CN113933752B - 一种用于级联h桥变流器的igbt开路故障检测方法及装置 - Google Patents

一种用于级联h桥变流器的igbt开路故障检测方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113933752B
CN113933752B CN202111056789.9A CN202111056789A CN113933752B CN 113933752 B CN113933752 B CN 113933752B CN 202111056789 A CN202111056789 A CN 202111056789A CN 113933752 B CN113933752 B CN 113933752B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fault
igbt
delta
voltage
bridge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111056789.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113933752A (zh
Inventor
肖遥遥
左文平
沈煜
韩鸣宇
胡伟
张港华
文劲宇
杨帆
杨志淳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology, Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202111056789.9A priority Critical patent/CN113933752B/zh
Publication of CN113933752A publication Critical patent/CN113933752A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113933752B publication Critical patent/CN113933752B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/54Testing for continuity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2601Apparatus or methods therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/56Testing of electric apparatus

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测方法及装置,属于电气工程技术领域。本发明通过变流器控制系统获取IGBT的触发信号和H桥单元的直流电容电压,得到所有H桥单元理论输出的电压值,并与实际输出的电压值相减得到故障电压外特性;再根据故障电压外特性以及输出电流得到故障状态变量,通过设置积分与阈值来判定H桥单元和IGBT是否发生开路故障。如此,本发明能够在半个基波周期附近完成开路故障检测,同时能够忍受多种噪声干扰,不会发生误判;同时,本发明无需通过传感器采样每个H桥单元的输出电压,能够节省传感器成本。

Description

一种用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测方法及装置
技术领域
本发明属于电气工程技术领域,更具体地,涉及一种用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测方法及装置。
背景技术
功率半导体器件迅速发展,级联H桥型变流器凭借其模块化,低谐波的优势广泛应用于中压大容量领域。随着级联单元的增多,变流器的可靠性随之下降。IGBT作为变流器的核心部件,其故障概率直接影响变流器的可靠性和稳定性。IGBT故障分为短路和开路两种;其中,短路故障通常会造成破坏性的损害,所以IGBT模块集成了短路硬件保护机制;对于开路故障,其故障响应特性较慢,不会导致系统立即停止运行,但是会在系统中引入噪声和振动,导致电压恶化和电流失真,引起二次故障,最终导致变流器闭锁。因此,对IGBT开路的快速检测是提高变流器稳定性和可靠性的关键技术。
