基于瞬时频率的电压源变流器开路故障检测方法研究

针对电压源变流器中功率器件的开路故障问题,通过分析变流器三相电流的固有模态分量特征,提出了一种基于瞬时频率的变流器开路故障检测方法。首先采用经验模态分解理论获取三相交流电流中的开关模态分量。然后通过希尔伯特变换得到开关模态分量的瞬时频率,利用开路故障前后开关模态分量瞬时频率特征变化对功率器件的开路故障进行检测。最后在PSCAD/EMTDC中搭建柔性直流互联系统仿真模型进行了验证。仿真结果表明,利用开关模态分量瞬时频率特征能够在几个开关周期内快速地检测出单个或多个故障功率管,而且在功率调整和潮流反转时具有较好的动态检测性能。     

三相逆变器开关管故障诊断方法研究进展

逆变器的安全运行得到了研究者的广泛重视.对现有的逆变器开关管开路故障诊断方法进行了归类和总结,从检测变量的角度将其分为两大类:基于电流量的诊断方法和基于电压量的诊断方法.文章首先以开环V/F感应电机控制系统和永磁同步电机矢量控制系统为例,对逆变器的开路故障效应进行了仿真,分析了故障诊断方法所依据的电压和电流模式.在此基...     

基于三相电流残差的功率管多管开路故障诊断

牵引逆变器是电力牵引交流传动系统的重要组成部分,它的可靠性直接影响着机车的安全稳定运行,其主电路功率管(IGBT)是最易发生故障的部分。针对IGBT的多管开路故障,提出了一种基于三相电流残差的多管开路故障快速在线诊断方法;通过分析牵引逆变器在正常条件和各开路故障类型下的三相电流,得出了发生多管开路故障情况下的三相电流残差特征;利用控制系统中的电流给定信号重构参考三相电流与实测电流进行运算,并根据三相电流残差特征进行故障定位。最后给出了半实物实验结果,验证了该诊断方法能够快速实现IGBT单管及双管开路故障诊断,且不受闭环控制和负载扰动影响。     

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开路故障诊断

为提高中点钳位型（NPC）三电平并网逆变器故障诊断的准确性和鲁棒性,该文针对其开关管单管和双管故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开路故障诊断方法。该方法首先建立逆变器在正常状态和开关管故障状态下的混合逻辑动态模型;其次设计收敛速度快且显著抑制抖振的自适应滑模观测器精确估计正常状态下的三相电流值;然后利用实际系统和观测器的输出电流提出基于电流形态因子的故障检测方法;最后根据电流残差来构造故障定位变量进行故障定位。在此基础上,通过建立前次故障状态的自适应滑模观测器实现双开关管开路故障诊断。该文提出的方法能够同时实现单管和双管开路故障诊断,诊断速度快、鲁棒性强,且避免增加额外传感器。实验结果验证了该文所提诊断方法的鲁棒性和有效性。     

基于人工神经网络的逆变器开路故障诊断

三相四桥臂逆变器具有优良的带不平衡负载能力,因此对于应用在航空电源、不间断电源(UPS)等领域具有重要意义.同时,由于第4桥臂的引入,使得四桥臂逆变器表现出的故障特征进一步复杂,从而增加了逆变器开关管开路故障诊断的难度.在此对三相四桥臂逆变器不同桥臂开关管出现开路故障时的变换器工作机理和工作过程进行了深入分析,构建了基于人工神经网络的开关管开路故障分类系统,提出提取三相四桥臂逆变器三相输出电压前10次谐波分量及其中线电感电流零次及开关频率处谐波分量作为故障特征值,同时将其作为人工神经网络故障分类系统的输入训练样本,并通过Matlab软件中M语言编程完成对故障诊断系统的训练和测试.训练和测试的结果表明,当逆变器工作在任意负载状态下(空载、满载以及2/3不平衡负载),所提出的人工神经网络故障分类系统对三相四桥臂逆变器开关管开路故障均具有良好的故障诊断能力.     

T型逆变器开路故障诊断

为实现T型逆变器的开路故障诊断,对T型逆变器开路故障情况下的负载电流和母线电容电压变化规律进行理论分析,归纳出不同开关管开路时的故障特征,提出一种基于负载电流和母线电容电压变化规律的故障诊断策略。该策略首先通过检测母线电容电压来判断逆变器是否发生故障,在检测到故障后将调制比限制为0.25,然后通过判断参考矢量在不同扇区时负载电流和母线电容电压的变化规律来实现故障开关管的精确定位。所提故障诊断策略不需要额外增加传感器,运算量较小,易于工程实现,仿真和实验结果验证了所提故障诊断策略的有效性。     

UPS系统中电压型逆变器开路故障诊断研究

逆变器开路故障是不间断电源(Uninterruptible Power Supply, UPS)系统中一种常见故障,它会降低电能质量,甚至会引起其他部件的潜在二次故障。研究有效的逆变器故障诊断技术对提高UPS系统的可靠性具有重要意义。因此,采用基于绝对归一化的Park矢量法实现逆变器开路故障诊断。利用相电流的平均值与相电流绝对值的平均值的归一化量诊断和定位单个或两个开关管开路故障。利用相电流绝对值的平均值与Park矢量模的归一化量诊断同一桥臂的两个开关管开路故障,该方法可以有效地实现开路故障检测和故障定位。最后基于Matlab/Simulink对提出的故障诊断方法进行验证,仿真结果表明了所提出故障诊断方法的有效性。     

