基于电流矢量轨迹分析的SSSC系统三电平NPC变换器开关开路故障增强诊断方法

《Scientific Reports》：Current-vector trajectory–based diagnosis of open-circuit faults in NPC inverters for SSSC applications

　　

摘要

本文提出了一种增强的故障诊断方法，用于识别集成在静止同步串联补偿器（SSSC）系统中的三电平中性点钳位（NPC）逆变器开关的开路故障。尽管以往的研究主要关注两级变换器的开关开路故障，并建立了用于诊断开路故障的电流矢量轨迹分析原理，但本工作将该方法扩展至在有功 - 无功控制下运行的、集成于 SSSC 系统中的三电平 NPC 变换器。所提出的方法涵盖了单开关故障和 48 种潜在的双开关故障情况，其中利用了单故障的轨迹倾斜特性和双故障的特征轨迹模式。该方法将电流矢量轨迹技术扩展到了柔性交流输电系统（FACTS）设备中运行的多级 NPC 结构。利用康托拉变换推导了一个理论电流矢量模型，通过分析 α-β 轨迹的变形，可以直接对典型和非典型故障进行分类。本工作的一个关键创新点在于无需额外传感器或观测器，即可准确检测 NPC 桥臂中的单开关和双开关开路故障。MATLAB/Simulink 仿真结果显示，理论模式与实际轨迹之间吻合度极佳，证明了该方法具有检测快速、鲁棒性高以及适合在 SSSC 应用中实时实现的特点。