目前的级联H桥IGBT开路检测方法主要分为直接检测法、数据分析检测法和模型计算检测法三种。直接检测法直接在变流器H桥单元端口装设传感器,会增加检测成本。数据分析检测法受限于故障样本数量和计算速度,检测时间一般大于3个基波周期。模型计算检测法具有检测速度快,不会增加额外传感器的优点。专利CN201310480072.6公开了一种基于谐波分析的检测方法,但是其忽略了实际运行中调制和死区时间造成的谐波。专利CN201910730372.2公开了一种基于电压残差的H桥变流器故障检测方法,但是其未考虑通讯延迟、死区时间带来的噪声和相邻模块的响应干扰,采用计数器判定的情况容易导致误判。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测方法及装置,以解决现有的检测方法存在的增加传感器成本、检测速度慢和误判的问题。
为实现上述目的,第一方面,本发明提供了一种用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测方法,包括以下步骤:
S1,获取第i组H桥单元所有IGBT的触发信号Smi、第i组H桥单元的直流电容电压vCi以及变流器输出电压vo,并计算出故障电压外特性Δv′,Δv′为所有H桥单元理论输出的电压值与实际输出的电压值之差;其中,i=1,…,n,n为H桥单元数量,m=1,2,3,4;
S2,根据Δv′与vCi以及IGBT导通电压vp之间的关系,对Δv′进行整定得到Δv,Δv为vCi的整数倍;
S3,根据整定后的Δv、触发信号Smi、直流电容电压vCi以及变流器输出电流io,得到每组H桥单元各IGBT的故障状态变量,所述故障状态变量包括故障、非故障、无法判定三种状态;
S4,对所述故障状态变量进行积分,将积分量与阈值进行比较,从而判定第i组H桥单元第m号IGBT是否发生开路故障。
进一步地,所述S1中,故障电压外特性Δv′为:
Figure BDA0003254985650000021
其中,m=1,2,3,4分别对应H桥单元的左上臂、左下臂、右上臂、右下臂IGBT。
进一步地,所述S2中,整定后的Δv为:
Figure BDA0003254985650000022
其中,σ为最大导通压降,且σ=2nvp
进一步地,所述S3中,
当io<0时,则γ14,i=0,γ1,i=0,γ4,i=0;
当io<0时,若S2i=0,则γ2,i=0;若S2i=1,Δv=-vCi,则γ2,i=1;若S2i=1,Δv≠-vCi,则γ2,i=-1;
当io<0时,若S2i和S3i不同时为1,则γ23,i=0;若S2i=1,S3i=1,Δv=-2vCi,则γ23,i=1;若S2i=1,S3i=1,Δv≠-2vCi,则γ23,i=-1;
当io<0时,若S3i=0,则γ3,i=0;若S3i=1,Δv=-vCi,则γ3,i=1;若S3i=1,Δv≠-vCi,则γ3,i=-1;
当io>0时,则γ23,i=0,γ2,i=0,γ3,i=0;
当io>0时,若S1i=0,则γ1,i=0;若S1i=1,Δv=vCi,则γ1,i=1;若S2i=1,Δv≠vCi,则γ1,i=-1;
当io>0时,若S1i和S4i不同时为1,则γ14,i=0;若S1i=1,S4i=1,Δv=2vCi,则γ14,i=1;若S1i=1,S4i=1,Δv≠2vCi,则γ14,i=-1;
当io>0时,若S4i=0,则γ4,i=0;若S4i=1,Δv=vCi,则γ4,i=1;若S4i=1,Δv≠vCi,则γ4,i=-1;
其中,γp,i表示所述故障状态变量,p=1,2,3,4,14,23;p=1,2,3,4时,γp,i=1,-1,0分别表示第i组H桥单元第p号IGBT发生故障、未发生故障、无法判定是否发生故障;γ14,i=1,-1,0分别表示第i组H桥单元第1号和第4号IGBT同时发生故障、未同时发生故障、无法判定是否同时发生故障;γ23,i=1,-1,0分别表示第i组H桥单元第2号和第3号IGBT同时发生故障、未同时发生故障、无法判定是否同时发生故障。
进一步地,所述S4包括:
S41,对所述故障状态变量进行积分,得到积分量Li和Dm,i
其中,
Figure BDA0003254985650000031
k比例常数,为正数;
S42,计算阈值δ1和δ2
Figure BDA0003254985650000041
其中,TC为载波周期,θ为载波移相角;
S43,若Li≥δ1,则判定第i组H桥单元发生开路故障;若Dm,i≥δ2,则判定第i组H桥单元第m号IGBT发生开路故障。
进一步地,在完成H桥单元故障定位后,再进行IGBT故障定位。
为实现上述目的,第二方面,本发明还提供了一种用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测装置,包括:
模型计算模块,用于获取第i组H桥单元所有IGBT的触发信号Smi、第i组H桥单元的直流电容电压vCi以及变流器输出电压vo,并计算出故障电压外特性Δv′,Δv′为所有H桥单元理论输出的电压值与实际输出的电压值之差;其中,i=1,…,n,n为H桥单元数量,m=1,2,3,4;
整定模块,用于根据Δv′与vCi以及IGBT导通电压vp之间的关系,对Δv′进行整定得到Δv,Δv为vCi的整数倍;