基于ESO-MLD的逆变器开路故障快速诊断方法

为了减小电机驱动系统中未知干扰对逆变器开路故障诊断的影响,提出了一种基于扩展观测器ESO(extended state observer)和混合逻辑动态MLD(mixed logic dynamic)模型的逆变器开路故障快速诊断方法。通过分析开关管在正常工作和故障状态下的电流流向路径,建立了逆变器的混合逻辑动态模型,并设计了一种电压扩展观测器。根据观测器的观测电压和实际系统输出电压之间的相电压残差进行故障检测,通过故障相残差与正常两相残差之间的数值关系来定位故障相和故障管。该方法有效减小了系统中未知干扰和不确定因素对逆变器故障诊断的影响,提高了故障诊断率。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了该方法的正确性和有效性。     

一种基于残差矢量的六相逆变器故障诊断策略

针对六相永磁同步电机驱动系统逆变器发生开路故障后故障难以定位的问题,根据电流信息的变化,提出了基于电流残差的故障诊断方法,通过建立能表示六相电流的混合逻辑动态模型,推导了开关管故障后动态模型的输出电流,将故障输出电流与驱动系统输出的正常电流作差,得到电流残差用于故障的诊断与定位,并提出了提高诊断策略的鲁棒性的阈值电流判定方法。通过对驱动系统三种不同位置的开关管故障进行仿真分析,验证了提出的电流残差故障诊断策略的有效性。     

基于卷积神经网络的UPS系统逆变器故障诊断研究

随着计算机技术及电力电子技术的快速发展,不间断电源(Uninterruptible Power Supply, UPS)的应用越来越广泛。逆变器是UPS系统中非常重要的一个部分,它是蓄电池与用户之间的桥梁,而逆变器故障是UPS系统的常见故障类型之一。UPS系统中一旦逆变器发生故障,就会造成电能质量下降,甚至会引起其他部件的故障,因此快速、准确地定位逆变器故障对提高UPS系统的可靠性具有重要的意义。针对逆变器中单个、两个开关管开路故障及输出侧滤波电容失效故障进行故障诊断。首先模拟UPS系统中的三相逆变器的各种故障情况,得到各种情况下的输出电压波形,从而得到它们的电压矢量相位数据,之后将电压矢量相位数据输入卷积神经网络中进行训练,进而利用训练好的卷积神经网络模型实现UPS系统逆变器故障诊断和定位。最后,仿真结果表明所提出的故障诊断策略具有非常高的效率及准确率。     

基于输出电压轨迹的三相逆变器开关管开路故障诊断

开关管开路故障会让功率变换器的输出电压与电流产生严重畸变,因而降低了变换器输出的电能质量。开路故障出现后其余功率开关器件的损耗可能增加,所以容易在电路中引发二次故障。文中提出一种针对三相逆变器开关管开路故障的故障诊断方法。故障类型与故障器件的辨识通过分析三相逆变器在αβ平面上的输出电压轨迹实现,仅需要测量滤波后的输出线电压。所提出的方法易于实现,可以诊断三相逆变器的所有开关管开路故障情况。最后,通过仿真和实验验证所提出方法的可行性和准确性。     

三相逆变器功率管故障智能诊断研究

以三相逆变器-电动机驱动系统为例,研究基于神经网络的逆变器故障智能诊断方法.在三相逆变器易发的功率管开路故障、短路故障及短路故障后逆变器工作状态理论分析和仿真实验研究基础上,建立三相逆变器故障仿真模型.通过仿真实验获取逆变器故障状态下的电机定子电流信号数据,利用信号分段方法提取故障特征构造神经网络的学习样本,并以此训练神经网络,确定用于三相逆变器故障诊断的神经网络结构和参数.在感应电机矢量控制系统中进行仿真验证,仿真实验结果表明,该方法相对已有逆变器故障诊断方法,具有诊断迅速、可靠性高的优点,可在20ms内在线完成上述各种功率管故障的诊断.     

基于DTC的异步电机三相六开关容错控制策略

基于DTC的三相四开关逆变器容错控制策略只能解决单管故障问题,且具有转矩脉动大的缺点。在深入分析三相四开关和六开关逆变器电压矢量特点的基础上,充分挖掘正常开关管的潜能,在不改变逆变器拓扑结构和开关管数量的前提下,重构了单管故障状态下的电压矢量扇区和开关表,提出了一种在故障状态下的三相六开关容错控制策略,可形成六个电压矢量和一个零电压矢量,较三相四开关容错控制策略仅可提供四个电压矢量有明显改善。在此基础上,分析了三相六开关可能出现的连锁故障现象,并提出了相应的容错控制策略。仿真结果表明,所提出的三相六开关容错控制策略可有效降低转矩脉动,并可处理大部分开关管连锁故障的情况,具有更大的优越性。     

