我国铁路建设迅速发展,列车的运营安全备受关注。单相PWM整流器是列车牵引变流器的重要组成部分,一旦出现故障,将影响列车的安全运行,如何对其进行在线智能故障诊断是一个值得深入研究的重要问题。单相PWM整流器主要由IGBT、直流侧电容两大关键部件组成。
IGBT故障包括短路故障和开路故障。IGBT短路会引发过电流,根据过电流能快速诊断出该故障;IGBT开路不会引发大幅过电流或过电压、欠电压等明显现象,诊断和保护相对较难。因此本文对单相PWM整流器IGBT的故障诊断即是对IGBT单管开路进行故障诊断。
针对单相PWM整流器IGBT故障诊断方法,主要有电流诊断法、电压诊断法等。
本文针对单相PWM整流器IGBT故障诊断,分别对小波变换、D-S证据理论进行了论述,在此基础上提出了基于小波变换和D-S证据理论相结合的IGBT故障诊断方法;针对直流侧电容故障诊断,对电容等效电路的阻抗特性进行了分析,在此基础上提出了基于等效串联电阻的直流侧电容故障诊断方法。
通过搭建单相PWM整流器仿真模型和实验平台,分别对所提出的故障诊断方法进行了仿真和实验研究,结果相符,验证了本文所提出故障诊断方法的正确性和有效性。
图14 实验硬件平台实物图
为了实现列车单相PWM整流器故障诊断和在线监测,本文针对单相PWM整流器IGBT元件,利用小波变换的时频特性和证据融合的聚焦作用,提出了基于小波变换和D-S证据理论相结合的IGBT故障诊断方法,此方法能够在IGBT故障后一个基波周期内实现故障对管的准确定位;针对直流侧电容元件,利用电容等效电路的阻抗特性,提出了基于等效串联电阻的直流侧电容故障诊断方法,此方法通过实时监控等效串联电阻值的变化情况,在故障发生时能够立即对故障电容进行诊断。
在所搭建的仿真模型和实验平台上对所提出的方法进行了仿真和实验验证,仿真和实验结果表明,本文所提出的故障诊断方法能够准确地判断出单相PWM整流器IGBT、直流侧电容两大关键部件的健康状态,提高了单相PWM整流器故障诊断的准确性与有效性。