积分判定模块,用于根据整定后的Δv、触发信号Smi、直流电容电压vCi以及变流器输出电流io,得到每组H桥单元各IGBT的故障状态变量,所述故障状态变量包括故障、非故障、无法判定;以及对所述故障状态变量进行积分,将积分量与阈值进行比较,从而判定第i组H桥单元第m号IGBT是否发生开路故障。
通过本发明所构思的以上技术方案,与现有技术相比,能够取得以下有益效果:
(1)本发明通过变流器控制系统获取IGBT的触发信号和H桥单元的直流电容电压,得到所有H桥单元理论输出的电压值,并与实际输出的电压值相减得到故障电压外特性;再根据故障电压外特性以及输出电流得到故障状态变量,通过设置积分与阈值来判定H桥单元和IGBT是否发生开路故障。如此,本发明通过积分和设定阈值的方式来分别判定H桥单元的故障和IGBT开路的故障,能够在半个基波周期附近完成检测,同时能够抵抗响应延时、死区延时、导通压降等干扰,检测结果准确。
(2)本发明采用电压计算模型,在计算过程中未进行任何化简,能够避免随着时间模型精度下降的问题。同时,本发明无需通过传感器采样每个H桥单元的输出电压,能够节省传感器成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种典型的单相级联H桥变流器拓扑图;
图2是本发明实施例提供的用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测方法流程示意图之一;
图3是本发明实施例提供的信号处理逻辑示意图;
图4是本发明实施例提供的用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测方法流程示意图之二;
图5是本发明实施例提供的单个IGBT开路故障仿真结果图;
图6是本发明实施例提供的多个IGBT开路故障仿真结果图;
图7是本发明实施例提供的用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测装置的框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中,本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
图1为本发明提供的一种典型级联H桥变流器结构,单相H桥功率单元将直流电转化为交流电最后级联叠加成为高压交流电。每个H桥功率单元接入了储能单元,通过DC/DC实现能量的双向流动。
下面参阅图2,结合图3至图6,对本发明进行进一步详细说明。图2是本发明实施例提供的用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测方法流程示意图,该检测方法包括操作S1-操作S4。
操作S1,获取第i组H桥单元所有IGBT的触发信号Smi、第i组H桥单元的直流电容电压vCi以及变流器输出电压vo,并计算出故障电压外特性Δv′,Δv′为所有H桥单元理论输出的电压值与实际输出的电压值之差;其中,i=1,…,n,n为H桥单元数量,m=1,2,3,4。具体地:
如图3所示,从变流器控制器获取每个H桥单元的IGBT触发信号Smi,从传感器获取所有H桥单元直流电容电压vCi和变流器输出电压vo。通过下式计算故障电压外特性Δv′:
Figure BDA0003254985650000061
其中,m=1,2,3,4分别对应H桥单元的左上臂、左下臂、右上臂、右下臂IGBT。
操作S2,根据Δv′与vCi以及IGBT导通电压vp之间的关系,对Δv′进行整定得到Δv,Δv为vCi的整数倍。具体地:
整定后的Δv通过下式得到:
Figure BDA0003254985650000062
其中,σ为最大导通压降,且σ=2nvp
操作S3,根据整定后的Δv、触发信号Smi、直流电容电压vCi以及变流器输出电流io,得到每组H桥单元各IGBT的故障状态变量,所述故障状态变量包括故障、非故障、无法判定三种状态。具体地:
如图4所示,电流α状态通过下式得到:
Figure BDA0003254985650000071
当α=1时,则γ14,i=0,γ1,i=0,γ4,i=0。
当α=1时,若S2i=0,则γ2,i=0;若S2i=1,Δv=-vCi,则γ2,i=1;若S2i=1,Δv≠-vCi,则γ2,i=-1。
当α=1时,若S2i和S3i不同时为1,则γ23,i=0;若S2i=1,S3i=1,Δv=-2vCi,则γ23,i=1;若S2i=1,S3i=1,Δv≠-2vCi,则γ23,i=-1。
当α=1时,若S3i=0,则γ3,i=0;若S3i=1,Δv=-vCi,则γ3,i=1;若S3i=1,Δv≠-vCi,则γ3,i=-1。
当α=0时,则γ23,i=0,γ2,i=0,γ3,i=0。
