西南交通大學劉志剛教授的科研團隊提出了一種雙重化脈沖整流器多管開路故障快速診斷方法，該方法將門極信號與交流側(cè)電壓的變化情況作為故障特征信號生成的依據(jù)，可迅速實現(xiàn)功率管單管、雙管及多管故障的準確定位，且不受負載突變影響；研究利用上海遠寬的StarSim電力電子小步長實時仿真器進行實驗，通過實驗結(jié)果驗證了所提出的IGBT開路故障診斷方法的正確性。

本成果總結(jié)發(fā)表于《電工技術學報》：陳濤，劉志剛，胡軻珽，張雨婷. 一種雙重化脈沖整流器多管開路故障快速診斷方法[J]. 電工技術學報. 已錄用。

該應用結(jié)合NI高性能的PXI平臺和FPGA硬件以及合作伙伴遠寬能源的StarSim小步長仿真技術，幫助用戶搭建電力電子HIL和RCP仿真測試平臺。該平臺能夠以1μs以下的步長準確模擬變流器故障，幫助用戶快速完成算法驗證的測試實驗，從而有效縮短用戶科研時間，助力用戶高階科研探索和創(chuàng)新，為科研論文的發(fā)表提供可靠的實驗結(jié)果。

1、IGBT開路故障診斷研究意義與現(xiàn)狀

隨著我國高速鐵路的迅速發(fā)展，動車組的安全穩(wěn)定運行顯得尤為重要。一般來說，CRH3型動車組（Electric Multiple Units, EMUs）牽引傳動系統(tǒng)中整流部分均采用雙重化脈沖整流器拓撲結(jié)構，其主電路功率管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）是電力電子裝置系統(tǒng)中最脆弱的結(jié)構。由于雙重化脈沖整流器中的IGBT長期在電磁干擾、多種惡劣環(huán)境下運行，極易發(fā)生故障。而IGBT作為核心部件，其故障主要分為短路故障和開路故障?，F(xiàn)有的IGBT模塊驅(qū)動電路針對短路故障已集成了硬件保護和監(jiān)控裝置，但是開路故障會導致網(wǎng)側(cè)電流畸變、直流側(cè)電壓幅值降低和波動增大，從而引發(fā)二次故障。為提高系統(tǒng)的可靠性，實現(xiàn)對IGBT開路故障的有效診斷十分重要。

現(xiàn)有研究中很少對多個IGBT開路故障進行關注，而對于雙重化脈沖整流器來說，其相比單重化兩電平脈沖整流器增加了一個整流單元，故障情況較多，故障定位的難度有所加大，故對于雙管、多管故障的診斷也不可忽視。

2、雙重化脈沖整流器拓撲結(jié)構與原理

雙重化脈沖整流器是通過變壓器耦合的方式將兩個相同結(jié)構的整流單元按并聯(lián)的方式組合，其原理為：各單元整流器采用共同的調(diào)制波，將兩個整流器的三角載波相位相互錯開π/2的相位角。這樣做的好處是，可使脈沖整流器輸入電流的高次諧波互相錯開，并在變壓器一次電流的諧波總量中部分諧波相互抵消，在鐵路系統(tǒng)得以廣泛應用。

瞬態(tài)直接電流控制(transient current control strategy，TCCS)具有拓撲簡單、能夠有效抑制二次牽引繞組的諧波電流，直流側(cè)紋波電壓較小，且動態(tài)響應好等優(yōu)點，CRH3型動車組通常采用該方法。

在此研究中，主電路模型如圖所示：

3、故障診斷方法設計與結(jié)果

傳統(tǒng)的單相脈沖整流器IGBT開路故障診斷中一般只考慮單管或雙管故障，對于多管故障研究很少涉及，西南交大劉志剛團隊提出的故障診斷方法綜合考慮了多種功率管開路故障情況，通過對脈沖整流器正常模式和多種功率管開路故障情況下的IGBT門級脈沖信號和交流線電壓Uab進行分析，構建故障特征向量表達式。

例如，對于上述所示工況，在門級脈沖S1S3都為高電平時，交流電流為負的情況，正常Uab電壓應該為0；但當T1管故障時，Uab將為-Udc；在脈沖S1高S3低時，交流電流為負的情況,正常交流電壓應該為+Udc，但當T1管故障時，Uab將為0。具體如下圖所示，下圖實線為正常的Uab波形，虛線為T1管故障時的Uab波形。