牵引整流器是高速列车关键部件之一，也是高发故障源，目前大多故障诊断方法只单独针对整流器中功率器件开路故障或者传感器故障，并且都需要基于传感器测量数据的异常进行故障诊断，但并不能区分系统是发生了传感器故障还是功率器件开路故障，当系统发生故障的类别与故障诊断方法针对的故障类别不一致时，极易导致误报或漏报。因此，本文提出一种能够对牵引整流器多类故障联合诊断的方法。具体步骤如下：

1）建立整流器正常运行和所有功率器件开路故障运行的状态空间模型并构建相应状态观测器；

2）基于正常状态观测器进行故障检测；

3）检测到故障后, 基于故障观测器区分功率器件开路故障和网侧电流传感器故障；

4）诊断出功率器件开路故障位置和网侧电流传感器故障类型。

牵引整流器拓扑结构图

残差生成：分别使用正常运行和功率器件开路故障的9个状态空间模型，构建三电平整流器9个状态观测器，得到网侧电流的9个估计值。使用9个估计值与网侧传感器测量值比较，得到9个残差；

故障检测：设定故障检测阈值，当正常状态观测器估计值与网侧电流传感器测量值之间残差的绝对值大于故障检测阈值时，检测到系统发生故障；

故障分类：检测到故障后，设定故障诊断阈值，根据故障观测器估计值与网侧电流传感器测量值的残差绝对值与故障诊断阈值的关系，确定故障类别；

故障定位：若为功率器件开路故障，则对应故障位置的故障观测器与网侧电流测量值的残差绝对值小于故障诊断阈值，进而确定开路故障位置；若为网侧电流传感器故障，则提取正常状态观测器估计值与网侧电流传感器测量值的残差在一个网侧电流周期内的平均值、绝对值的平均值、绝对值平均值的变化率，确定网侧电流传感器发生的故障类型（增益、偏移、漂移故障）。

在中车株洲电力机车研究所有限公司搭建了实时仿真平台，包括一个CRH2型高速列车牵引变流器的实物控制器、一个dSPACE 实时仿真器和一个上位机，用于故障诊断算法测试。仿真结果验证了所提方法的有效性和准确性。

实时仿真平台

Sa1开路故障诊断结果

网侧电流传感器增益故障诊断结果

网侧电流传感器偏移故障诊断结果

网侧电流传感器漂移故障诊断结果

本文提出一种高速列车牵引整流器多类故障联合诊断方法，能够诊断出三电平整流器任一桥臂上的任一功率器件开路故障和网侧电流传感器的增益、偏移、漂移3种故障。在故障诊断过程中只需用到系统现有传感器的测量值，且不用强制改变系统脉冲控制信号，不会影响系统的安全运行。