当α=0时,若S1i=0,则γ1,i=0;若S1i=1,Δv=vCi,则γ1,i=1;若S2i=1,Δv≠vCi,则γ1,i=-1。
当α=0时,若S1i和S4i不同时为1,则γ14,i=0;若S1i=1,S4i=1,Δv=2vCi,则γ14,i=1;若S1i=1,S4i=1,Δv≠2vCi,则γ14,i=-1。
当α=0时,若S4i=0,则γ4,i=0;若S4i=1,Δv=vCi,则γ4,i=1;若S4i=1,Δv≠vCi,则γ4,i=-1。
其中,γp,i表示所述故障状态变量,p=1,2,3,4,14,23;p=1,2,3,4时,γp,i=1,-1,0分别表示第i组H桥单元第p号IGBT发生故障、未发生故障、无法判定是否发生故障;γ14,i=1,-1,0分别表示第i组H桥单元第1号和第4号IGBT同时发生故障、未同时发生故障、无法判定是否同时发生故障;γ23,i=1,-1,0分别表示第i组H桥单元第2号和第3号IGBT同时发生故障、未同时发生故障、无法判定是否同时发生故障。
操作S4,对所述故障状态变量进行积分,将积分量与阈值进行比较,从而判定第i组H桥单元第m号IGBT是否发生开路故障。具体地:
S41,对所述故障状态变量进行积分,得到积分量Li和Dm,i
其中,
Figure BDA0003254985650000081
k比例常数,为正数;
S42,计算阈值δ1和δ2
Figure BDA0003254985650000082
其中,TC为载波周期,θ为载波移相角;
S43,若Li≥δ1,则判定第i组H桥单元发生开路故障;若Dm,i≥δ2,则判定第i组H桥单元第m号IGBT发生开路故障。
需要注意的是,在完成H桥单元故障定位后再进行IGBT故障的定位。
为了进一步体现本发明的实用性和有效性,根据图1所示系统搭建仿真模型,系统各参数值如表1所示:
表1 系统各参数值
参数名称 数值
电网电压等级/kV 10
系统频率/Hz 50
单相功率单元数量n 12
直流电容C/μF 2520
功率单元平均稳态直流电压v<sub>Ci</sub>/V 800
开关管导通压降/V 2
载波移相角/° 15
载波周期/ms 1.25
延迟噪声Δt/μs 10
死区延迟t<sub>dt</sub>/μs 5
电压判据误差σ/V 48
积分比例常数k 2000
故障单元定位积分阈值δ<sub>1</sub> 2.5
故障IGBT定位积分阈值δ<sub>2</sub> 0.2
图5给出了单个IGBT S11开路故障下的检测结果。图中给出了故障标志Fi和fm,i。0.5s时闭锁S11模拟单个IGBT开路故障,在发生故障之前,Li和Dm,i全程低于对应阈值。在发生故障之后,io<0,对应Li和Dm,i开始积分,当积分量L1超过阈值δ1时,F1发生跳变,检测到故障功率单元。当积分量D1,1超过阈值δ2时,f1,1发生跳变,检测到故障IGBT S11。故障功率单元检测时间tdet为2.9ms,故障IGBT检测时间tloc1为0.6ms。检测时间远小于电流基波周期。
图6给出了IGBT S11和S41开路故障下的检测结果,0.5s时闭锁S11和S41模拟IGBT开路故障,在发生故障之前,Li和Dm,i全程低于对应阈值。在发生故障之后,io<0,L1、D1,1和D4,1开始积分。当积分量L1超过阈值δ1时,F1发生跳变,检测到故障功率单元。当积分量D1,1超过阈值δ2时,在检测到故障功率单元后f1,1发生跳变,检测到故障IGBT S11;当积分量D4,1超过阈值δ2时,在检测到故障功率单元后f4,1发生跳变,检测到故障IGBTS41。故障功率单元检测时间tdet为3.4ms,故障IGBT S11检测时间tloc1为0ms,故障IGBT S41检测时间tloc4为0ms。检测时间远小于电流基波周期,但是比单个元件发生故障时检测时间稍微更长,这是由于S11和S41同时开路故障导致电压畸变更加明显,电流的正直流分量更大,故障后积分开始的时间相较于单个开路故障更短。
图7为本发明实施例提供的一种用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测装置的框图。参阅图7,该检测装置700包括模型计算模块710、整定模块720、积分判定模块730。
模型计算模块710例如执行操作S1,用于获取第i组H桥单元所有IGBT的触发信号Smi、第i组H桥单元的直流电容电压vCi以及变流器输出电压vo,并计算出故障电压外特性Δv′,Δv′为所有H桥单元理论输出的电压值与实际输出的电压值之差;其中,i=1,…,n,n为H桥单元数量,m=1,2,3,4;
整定模块720例如执行操作S2,用于根据Δv′与vCi以及IGBT导通电压vp之间的关系,对Δv′进行整定得到Δv,Δv为vCi的整数倍;
