无电压传感器逆变器开路故障诊断方法

为了提高永磁同步电机(PMSM)控制系统的可靠性,提出一种基于二阶滑模电压观测器和混合逻辑动态模型(MLD)的无电压传感器逆变器开路故障诊断方法。首先构建正常工作与故障状态下电压源逆变器的混合逻辑动态模型,并对两种状态下电机电压的残差进行分析。通过提取电压残差中所包含的故障信息,实现了逆变器开路故障的诊断与定位。同时,提出一种二阶滑模电压观测器对电机电压进行实时估计,避免电压传感器所带来的增加系统复杂性与成本的问题,减少系统潜在故障源。最后,通过实验验证了该方法的有效性。     

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。     

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。     

双Y移30°永磁同步电机逆变器开路故障诊断方法

为了提高双Y移30°永磁同步电机可靠性,构建了基于十二开关逆变器的电机逻辑动态模型,在此基础上提出一种逆变器开路故障诊断方法。由于传统电机相电压的测量会增加系统潜在故障源,构建一种无电压传感器的二阶滑模观测器,用以对电机电压进行实时估计。通过逻辑动态模型提供的电压先验信息与含有故障信息的电压实际输出值进行比较,提取故障信息,准确定位故障开关管。通过仿真数据,证实了方法的有效性。     

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。     

基于电流残差矢量的逆变器开路故障诊断

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统开路故障后的电流检测问题,研究了PMSM驱动系统基于二阶滑模观测器和混合逻辑动态模型的电流残差矢量的开路故障诊断方法。通过对PMSM驱动系统构建二阶滑模观测器和基于混合逻辑动态模型的电流模型,推导了不同开路故障下的电流残差矢量幅值、相位等特征量关系,并对电流残差矢量对故障开关的定位方法和鲁棒性进行了详细分析。通过对驱动系统三种不同故障状态进行仿真分析,验证了电流残差矢量法对驱动系统故障检测的有效性。     

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。     

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。     

NPC三电平逆变器混杂建模及开路故障诊断

由逆变器、滤波器、负载和控制器等组成的逆变系统可视为一个混杂系统,传统的建模方法不能有效地揭示系统的状态特性,影响逆变器功率管故障分析和诊断的准确性。文中介绍了一种基于混合逻辑动态模型的NPC三电平逆变器故障诊断方法。分析了NPC三电平逆变器的工作原理,在混杂系统理论和建模方法基础上,构造逆变系统在无故障时的状态估计器。比较功率管发生单管开路故障时逆变器输出的三相电流真实值和状态估计器输出的三相电流估计值得到残差方程,通过对残差方程表现特性进行分析实现故障诊断。设计了相应的仿真实验,实验结果表明,文中方法可以准确快速地诊断单管开路故障,验证了所述方法的可行性。     

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.     

基于双线性观测器的双馈风电机组变流器功率管开路故障诊断

针对双馈风电机组变流器的开路故障,提出一种基于双线性观测器的故障诊断方法。从双馈感应发电机和变流器的数学模型出发,根据模型的非线性特点,推导双馈风电机组变流系统的双线性模型,并构造出变流系统的双线性电流观测器。通过电流观测器得到变流器的电流残差信息,并据此对变流器进行故障检测,然后利用电流平均值定位出具体故障器件。考虑到功率管开关延时、死区时间及测量噪声的影响,设计自适应阈值进行故障判断,保证了诊断的鲁棒性。通过不同故障类型和电网电压跌落的仿真分析,验证了所提开路故障诊断方法的有效性和可靠性。     

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。     

基于龙伯格观测器的MMC子模块故障检测方法

摘 要：模块化多电平变流器（modular multilevel converter, MMC）由大量子模块(Submodule, SM)串联构成,是高压大功率领域最有发展潜力的变换器之一。然而,大量功率开关器件的存在是造成MMC故障的潜在因素。为了快速地检测出故障子模块,本文提出了一种基于龙伯格观测器的MMC子模块功率开关故障检测方法。在分析子模块故障特性的基础上,根据子模块电容电压变化的数学关系,采用龙伯格观测器估计SM电容电压。通过比较电容电压估计值与测量值,实现SM功率开关故障的检测。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建MMC系统仿真平台并在实验室搭建MMC实验平台,通过仿真和实验结果表明,龙伯格观测器能够准确有效地检测出SM开路故障和短路故障,但需要对每个SM进行监测,从而验证了该故障检测方法的可行性与有效性。     

