基于S变换和ResNet-PMDA模型的NPC型三电平逆变器IGBT开路故障诊断

摘要

中点钳位（Neutral point clamped, NPC）逆变器因具备电压应力抑制、谐波优化等优势，在新能源领域应用广泛，但其多开关拓扑易引发绝缘栅双极型晶体管开路故障。针对传统诊断方法的局限性，提出了一种融合S变换（S-transformation, ST）与残差并行多维注意力模型的高效诊断方法。首先通过MATLAB/Simulink仿真提取d轴电压–电流信号，通过d轴电压–电流信号的参数化处理，建立以虚拟电阻为表征量的故障特征提取机制，有效实现原始信号降维与特征解耦；随后，采用具有时频局部化特性的ST算法，将一维电信号映射为二维时频矩阵，通过时–频域联合分析揭示隐含故障模式；最后，设计具有残差跳跃连接与并行多维注意力机制的深度网络模型，利用通道–空间双域注意力机制强化故障敏感特征提取，并通过残差结构抑制梯度弥散问题。实验结果表明，该方法在无噪环境下故障分类准确率达100%，在30 dB噪声干扰下仍保持94.93%的识别率。该结果充分验证了其卓越的特征提取能力和抗噪性能。

关键词

故障诊断 / 中点钳位逆变器 / S变换 / 开路故障 / 残差并行多维注意力