积分判定模块730例如执行操作S3和S4,用于根据整定后的Δv、触发信号Smi、直流电容电压vCi以及变流器输出电流io,得到每组H桥单元各IGBT的故障状态变量,所述故障状态变量包括故障、非故障、无法判定;以及对所述故障状态变量进行积分,将积分量与阈值进行比较,从而判定第i组H桥单元第m号IGBT是否发生开路故障。
检测装置700用于执行上述图2所示实施例中的用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测方法。本实施例未尽之细节,请参阅前述图2所示实施例中的用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测方法,此处不再赘述。
总体而言:
(1)本发明采用电压计算模型,在计算过程中未进行任何化简,能够避免随着时间模型精度下降的问题。
(2)本发明无需通过传感器采样每个H桥单元的输出电压,能够节省传感器成本。
(3)本发明通过积分和设定阈值的方式来分别判定H桥单元的故障和IGBT开路的故障,能够在半个基波周期附近完成检测,同时能够抵抗响应延时,死区延时,导通压降等干扰,检测结果准确。
此外,本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
上述计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,获取第i组H桥单元所有IGBT的触发信号Smi、第i组H桥单元的直流电容电压vCi以及变流器输出电压vo,并计算出故障电压外特性Δv′,Δv′为所有H桥单元理论输出的电压值与实际输出的电压值之差;其中,i=1,…,n,n为H桥单元数量,m=1,2,3,4;
S2,根据Δv′与vCi以及IGBT导通电压vp之间的关系,对Δv′进行整定得到Δv,Δv为vCi的整数倍;
S3,根据整定后的Δv、触发信号Smi、直流电容电压vCi以及变流器输出电流io,得到每组H桥单元各IGBT的故障状态变量,所述故障状态变量包括故障、非故障、无法判定三种状态;
S4,对所述故障状态变量进行积分,将积分量与阈值进行比较,从而判定第i组H桥单元第m号IGBT是否发生开路故障;
所述S1中,故障电压外特性Δv′为:
Figure FDA0003619999420000011
其中,m=1,2,3,4分别对应H桥单元的左上臂、左下臂、右上臂、右下臂IGBT;
所述S2中,整定后的Δv为:
Figure FDA0003619999420000012
其中,σ为最大导通压降,且σ=2nvp
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S3中,
当io<0时,则γ14,i=0,γ1,i=0,γ4,i=0;
当io<0时,若S2i=0,则γ2,i=0;若S2i=1,Δv=-vCi,则γ2,i=1;若S2i=1,Δv≠-vCi,则γ2,i=-1;
当io<0时,若S2i和S3i不同时为1,则γ23,i=0;若S2i=1,S3i=1,Δv=-2vCi,则γ23,i=1;若S2i=1,S3i=1,Δv≠-2vCi,则γ23,i=-1;
当io<0时,若S3i=0,则γ3,i=0;若S3i=1,Δv=-vCi,则γ3,i=1;若S3i=1,Δv≠-vCi,则γ3,i=-1;
当io>0时,则γ23,i=0,γ2,i=0,γ3,i=0;
当io>0时,若S1i=0,则γ1,i=0;若S1i=1,Δv=vCi,则γ1,i=1;若S2i=1,Δv≠vCi,则γ1,i=-1;
当io>0时,若S1i和S4i不同时为1,则γ14,i=0;若S1i=1,S4i=1,Δv=2vCi,则γ14,i=1;若S1i=1,S4i=1,Δv≠2vCi,则γ14,i=-1;
当io>0时,若S4i=0,则γ4,i=0;若S4i=1,Δv=vCi,则γ4,i=1;若S4i=1,Δv≠vCi,则γ4,i=-1;
其中,γp,i表示所述故障状态变量,p=1,2,3,4,14,23;p=1,2,3,4时,γp,i=1,-1,0分别表示第i组H桥单元第p号IGBT发生故障、未发生故障、无法判定是否发生故障;γ14,i=1,-1,0分别表示第i组H桥单元第1号和第4号IGBT同时发生故障、未同时发生故障、无法判定是否同时发生故障;γ23,i=1,-1,0分别表示第i组H桥单元第2号和第3号IGBT同时发生故障、未同时发生故障、无法判定是否同时发生故障。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述S4包括:
S41,对所述故障状态变量进行积分,得到积分量Li和Dm,i
其中,
Figure FDA0003619999420000021
比例常数,取正数;
S42,计算阈值δ1和δ2
Figure FDA0003619999420000031
其中,TC为载波周期,θ为载波移相角;
