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龙图腾网获悉西安理工大学申请的专利一种换流器子模块IGBT开路故障快速诊断与定位方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119414194B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-21发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411435875.4，技术领域涉及：G01R31/26；该发明授权一种换流器子模块IGBT开路故障快速诊断与定位方法是由孙向东;吴宇臣;任碧莹;安杨;陈桂涛设计研发完成，并于2024-10-15向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种换流器子模块IGBT开路故障快速诊断与定位方法在说明书摘要公布了：本发明的一种换流器子模块IGBT开路故障快速诊断与定位方法，三相换流器的每一相由上下两个桥臂组成，三相共有六个桥臂，每个桥臂由多个串联的子模块和一个电感串联组成；方法包括：故障诊断和故障定位；故障诊断是通过自适应扩展卡尔曼滤波算法最优估计三相环流和输出电流来判断是否发生子模块开路故障，并且判别出三相中的故障相中的桥臂的故障位置；故障定位则是通过桥臂的故障位置对应的故障桥臂来对故障桥臂中的子模块进行分组重构，形成重构子单元，随后采用自适应扩展卡尔曼滤波算法最优估计重构子单元的电压，依据重构子单元的电压的残差实现对故障子模块的定位。避免了子模块数量较多时状态观测器数量多、诊断时间长的问题。

本发明授权一种换流器子模块IGBT开路故障快速诊断与定位方法在权利要求书中公布了：1.一种换流器子模块IGBT开路故障快速诊断与定位方法，其特征在于，包括：与电网连接的三相换流器，所述三相换流器的每一相由上下两个桥臂组成，每个桥臂由多个串联的子模块和一个电感串联组成； 所述方法包括：故障诊断和故障定位； 所述故障诊断是通过自适应扩展卡尔曼滤波算法最优估计三相环流和输出电流来判断是否发生子模块开路故障，并且判别出三相中的故障相中的桥臂的故障位置； 所述故障定位则是通过桥臂的故障位置对应的故障桥臂来对故障桥臂中的子模块进行分组重构，形成重构子单元，随后采用自适应扩展卡尔曼滤波算法最优估计重构子单元的电压，依据重构子单元的电压的残差实现对故障子模块的定位； 所述故障诊断具体包括如下步骤： 步骤1.1，设,i为三相换流器的桥臂中的第i个子模块，初始化i=0，故障诊断中的计数器值t=0；设定初始卡尔曼增益、可靠系数; 初始化换流器三相环流过程噪声变量，换流器三相环流测量噪声变量，换流器三相输出电流过程噪声变量，换流器三相输出电流测量噪声变量，子单元分组重构过程中的噪声变量，子单元分组重构过程中的测量噪声变量； 步骤1.2，采集三相桥臂电流、换流器的直流侧电压、三相上桥臂电压、三相下桥臂电压、换流器的交流侧三相输出电流； 步骤1.3，计算换流器三相环流；基于所述三相桥臂电流、所述换流器的直流侧电压、所述三相上桥臂电压、所述三相下桥臂电压、三相电网电压，根据基尔霍夫电压定律得到子模块的等效环流控制回路、换流器的等效交流控制回路； 子模块的等效环流控制回路表达式如下： 2； 上式中，Larm为桥臂等效电感，vdc为换流器的直流侧电压，ia_cir、ib_cir、ic_cir为三相桥臂环流，upa、upb、upc为三相上桥臂电压，una、unb、unc为三相下桥臂电压； 换流器的等效交流控制回路，表达式如下： 3； 上式中，Rarm为桥臂等效电阻，isa、isb、isc为换流器的交流侧三相输出电流，usa、usb、usc为三相电网电压； 对式2进行后向差分离散化得到式4，对式3进行后向差分离散化得到式5： ； ； 