图6中，在故障发生后的0.002s内，继续检测到残差评价函数h₁₃＞D₁＞h₁₄，但在后续的0.01s内，出现D₁＞h₁₃，则不是功率器件S₁₄发生开路故障，在故障发生后的0.004s内，出现D₁＞h₁₃，且在后续的0.01s内，再次出现D₁＞h₁₃，则诊断为功率器件S₁₃发生开路故障；图7中，在故障发生后的0.002s内，继续检测到残差评价函数h₁₃＞D₁＞h₁₄，在后续的0.01s内，再次出现h₁₃＞D₁＞h₁₄且未出现D₁＞h₁₃，则诊断为功率器件S₁₄发生开路故障。

由图可知，本发明能够有效地诊断出相应的开路故障位置，通用性好。

作为本实施例优选的实施方式，本发明的针对变流器的开路故障诊断方法还包括步骤：根据第一一致性模型搭建整流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第二一致性模型，以及逆变器在正常工作和开路故障情况下都适用的第三一致性模型，并综合第一一致性模型、第二一致性模型、以及第三一致性模型建立变流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第四一致性模型。

实施例3

本实施例提供一种针对变流器的开路故障诊断系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。

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 (10)

1.一种针对变流器的开路故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：选取待检测变流器任一桥臂在正常工作和开路故障时的电路拓扑，根据所述电路拓扑建立该桥臂在正常工作和发生开路故障情况下都适用的第一一致性模型；

S2:根据所述第一一致性模型搭建整流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第二一致性模型，以及逆变器在正常工作和开路故障情况下都适用的第三一致性模型，并综合所述第一一致性模型、所述第二一致性模型、以及所述第三一致性模型建立变流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第四一致性模型；

S3:采用所述第四一致性模型模拟该变流器的运行状态，采集该变流器中任一桥臂在该工作状态下的相电压实际值，将根据所述第一一致性模型计算得到的相电压值作为该桥臂的相电压估计值，根据所述相电压实际值与所述相电压估计值计算电压残差，并根据所述电压残差构建残差评价函数；将所述残差评价函数的输出值与设定的残差检测阈值进行比较，若比较结果符合设定的故障发生条件，则判定该桥臂发生了开路故障。

2.根据权利要求1所述的针对变流器的开路故障诊断方法，其特征在于，还包括步骤：

S4：设定开路故障诊断阈值，将发生开路故障的桥臂的残差评价函数的输出值与所述开路故障诊断阈值进行比较，得到发生开路故障的功率器件的位置。

3.根据权利要求1所述的针对变流器的开路故障诊断方法，其特征在于，所述S1具体包括：

选取待检测变流器任一桥臂在正常工作和开路故障时的电路拓扑，根据所述电路拓扑建立该任一桥臂在正常工作和发生开路故障情况下都适用的第一一致性模型为：

式中，x＝1,2,3...m，分别代表m个变流桥臂，v_xo为第x个变流桥臂的相电压，i_x为第x个变流桥臂的相电流，s_x1、s_x2…s_x2n分别为控制变流器桥臂自上而下的2n个功率器件的脉冲控制信号，q_x为电流i_x的标志位，当i_x≥0时，q_x＝1,i_x＜0时，q_x＝0，u_k为直流环节自上而下第k个电容器两端的电压，k＝1,2,3...n，n为电容器总个数，i_kx为直流环节自上而下第k个电容器上侧节点流入到第x个变流桥臂的电流；f_k是u_k与v_xo之间的关系式，g_k是i_x与i_kx之间的关系式。

4.根据权利要求3所述的针对变流器的开路故障诊断方法，其特征在于，所述S2具体包括：

S21:设变流器中整流器有a个桥臂，则根据公式(1)建立的第一一致性模型，搭建整流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第二一致性模型，计算公式为：

式中，v_1o,v_2o...v_ao分别为第1，2...a个变流桥臂的相电压，i_k1,i_k2...i_ka分别为直流环节自上而下第k个电容上侧节点流入整流器第1，2...a个变流桥臂的电流；