S43,若Li≥δ1,则判定第i组H桥单元发生开路故障;若Dm,i≥δ2,则判定第i组H桥单元第m号IGBT发生开路故障。
4.根据权利要求1或3所述方法,其特征在于,在完成H桥单元故障定位后,再进行IGBT故障定位。
5.一种用于级联H桥变流器的IGBT开路故障检测装置,其特征在于,包括:
模型计算模块,用于获取第i组H桥单元所有IGBT的触发信号Smi、第i组H桥单元的直流电容电压vCi以及变流器输出电压vo,并计算出故障电压外特性Δv′,Δv′为所有H桥单元理论输出的电压值与实际输出的电压值之差;其中,i=1,…,n,n为H桥单元数量,m=1,2,3,4;故障电压外特性Δv′为:
Figure FDA0003619999420000032
其中,m=1,2,3,4分别对应H桥单元的左上臂、左下臂、右上臂、右下臂IGBT;
整定模块,用于根据Δv′与vCi以及IGBT导通电压vp之间的关系,对Δv′进行整定得到Δv,Δv为vCi的整数倍;整定后的Δv为:
Figure FDA0003619999420000033
其中,σ为最大导通压降,且σ=2nvp
积分判定模块,用于根据整定后的Δv、触发信号Smi、直流电容电压vCi以及变流器输出电流io,得到每组H桥单元各IGBT的故障状态变量,所述故障状态变量包括故障、非故障、无法判定;以及对所述故障状态变量进行积分,将积分量与阈值进行比较,从而判定第i组H桥单元第m号IGBT是否发生开路故障。
CN202111056789.9A 2021-09-09 2021-09-09 一种用于级联h桥变流器的igbt开路故障检测方法及装置 Active CN113933752B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111056789.9A CN113933752B (zh) 2021-09-09 2021-09-09 一种用于级联h桥变流器的igbt开路故障检测方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111056789.9A CN113933752B (zh) 2021-09-09 2021-09-09 一种用于级联h桥变流器的igbt开路故障检测方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113933752A CN113933752A (zh) 2022-01-14
CN113933752B true CN113933752B (zh) 2022-06-17

Family

ID=79275316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111056789.9A Active CN113933752B (zh) 2021-09-09 2021-09-09 一种用于级联h桥变流器的igbt开路故障检测方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113933752B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117233664B (zh) * 2023-11-13 2024-02-02 成都创科升电子科技有限责任公司 一种用于微小电流电路的开路检测方法和系统

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3236577A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-25 Sungrow Power Supply Co., Ltd. Cascaded h-bridge inverter and method for handling fault thereof
CN107748313A (zh) * 2017-10-16 2018-03-02 华北电力大学 基于与或逻辑的识别hbsm‑mmc内部短路故障的方法
CN109541376A (zh) * 2019-01-08 2019-03-29 华北电力大学 基于故障指标的h桥中igbt开路故障识别与定位方法
CN110133423A (zh) * 2019-05-23 2019-08-16 西南交通大学 一种单相级联h桥整流器开关管开路故障诊断方法
CN110376471A (zh) * 2019-08-08 2019-10-25 西南交通大学 一种基于电压残差的级联h桥变换器故障诊断方法
CN111308392A (zh) * 2020-03-06 2020-06-19 西南交通大学 一种单相级联npc整流器igbt开路故障的诊断方法
CN111458659A (zh) * 2020-03-09 2020-07-28 合肥工业大学 级联h桥光伏逆变器开关管开路故障的快速诊断方法
