电力牵引系统作为动车组的主要动力来源,其可靠性关乎着列车的安全运行。IGBT功率管是电力牵引系统中核心的功率器件,开展IGBT故障诊断与容错控制研究对有效提高电力牵引系统的安全性与可靠性具有十分重要的意义。本文以CRH3动车组电力牵引系统牵引变流器IGBT功率管为研究对象,重点研究了开路故障诊断及容错控制技术。具体的研究工作如下:首先,建立CRH3动车组电力牵引系统仿真模型;考虑列车在运行过程中牵引逆变器的直流侧等效模型,分析IGBT功率管的故障特征和故障影响,为后文故障诊断和容错控制提供了理论基础。其次,针对电力牵引系统IGBT开路故障诊断,从电流信号角度来看,推导牵引变压器一次侧电流残差时域表达式,建立不同故障下一次侧电流残差斜率与门极信号的关系;通过分析故障前后d轴的电流特征,结合不同故障模式下三相定子侧电流的平均值大小,制定出诊断规则,实现故障的快速定位。从电压信号的角度来看,分析正常和多种功率管开路故障情况,尝试将门极信号与线电压的变化情况作为故障特征信号的生成依据,该方法能迅速实现功率管单管、双管及多管故障的准确定位,且不受负载扰动影响。接着,在IGBT容错控制研究方面,将正常IGBT的PWM信号进行处理供故障IGBT使用,提出一种易于实现且效果良好的双重化脉冲整流器容错控制策略;设计异步电机转速自适应全阶磁链观测器,并考虑中点电压波动带来的影响,提出一种基于模型预测的三相四开关牵引逆变器容错控制策略。最后,Matlab/Simulink仿真模型及基于硬件在环(Hardware in the loop,HIL)和快速原型控制器(Rapid Control Prototyping,RCP)的小步长实时仿真测试平台,为文中所提故障诊断和容错控制方法提供了验证基础。结果表明,本文所提出的IGBT故障诊断与容错控制方法有较强的鲁棒性,且适用于CRH3型动车组电力牵引系统。