基于极值比值法和神经网络的逆变器故障诊断

针对PWM三相逆变器,根据开路故障下的各相输出电流的特性,以故障电流作为故障信息,提出了一种基于三相电流极值比值和概率神经网络的开路故障诊断方法。该方法以各相输出电流极值比值作为故障特征量,利用概率神经网络的非线性映射分类能力实现逆变器的故障诊断。仿真实验结果表明该方法不但能准确检测、定位故障功率管,而且对噪声具有很好的鲁棒性。     

开绕组永磁复合轮毂电机驱动系统容错控制

针对开绕组永磁复合轮毂(Permanent Magnet Compact In-Wheel,PMCW)电机驱动系统中单开关管开路故障工况,在60°坐标系下,提出了基于双三相四开关逆变器的电压空间矢量调制(SVPWM)重构容错控制策略。该策略采用电压解析模型法进行故障诊断,通过桥臂冗余开关组合在线模拟开关管故障,依据矢量分解准则,在一个调制周期内,一个逆变器钳位于对应三角区域顶点的相同冗余开关状态,另一个逆变器进行电压矢量合成,两个逆变器交替运行在钳位和矢量合成状态,在不增加额外器件的情况下,实现了开绕组PMCW电机驱动系统单开关管开路故障容错运行,并兼顾了双逆变器之间的功率平衡。仿真和实验验证了该容错控制策略能够实现开绕组PMCW电机驱动系统从开关管故障状态到容错运行的平滑、可靠切换。     

基于级联型逆变器的中压有源电力滤波器滞环电流矢量控制

该文提出了一种基于级联多电平逆变器的中压有源电力滤波器滞环电流矢量控制方法.该方法以检测出的需补偿的电流作为指令电流,在复平面上进行滞环电流控制.考虑了实用性,在工程实际中采样频率与功率器件开关频率有限的情况下,根据误差电流矢量和逆变器输出参考电压矢量的大小和方向,在待选电压矢量中快速选出级联多电平逆变器最优输出电压矢量;并根据相邻采样周期对应开关状态变化最小的原则在大量冗余开关状态中选择最优开关状态,减少了开关次数,降低了开关损耗.仿真结果证明了其的正确性和实用性.     

双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断方法

为了实现对双三相永磁同步电机绕组开路故障的快速诊断与定位，利用双三相永磁同步电机所特有的谐波子平面，提出采用谐波子平面电流矢量并结合归一化处理方案的双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断策略。首先，根据故障前后谐波子平面电流矢量幅值大小的变化进行绕组开路故障的检测，其次，依据绕组开路故障后不同的电流矢量相角，准确定位出发生开路故障的绕组。为消除负载发生突变时可能造成的误诊断现象，进一步设计了针对谐波子平面电流矢量的归一化处理方案，提升对双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断的鲁棒性。仿真和实验结果表明，所提策略能够快速地诊断并定位出绕组的开路故障，在负载发生突变时也可以表现出良好的可靠性和鲁棒性。     

基于光伏并网逆变器的一种滞环电流控制技术

在三相光伏并网逆变器系统的设计中,滞环电流控制策略具有开关频率高、电流谐波失真较大等问题.介绍了一种空间矢量-不对称双滞环电流控制方法,在MATLAB/Simulink仿真平台分别搭建了基于三相静止坐标系下与两相静止坐标下的仿真模型,在并网电流与电网电压、开关频率、功率因数等方面对两种控制策略进行对比分析,仿真结果验证了空间矢量-不对称双滞环电流控制方法能够在一定程度上减小开关频率,降低输出电流的总谐波失真.     

NPC三电平逆变器的开关管开路故障诊断

开关管故障诊断是三电平逆变器系统实现可靠运行的前提。针对二极管中点箝位型NPC（neutral-poi-nt-clamped）三电平逆变器,提出了一种新颖的开关管开路故障诊断方法。选取开关状态、负载相电流的极性及桥臂相电压作为故障特征,在不同的电流流通路径下进行开路故障特征分析,实现对故障开关管地准确定位。实验验证了所提故障诊断方法的正确性和有效性,与其它开关管开路故障诊断方法相比,该方法不需要复杂的算法,具有诊断迅速、可靠性高的优点。     

基于区间滑模观测器的逆变器开路故障诊断方法

为了提高逆变器系统故障诊断的鲁棒性和准确性,该文提出一种基于区间滑模观测器的逆变器开路故障诊断方法。首先利用开关管在正常工作和故障状态下的电流流向路径建立逆变器的混合逻辑动态模型,并设计一种电流区间滑模观测器,其通过上界滑模观测器的电流估计值和下界滑模观测器的电流估计值的凸加权和来估计逆变器在正常工作状态下的三相电流值。通过比较实际系统和观测器的输出得到电流残差进行故障检测,根据残差中包含的故障信息建立残差信息表进行故障定位。设计的电流区间滑模观测器不仅可提高区间观测器的收敛速度,并且可有效减小抖振,提高故障诊断系统的鲁棒性。最后,通过仿真和一台200W的电机实验平台验证该方法的有效性和可行性。