CN111693898A (zh) * 2020-05-18 2020-09-22 西安交通大学 一种模块化多电平变流器中igbt开路故障的加速定位方法
EP3726715A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-21 Nxp B.V. Fault detection in hybrid dc-dc power converters
CN111948574A (zh) * 2020-07-31 2020-11-17 电子科技大学 一种逆变器开路故障的快速定位方法
CN111987925A (zh) * 2020-07-20 2020-11-24 华中科技大学 一种基于mmc的开路故障穿越方法和系统
CN112285608A (zh) * 2020-11-20 2021-01-29 西安热工研究院有限公司 一种高频电源全桥逆变电路开路故障方法
CN112540261A (zh) * 2020-11-11 2021-03-23 华中科技大学 一种快速mmc子模块器件开路故障的检测方法及系统
CN112630596A (zh) * 2020-12-15 2021-04-09 重庆大学 一种风电变流器igbt器件开路故障综合诊断方法
CN112710950A (zh) * 2020-12-15 2021-04-27 南京航空航天大学 Mmc变流器的半桥子模块中开关管开路故障诊断方法

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3236577A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-25 Sungrow Power Supply Co., Ltd. Cascaded h-bridge inverter and method for handling fault thereof
CN107748313A (zh) * 2017-10-16 2018-03-02 华北电力大学 基于与或逻辑的识别hbsm‑mmc内部短路故障的方法
CN109541376A (zh) * 2019-01-08 2019-03-29 华北电力大学 基于故障指标的h桥中igbt开路故障识别与定位方法
EP3726715A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-21 Nxp B.V. Fault detection in hybrid dc-dc power converters
CN110133423A (zh) * 2019-05-23 2019-08-16 西南交通大学 一种单相级联h桥整流器开关管开路故障诊断方法
CN110376471A (zh) * 2019-08-08 2019-10-25 西南交通大学 一种基于电压残差的级联h桥变换器故障诊断方法
CN111308392A (zh) * 2020-03-06 2020-06-19 西南交通大学 一种单相级联npc整流器igbt开路故障的诊断方法
CN111458659A (zh) * 2020-03-09 2020-07-28 合肥工业大学 级联h桥光伏逆变器开关管开路故障的快速诊断方法
CN111693898A (zh) * 2020-05-18 2020-09-22 西安交通大学 一种模块化多电平变流器中igbt开路故障的加速定位方法
CN111987925A (zh) * 2020-07-20 2020-11-24 华中科技大学 一种基于mmc的开路故障穿越方法和系统
CN111948574A (zh) * 2020-07-31 2020-11-17 电子科技大学 一种逆变器开路故障的快速定位方法
CN112540261A (zh) * 2020-11-11 2021-03-23 华中科技大学 一种快速mmc子模块器件开路故障的检测方法及系统
CN112285608A (zh) * 2020-11-20 2021-01-29 西安热工研究院有限公司 一种高频电源全桥逆变电路开路故障方法
CN112630596A (zh) * 2020-12-15 2021-04-09 重庆大学 一种风电变流器igbt器件开路故障综合诊断方法
CN112710950A (zh) * 2020-12-15 2021-04-27 南京航空航天大学 Mmc变流器的半桥子模块中开关管开路故障诊断方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A new fault-tolerant strategy for a cascaded H-bridge based STATCOM;NEYSHABOURI Y;《IEEE Transactions on》;20181231;全文 *
