2023年2月电工技术学报Vol.38No.4第38卷第4期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYFeb.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.220423基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开路故障诊断许水清1黄文展1何怡刚1胡友强2程庭莉1（1.合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥2300092.输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）重庆400044）摘要为提高中点钳位型（NPC）三电平并网逆变器故障诊断的准确性和鲁棒性，该文针对其开关管单管和双管故障，提出一种基于自适应滑模观测器的开路故障诊断方法。该方法首先建立逆变器在正常状态和开关管故障状态下的混合逻辑动态模型；其次设计收敛速度快且显著抑制抖振的自适应滑模观测器精确估计正常状态下的三相电流值；然后利用实际系统和观测器的输出电流提出基于电流形态因子的故障检测方法；最后根据电流残差来构造故障定位变量进行故障定位。在此基础上，通过建立前次故障状态的自适应滑模观测器实现双开关管开路故障诊断。该文提出的方法能够同时实现单管和双管开路故障诊断，诊断速度快、鲁棒性强，且避免增加额外传感器。实验结果验证了该文所提诊断方法的鲁棒性和有效性。关键词：NPC三电平并网逆变器开路故障自适应滑模观测器电流形态因子中图分类号：TM4640引言随着新能源发电的快速发展，并网逆变器作为连接新能源发电系统和公用电网的有效接口，具有举足轻重的作用。在各种并网逆变器拓扑中，中点钳位型（Neutral-Point-Clamped,NPC）三电平逆变器由于具有器件电压应力低、功率损耗小和输出电压谐波含量少等优点，得到了广泛应用[1]。然而由于运行环境多变，加上开关管器件数量较多且电路结构复杂，使得任何一个开关管故障均可导致NPC三电平并网逆变器无法正常工作，甚至引发二次故障，造成重大经济损失和安全事故。因此，NPC三电平并网逆变器开关管故障诊断具有十分重要的研究意义和应用价值。NPC三电平并网逆变器开关管故障主要分为短路故障和开路故障[2]。短路故障由于具有演变速度快和危害程度大等特点，通常在逆变器中集成硬件检测装置和保护电路，将短路故障转化为开路故障来处理[3]。因而，本文主要研究NPC三电平并网逆变器的开关管开路故障。目前，开关管开路故障诊断方法从技术上主要分为数据驱动法和模型法。数据驱动法主要包括信号处理法[4-5]、人工智能法[6]以及两者相结合的算法[7]等。如文献[8]利用电流矢量瞬时频率和电流矢量瞬时角度来构造故障检...
