风力发电技术在新能源研究中具有广阔的发展前景。特别是随着风力发电技术和大功率自关断器件的不断发展,风力发电机组并网逆变器受到越来越深入的研究。在风电系统中,大功率变流装置中的开关功率器件一旦发生故障且不能得到及时诊断和恢复,将会带来巨大的经济损失。因此,研究风电系统中并网逆变器的故障诊断和容错控制,切实保障风电系统的可靠性和安全性,具有十分重要的现实意义。正是基于这一考虑,在深入分析大功率变流器工作原理的基础上,本文主要从三相并网逆变器的建模和故障诊断两方面入手,针对开关功率器件中常见的开路故障和短路故障进行了深入的探讨和研究。首先,在建模方法选取上,大功率逆变器在工作时体现出连续动态特性和离散动态特性两种特性,并且这两种动态特性相互作用,呈现出复杂的混杂特性。对于此类混杂系统,为了准确实现系统的故障诊断,所搭建的系统模型必须同时涵盖和反映这两种特性,即连续动态特性和离散动态特性。对于这类复杂系统而言,如果采用一般的数学建模方法,往往过程复杂、极易出错,并且物理系统的异质性容易导致数学上的异构性,在建模过程中往往发生严重病态,难以数值求解；如果采用一般的力学、电磁原理等分别建模再拼装成统一方程,继而转换为状态方程,这在技术上繁琐困难,极易导致关联变量的产生和模态的丢失。为了有效克服以往建模方法选取上的不足,保证建立的模型能够更好地反映系统的性能,本文从能量角度出发,针对逆变器这类混杂系统,提出了采用键合图理论建立系统模型的方法。其次,以三相并网逆变器为研究对象,研究并建立了基于开关功率节点的系统键合图模型,通过在20-sim仿真平台上搭建键合图模型,仿真获得了三相并网逆变器各功率管在正常工作情况下的响应曲线。与实际曲线相比,可以证明键合图建模方法作为一种工程系统的建模仿真工具在风电系统并网逆变器的建模问题上具有独特的优越性。最后,针对开关功率器件经常出现的开路故障和短路故障,基于故障树分析方法,进行了故障诊断方面的研究工作。在键合图模型的基础上,开发出系统的时间因果图,用以描述系统变量之间的因果关系。当观测量产生偏差时,利用时间因果图回溯的方法,建立系统的故障树从而生成假设故障集,再根据时间因果图,对假设故障集中的每个故障预测系统将来的变化,产生各种假设故障下系统的各种可能,将这些估计与新观察值进行比较来修正故障集,得出诊断结果。这样,依靠建立的系统故障树来分析系统的故障状态以及故障原因,通过仿真验证了此种诊断方法的正确性与可行性,与定量的方法相比,该方法具有计算量少和对模型精确度要求低等优点。本文不仅为键合图理论在电力电子系统中的故障分析拓宽了视野,也为键合图理论在混杂系统中的建模提供了依据。