Research on the application of CPS-SPWM technology in cascaded multilevel inverter;Chunyan Zang;《2009 International Conference on Electrical Machines and Systems》;20091231;全文 *
减小电容容值的H桥级联型STATCOM电容取值分析与直流电压控制;杜少通;《电网技术》;20190131;全文 *
级联型电力电子变压器内部开路故障特征及定位方法研究;韩杰祥;《中国电机工程学报》;20201005;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113933752A (zh) 2022-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shao et al. Open-circuit fault detection and isolation for modular multilevel converter based on sliding mode observer
CN101710159B (zh) 一种新型的直流换流阀试验单元
CN107765077B (zh) 一种励磁涌流识别方法及识别装置
US20060203401A1 (en) Method and apparatus for generalized arc fault detection
CN110376471B (zh) 一种基于电压残差的级联h桥变换器故障诊断方法
CN104049171A (zh) 交错反激式微逆变器的开路故障诊断方法及系统
CN108418459B (zh) 一种电流滞环控制的逆变器开路故障容错控制方法和装置
CN113933752B (zh) 一种用于级联h桥变流器的igbt开路故障检测方法及装置
CN115579851B (zh) 一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法及系统
Xie et al. Open-circuit fault diagnosis of dual active bridge DC-DC converter based on residual analysis
CN103022976A (zh) 一种变频器输出短路保护电路及保护方法
Xie et al. A voltage-based multiple fault diagnosis approach for cascaded H-bridge multilevel converters
CN117310353B (zh) 一种变电站一、二次回路通流加压故障测试方法及系统
CN110208649A (zh) 基于交流电压下降速度的换相故障检测方法及装置
CN109901003B (zh) 一种逆变器功率故障检测方法及系统
CN106353637B (zh) 静止无功补偿器晶闸管控制电抗器故障分析定位方法
CN114879087A (zh) 一种用于vienna整流器开路故障综合辨识的方法
CN114859266A (zh) 一种chb光伏并网逆变器系统开路故障诊断方法
CN112731103B (zh) 一种双级矩阵变换器的故障诊断方法
Li et al. A new approach for on-line open-circuit fault diagnosis of inverters based on current trajectory
Tao et al. A diagnosis method for IGBT and current sensor faults of two-level inverter used in traction systems
CN104734121B (zh) 一种离网型储能变流器的电流控制方法及装置
CN114337342A (zh) 模块化多电平变换器子模块故障检测定位方法及装置
Yu et al. Improved traveling wave protection method for MMCHVDC systems based on the tracking differentiator to resist uncertain interference
Hu et al. An Open Circuit Faults Diagnosis Method Based on XG-Boost Used in MMC

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant