论文部分内容阅读
电力牵引传动系统作为高速动车组动力来源,其可靠性对高速动车组安全稳定运行有着至关重要的作用。因此,如何在线监测牵引传动系统运行状态引起人们广泛关注。目前牵引系统中功率器件IGBT属于薄弱环节,实际运行中为保障动车组安全运行,经常会因为某一个IGBT故障而切除整个牵引单元,造成了动力丢失,因此探究电力牵引系统容错运行具有重要的工程意义。本文以IGBT故障诊断及三相四开关容错拓扑为研究对象。具体工作如下：首先分析了IGBT开路故障对输出电流的影响,利用小波变换对故障三相电流滤波并提取特征向量,运用支持向量机(Support Vector Machine, SVM)对故障类型分类定位,诊断时间为一个基波周期。推导基于混合逻辑建模的逆变器-电机模型,建立三相电压观测模型,实现了基于电压残差的在线诊断方法,诊断时间为3-5个开关周期；建立A相桥臂T1管故障、T4管故障、T1和T4管同时故障三种定子三相电流观测模型,当出现对应故障时,残差小于阈值,输出故障,诊断时间约1/2个基波周期；建立三相电流观测模型,当出现开关管故障时,根据设定阈值和故障信息表定位故障,将诊断时间缩短至1/8个基波周期,并对比了三种诊断方法的优缺点及适用场合。其次,考虑到牵引变流器的质量和空间的局限性,三相四开关的拓扑结构在牵引逆变器容错控制应用中具有较大的潜力。在六开关拓扑基础上,增加6个熔断器和3个双向晶闸管,当发生IGBT短路或开路故障时能够隔离故障,转变为三相四开关拓扑,分析其拓扑结构、工作原理和五段式SVPWM调制方式,引入电压空间矢量补偿方法解决由中间直流环节不平衡引起的三相电流不平衡,并通过基于转子磁场定向的矢量控制闭环仿真验证。最后,以DSP TMS320F2812为控制器,dSPACE半实物仿真器为虚拟负载,对上述牵引逆变器IGBT开路故障诊断方法和容错拓扑下闭环控制进行了验证,进而说明了诊断方法的正确性和有效性,以及容错拓扑的可行性。