S22:设变流器中逆变器有m-a个桥臂，则根据公式(1)建立的第一一致性模型，搭建逆变器在正常工作和开路故障情况下都适用的第三一致性模型，计算公式为：

式中，v_(a+1)o,v_(a+2)o...v_mo分别为第a+1、a+2...m个变流桥臂的相电压，i_k(a+1),i_k(a+2)...i_km分别为直流环节自上而下第k个电容上侧节点流入逆变器第a+1，a+2...m个变流桥臂的电流；

S23:基于状态空间描述，建立直流环节状态方程，计算公式为：

式中，u₁,u₂...u_n分别为直流环节自上而下第1,2...n个电容两端的电压，i_1x,i_2x...i_nx分别为直流环节自上而下第1,2...n个电容上侧节点流入第x个变流桥臂的电流；

S24:根据公式(2)、公式(3)和公式(4)构建变流器在正常工作和开路故障情况下都适用的第四一致性模型为：

5.根据权利要求4所述的针对变流器的开路故障诊断方法，其特征在于，所述电压残差的计算公式为：

式中，为电压残差，v_xo为第x个桥臂的相电压值作为实际值v_xo，第x个变流桥臂相电压估计值

所述变流器残差评价函数的计算公式为：

式中，D_x为第x个桥臂的相电压残差评价函数，u_k为直流环节的电压。

6.根据权利要求5所述的针对变流器的开路故障诊断方法，其特征在于，所述故障发生条件为：设t₁时刻残差评价函数D_x的绝对值为|D_x|，若在t₁时刻，所得计算值|D_x|大于|h₀|，且从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次检测到|D_x|大于|h₀|。

7.根据权利要求6所述的针对变流器的开路故障诊断方法，其特征在于，所述变流器残差检测阈值通过以下计算公式确定：

h₀＝ε₀；(8)

式中，h₀为残差的检测阈值，ε₀为故障检测的误差干扰值。

8.根据权利要求2所述的针对变流器的开路故障诊断方法，其特征在于，所述S4具体包括以下步骤：

S41：设定第x个桥臂自上而下第p个功率器件开路故障诊断阈值为h_xp，其中p＝1,2,...,2n，其中最大值为h_xλ，最小值为h_xγ，其中λ,γ∈(1,2,3...2n)；

S42：若所述残差评价函数满足第一判断条件，则判断第x个变流桥臂自上而下第α个功率器件发生开路故障，若所述残差评价函数满足第二判断条件，则判断第x个变流桥臂自上而下第λ个功率器件发生开路故障；若所述残差评价函数满足第三判断条件，则判断第x个变流桥臂自上而下第γ个功率器件发生开路故障；

其中，所述第一判断条件为：

(1)在t₂时刻，h_xβ＞D_x＞h_xα＞0，其中α,β∈(1,2,3...2n)；

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现h_xβ＞D_x＞h_xα＞0的情况；

(3)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，未出现D_x＞h_xβ的情况；

所述第一判断条件还可以为：

(1)在t₂时刻，h_xβ＜D_x＜h_xα＜0，其中α,β∈(1,2,3...2n)；

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现h_xβ＜D_x＜h_xα＜0的情况；

(3)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，未出现D_x＜h_xβ的情况；

则判断第x个变流桥臂自上而下第α个功率器件发生开路故障；

所述第二判断条件为：

(1)在t₂时刻，D_x＞h_xλ；

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现D_x＞h_xλ的情况；

则判断第x个变流桥臂自上而下第λ个功率器件发生开路故障；

所述第三判断条件为：

(1)在t₂时刻，D_x＜h_xγ；

(2)从t₁时刻到(t₁+Δt)时刻，再次出现D_x＜h_xγ的情况；

则判断第x个变流桥臂自上而下第γ个功率器件发生开路故障。

9.根据权利要求2所述的变流器的开路故障诊断方法，其特征在于，所述S4中，所述开路故障诊断阈值根据桥臂上不同功率器件发生开路故障时的残差评价函数的理论值设定。

10.一种针对变流器的开路故障诊断系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至9任一所述方法的步骤。