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级联型多电平变换器具有模块化、易扩展的优点,但级联多电平拓扑主要应用在高压大功率场合,且开关器件工作在高频开关状态,损耗较大,发热严重,发生故障的概率最大,实际运行情况表明,电力电子设备大多数故障表现为开关器件的损坏。本文提出了仅通过单电流传感器的故障信息提取即可定位故障类型的方法,实现了级联逆变器的故障诊断,并通过仿真验证了所提出的方法的有效性和正确性,以及提高系统运行的可靠性。本文首先对级联多电平逆变器的工作原理、数学模型及拓扑结构进行研究和介绍,随后阐述了对其拓扑结构的控制与调制策略。分析了基于二极管钳位三电平拓扑的级联多电平逆变器的工作原理以及不同状态下的电流流通路径以及电压闭环的控制策略,在此基础上分析了载波同相层叠(PD),载波正负反向层叠(POD),载波交替反向层叠(APOD)以及载波水平移相(CPS)的调制策略,随后确定了适用于本文中级联多电平逆变器的调制策略。由于级联多电平逆变器的故障情况比较复杂,开关管的数量较多,本文首先从单个模块开始分析不同故障情况下的电流流通路径,随后对不同的故障特征进行分析,在不同的开关管故障的情况下,直流母线上的电流THD是有很大的区分度的,因此针对此特征本文提出了一种仅通过单电流传感器的故障信息提取即可定位故障类型的方法,即通过直流母线的电流THD的不同来实现故障的定位及检测,经过对不同次谐波及相位的观察,最终选择直流侧电流傅里叶分解后的0,2,3,4次谐波幅值和1.3次谐波相位作为故障特征量。通过仿真得到数据样本和合适的算法,建立了两层BP神经网络结构,将特征向量输入BP神经网络,通过仿真验证,得到了准确的故障诊断结果,验证了基于BP神经网络的故障诊断的准确性和有效性。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上,搭建了级联多电平逆变器的模型,在不同的开关管故障的情况下进行仿真分析,仿真结果验证了本文所提出的单电流传感器故障诊断方案的可行性和有效性。