其它的故障情況和特征向量表達(dá)式詳細(xì)推導(dǎo)詳見(jiàn)西南交通大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)表的文章。

4、基于任意拓?fù)湫〔介L(zhǎng)實(shí)時(shí)仿真的故障診斷方法驗(yàn)證

研究在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段，模擬了在負(fù)載突變、不同IGBT故障情況下，網(wǎng)側(cè)電壓、電流、直流側(cè)電壓及故障特征信號(hào)的變化情況，并驗(yàn)證了所提診斷方法的可行性和魯棒性。一般來(lái)說(shuō)，IGBT故障這種實(shí)驗(yàn)一般較難在實(shí)物系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)；純軟件仿真又有無(wú)法接入真實(shí)控制器的缺點(diǎn)，較難反應(yīng)出真實(shí)控制器中的延遲和有限精度。實(shí)時(shí)仿真器可以同真實(shí)控制器連接，又不會(huì)有故障實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)的問(wèn)題，是IGBT開(kāi)路故障診斷方法驗(yàn)證的理想測(cè)試設(shè)備。

任意拓?fù)湫〔介L(zhǎng)實(shí)時(shí)仿真對(duì)于IGBT故障診斷方法驗(yàn)證的重要性

電力電子系統(tǒng)通常含有高速動(dòng)作的開(kāi)關(guān)元件，其實(shí)時(shí)仿真有一定挑戰(zhàn)，通常有兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真，一種是基于PWM占空比測(cè)量的平均值大步長(zhǎng)方法，一種是基于細(xì)節(jié)模型的小步長(zhǎng)實(shí)時(shí)仿真。

對(duì)于IGBT開(kāi)路故障檢測(cè)來(lái)說(shuō)，它需要檢測(cè)到瞬時(shí)電路反應(yīng)，而不是經(jīng)過(guò)大步長(zhǎng)平均的信號(hào)，因此基于PWM占空比的平均值大步長(zhǎng)方法不適用于此研究。同時(shí)實(shí)時(shí)仿真器要能夠仿真各種故障工況，或者說(shuō)任意的拓?fù)浣M合；一些只能仿真正常工況的實(shí)時(shí)仿真器也不適用。

遠(yuǎn)寬能源（www.modeling-tech.com）提供的StarSim實(shí)時(shí)仿真器，基于電力電子器件的細(xì)節(jié)模型，利用最新的FPGA技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)1微秒步長(zhǎng)、任意拓?fù)?、任意工況的電力電子系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真，被廣泛應(yīng)用于牽引供電系統(tǒng)故障診斷、控制策略驗(yàn)證、可再生能源并網(wǎng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等的實(shí)時(shí)仿真中；西南交通大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)就采用了StarSim電力電子實(shí)時(shí)仿真器來(lái)進(jìn)行所提出的雙重化脈沖整流器多管開(kāi)路故障快速診斷方法的試驗(yàn)驗(yàn)證。

5、驗(yàn)證過(guò)程和結(jié)果

下圖是HIL+RCP測(cè)試平臺(tái)示意圖，其包括實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)HIL和快速原型控制器RCP， 其中電力電子系統(tǒng)是利用StarSim FPGA Solver按1微秒的步長(zhǎng)實(shí)時(shí)仿真；控制算法模型運(yùn)行在RCP控制器上，實(shí)時(shí)仿真器和快速原型控制器通過(guò)真實(shí)的物理IO互連。

下圖為在小步長(zhǎng)實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行的不同IGBT故障情況下的網(wǎng)側(cè)電壓電流、直流側(cè)電壓以及故障特征信號(hào)的實(shí)驗(yàn)波形。

由圖(a)和(b)可以看出，網(wǎng)側(cè)電壓電流、直流側(cè)電壓實(shí)驗(yàn)波形在故障前后符合理論分析結(jié)果，且故障特征信號(hào)會(huì)迅速反應(yīng)故障并準(zhǔn)確地定位到故障IGBT，驗(yàn)證了故障診斷方法的有效性。