随着我国高铁及地铁线路不断铺设,动车作为高铁及地铁运行的核心环节,动车电力牵引系统的可靠性至关重要。在动车车辆工作的时候,尤其是地铁车辆,其牵引逆变器的工作状态较为复杂,一直在工作与停止的工况下切换,因此牵引逆变器的故障率居高不下。研究三电平牵引逆变器传感器与功率器件故障诊断,及时、精确的诊断故障类型及位置,对于动车恢复运行及后期维修十分重要。本文综合使用基于信号和基于模型的故障诊断方法,用不同的方法来诊断传感器故障和功率器件故障,可以实现传感器故障和功率器件故障的在线诊断,并对传感器和功率器件故障进行定位,同时确定传感器故障类型。首先,本文以三电平牵引逆变器传感器与功率器件为研究对象,简要介绍三电平牵引逆变器工作原理及其控制策略。然后详细分析牵引逆变器中的传感器及功率器件的故障类型及其故障原因,研究这些故障表现特征,为后续故障诊断提供理论基础。其次,根据牵引逆变器内输出端三相电流与电源端电容电压之间的关系,建立一个新的观察模型,利用电源端电容实际电压与模型电压估计值的残差来对牵引逆变器进行故障诊断,然后利用输出端三相电流之和为零的电路关系,通过变量替换的办法来对观察模型进行计算,实现电流传感器的故障检测、诊断及故障类型的判定。再次,对于牵引逆变器内的功率器件开路故障。本文采用基于信号的故障诊断方法,即通过计算不同故障状态下的电流信息,归纳电流变化规律,推导逆变器不同功率管开路故障与电流的关系,实现仅利用电流信息就可以快速准确地检测和定位逆变器任意单管开路故障。最后基于MATLAB/Simulink平台的Simpower-System电气元件库,在此平台上建立三电平牵引逆变器仿真模型,对系统正常状态、传感器故障状态、功率器件故障状态分别进行模拟,完成对三电平牵引逆变器各类故障诊断的验证。