Novel Fault Diagnosis Scheme for HVDC System via ESO

A novel fault detection and identification(FDI)scheme for HVDC(High Voltage Direct Current Transmission)system was presented.It was based on the unique active disturbance rejection concept,where the HVDC system faults were estimated using an extended states observer(ESO).Firstly,the mathematical model of HVDC system was constructed,where the system states and disturbance were treated as an extended state.An augment HVDC system was established by using the extended state in rectify side and converter side,respectively.Then,a fault diagnosis filter was established to diagnose the HVDC system faults via the ESO theory.The evolution of the extended state in the augment HVDC system can reflect the actual system faults and disturbances,which can be used for the fault diagnosis purpose.A novel feature of this approach is that it can simultaneously detect and identify the shape and magnitude of the HVDC faults and disturbance.Finally,different kinds of HVDC faults were simulated to illustrate the feasibility and effectiveness of the proposed ESO based FDI approach.Compared with the neural network based or support vector machine based FDI approach,the ESO based FDI scheme can reduce the fault detection time dramatically and track the actual system fault accurately.What’s more important,it needs not do complex online calculations and the training of neural network so that it can be applied into practice.     

基于控保协同的光伏直流升压汇集系统直流故障判别方法

光伏直流升压汇集系统由于内部直流变压器间特殊的串联形式,正常运行时直流变压器汇集端口电压、电流随光伏单元出力变化而波动,当在系统出力较小且直流侧发生较大过渡电阻故障时,故障特性与正常运行出力波动的暂态过程类似,系统故障特征不明显,保护难以实现故障的准确识别。针对上述问题,设计了基于控保协同的无通信直流故障检测方案。在分析直流变压器谐波产生机理的基础上,通过改变其载波频率产生谐波扰动,并根据谐波流通路径差异实现对系统故障工况的可靠检测。PSCAD仿真结果表明,所提方法仅利用换流器本地量测信息即可实现汇集系统直流故障的可靠识别且不受光伏出力影响。     

兼具开路故障诊断能力的MMC电容电压测量方法

模块化多电平换流器在高电压等级、大输送容量场合的应用中,各桥臂大量子模块的电压需要实时采集并维持在允许范围内,但电压传感器配置数量的增加影响了系统的经济性与可靠性。为解决以上问题,提出了一种基于电容电压预估和组电压测量的子模块电容电压测量方法。该方法对桥臂子模块进行了分组,每组仅配备一个电压传感器,从而使传感器数量得以减少。在该测量方法基础上提出了一种子模块开路故障诊断策略,通过比较电压实测值与预估值完成开路故障的快速诊断,并且对传感器设置了故障冗余,在传感器发生故障的情况下系统仍能保持稳定运行。基于PSCAD/EMTDC搭建了21电平基于模块化多电平换流器的高压直流仿真系统。仿真结果表明,所述方法具有与传统方法近似的测量精度,同时能在较短时间内诊断子模块开路故障与传感器故障。     

基于拉依达准则的MMC子模块开路故障定位

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)凭借模块化结构等优点,被广泛应用于高压大功率输电领域。MMC含有大量子模块(submodule,SM),SM的开关器件故障是影响MMC可靠性的关键问题之一。其中SM开路故障不易及时检测,威胁系统正常运行,为此提出一种基于拉依达准则的SM开路故障定位方法。首先,对SM开路故障进行故障特性分析,根据SM开路故障会引起SM电容电压的异常变化,应用拉依达准则进行判别。其次,计算同桥臂内SM电容电压的均值和3倍标准偏差来构造一个置信区间,通过判断SM电容电压是否超出置信区间且持续一定时间来检测并定位发生开路故障的SM。该方法不需要额外传感器,不用建立精确数学模型,不用手动设置经验阈值,算法较为简单。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三相MMC系统仿真,并在实验室搭建单相MMC实验平台对该方法进行验证。仿真和实验结果表明,基于拉依达准则的SM开路故障定位方法能够快速有效地定位出发生开路故障的SM。     

基于状态观测器的三电平逆变器故障检测与识别

针对NPC三电平逆变器单相桥臂半导体器件的开路故障,在建立三电平逆变器状态空间模型的基础上,通过分析各类故障特征提出了相应的故障后逆变器状态空间模型,由此构建状态观测器,并基于此对相应的故障检测与识别算法进行研究,最终通过仿真建模对故障诊断策略的有效性进行了验证。仿真结果表明,基于状态观测器的方法可以快速检测故障发生,并能准确识别故障器件和类型,达到了预期目标。