上式中，、，fs为离散化过程中所使用的系统采样频率；ia_cirk、ib_cirk、ic_cirk为k时刻的三相桥臂环流，ia_cirk-1、ib_cirk-1、ic_cirk-1分别为k-1时刻的三相桥臂环流；isak、isbk、isck为k时刻的三相输出电流，isak-1、isbk-1、isck-1为k-1时刻的三相输出电流；upak-1、upbk-1、upck-1为k-1时刻的三相上桥臂电压，unak-1、unbk-1、unck-1为k-1时刻的三相下桥臂电压；usak-1、usbk-1、usck-1分别为k-1时刻的三相电网电压； 步骤1.4，根据式4求解三相桥臂环流的扩展卡尔曼滤波的自适应最优状态观测器；基于所述三相桥臂环流的扩展卡尔曼滤波的自适应最优状态观测器，确定三相桥臂最优环流量； 根据式5求解三相输出电流的扩展卡尔曼滤波的自适应最优状态观测器；基于所述三相输出电流的扩展卡尔曼滤波的自适应最优状态观测器，确定三相输出电流最优量； 步骤1.5，基于所述三相桥臂最优环流量、三相输出电流最优量，计算三相桥臂环流残差，计算三相输出电流残差； 若，三相中的某一相桥臂的环流残差和输出电流残差均大于等于预设阈值，则，执行步骤1.6；否则，返回执行步骤1.2； 步骤1.6，将故障诊断中的计数器值清零，根据环流残差和输出电流残差的正负关系，进行故障诊断； 所述故障定位具体包括如下步骤： 步骤2.1，基于所述故障诊断结果，获取故障代码，依据故障代码对子单元进行重构；对故障位于上桥臂、下桥臂进行区分标记;上桥臂故障时执行步骤2.2，下桥臂故障时执行步骤2.4； 步骤2.2，采集三相上桥臂第i个子模块电压；基于所述三相上桥臂第i个子模块电压，确定上桥臂第i个重构子单元电压；具体表示为： 23； 上式中，uSubpi为上桥臂第i个重构子单元电压，uapi、ubpi、ucpi分别为三相上桥臂第i个子模块电压； 将式23表示为： ； 上式中，为子模块电容，Spai、Spbi、Spci分别为三；相上桥臂第i个子模块的开关状态，ipa、ipa、ipb分别为三相上桥臂电流； 根据式24建立重构子单元电压最优估计观测器，基于所述重构子单元电压最优估计观测器，确定重构子单元电压最优估计值； 步骤2.3，基于所述重构子单元电压最优估计值，根据下式计算上桥臂第i个重构子单元电压残差； ； 上式中，USubpi_err为上桥臂第i个重构子单元电压残差，为上桥臂第i个重构子单元电压最优估计值，为上桥臂第i个重构子单元电压实际采样值； 若上桥臂第i个重构子单元电压残差大于等于重构子单元电压预设阈值，则，故障定位到上桥臂中第i个重构子单元，结合故障相标志和故障代码，判断出子模块开路故障位于三相中一相中的上桥臂第i个子模块，故障定位结束，否则，执行步骤2.2； 步骤2.4，计算下桥臂重构子单元电压uSubni，具体表示为： ； 上式中，uSubni为下桥臂第i个重构子单元电压，uani、ubni、ucni为三相下桥臂第i个子模块电压； 将式31表示为： ； 上式中，为子模块电容，Snai、Snbi、Snci分别为三相下桥臂第i个子模块的开关状态，ina、ina、inb分别为三相下桥臂电流； 根据式32建立第二重构子单元电压最优估计观测器，基于所述第二重构子单元电压最优估计观测器，确定第二重构子单元电压最优估计值； 步骤2.5，基于所述第二重构子单元电压最优估计值，根据下式计算下桥臂第i个重构子单元电压残差； ； 上式中，USubni_err为下桥臂第i个重构子单元电压残差，uSubni_now为下桥臂第i个重构子单元电压最优估计值，uSubni为下桥臂第i个重构子单元电压实际采样值； 若下桥臂第i个重构子单元电压残差大于等于重构子单元电压预设阈值，则，故障定位到下桥臂中第i个重构子单元，结合故障相标志和故障代码，判断出子模块开路故障位于三相中一相中的下桥臂第i个子模块，故障定位结束，否则，执行步骤2.4。

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