基于小波包分析的风力发电系统中变流器的故障识别

以风力发电系统中背靠背式双脉冲宽度调制(pulsewidth modulation,PWM)变流器中整流状态为例,分析了绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)各类开路故障状态下三相PWM整流器直流侧的输出电压信号,提出了基于小波包分析的变流器故障识别方法。该方法利用直流侧输出电压信号的调制特点,从能量谱和功率谱的角度分析了小波包分解后的直流侧输出电压的细节信号,通过频谱特征识别出三相PWM整流器的各类故障。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于逆变器直流侧电流的异步电机转子断条和偏心混合故障诊断

电机发生早期故障时,出现在定子电流中的故障特征频率分量很弱,容易被基波分量的泄漏淹没。很多文献通过各种变换方法将电流的基波分量转化为直流量,以减少频谱泄漏来突出故障特征分量。基于变频器驱动的异步电机,通过分析发现定子电流中的基波分量转化为逆变器直流侧电流中的直流分量,定子电流中的各种故障特征频率分量和逆变器直流侧电流中的频率分量存在对应关系。提出了一种基于逆变器直流侧电流的异步电机转子和偏心混合故障诊断方法,采集逆变器直流侧电流信号,并用MUSIC算法进行频率估计,具有很好的实时性。试验结果证明,提出的方法是一种简单有效的方法。     

基于隐 Markov 模型的齿轮箱故障识别方法研究

针对神经网络的识别一直停留在静态模式识别上的不足,釆用一种近年来发展较快的动态模式识别技术—隐马尔科夫 模型分析齿轮箱振动信号。 首先提取齿轮箱振动信号在时域、频域和时频域的统计特征,组成 34 维全特征矢量,训练了一组全 特征-隐马尔科夫模型库;再通过主分量分析技术对全特征矢量进行降维处理,取其吸收信息量 98%以上的前 7 个主分量组成 主分量特征矢量,训练了另外一组主分量-隐马尔科夫模型库。 分别用两组独立的模型库进行齿轮箱故障识别。 结果表明,全 特征-隐马尔科夫模型库对齿轮正常、齿轮断齿的识别准确率为 97. 9%,对齿轮点蚀的识别准确率为 100%,程序运行耗时 22. 328 s,主分量-隐马尔科夫模型库对齿轮点蚀的和齿轮断齿识别准确率均达到 100%,程序运行耗时 4. 879 s。 振动信号特征 的降维处理没有降低故障的识别率,反而提升了故障识别准确率,同时大大提升了程序运行速度,这对机械系统故障诊断具有 重要意义。     

光伏并网系统二电平逆变器的故障诊断

为避免因采集多元信息带来成本的提高和因处理多元数据影响诊断系统的快速性问题,同时为进一步提高故障诊断的准确性,提出采用基于小波分解和直流分量进行充分提取三相逆变器输出电流的信息进行故障诊断的方法。首先进行小波分解提取故障特征并进行归一化处理;同时为了进一步提高定位故障功率管的精准度,再提取三相输出电流信号的直流分量值,并将以上两种信息融合;最后采用自适应动量梯度下降法的BP神经网络进行训练。仿真结果表明,该方法在避免采集和处理多元数据的同时,进一步提高了故障功率管的识别和定位,准确率达98.15%,实现了逆变器开路情况的故障诊断。     

柔性直流输电换流器故障特性分析及诊断研究

为了准确识别柔性直流输电电压源换流器故障类型及位置,在分析换流器故障特性的基础上,给出了一种简便快速的故障识别及定位方法。基于两电平电压源换流器的VSC-HVDC的系统仿真,分别建立了交流侧单相断线故障时直流电压、直流电流波动分量计算模型和两侧换流器故障交流电流计算模型,分析了故障换流器交流侧谐波与直流侧谐波分量的关系,给出了柔性直流输电换流器故障谐波传递规律。根据已建立的故障换流器数学模型和交直流侧谐波传递规律,以直流电流各次谐波分量、交流电流有效值和标幺化直流分量作为诊断特征量,提出了一种运算简便快速的故障定位方法,可用于识别电压源换流器中轻微故障的位置。仿真结果表明,提出的故障识别及定位方法能够在线实时准确地诊断电压源换流器轻微故障类型和位置,诊断时间最多需要35 ms。     

基于支持向量机与特征降维的直流断路器机械故障诊断技术研究

直流断路器机械故障诊断算法是直流断路器机械状态在线监测系统的核心部分。文中进行了直流断路器机械故障模拟实验,采集不同故障下的线圈电流及振动信号,对其进行特征提取后,将电流特征、振动短时能量特征、小波包频带能量特征排列组合,利用支持向量机构建故障诊断模型。文中使用主成分分析法及Relief-F算法对不同特征组合降维,进一步分析特征组合降维后的诊断效果,并通过K-Fold交叉验证算法评估单一特征和特征组合训练输出的诊断模型选取分类性能最优的诊断模型。     

单相PWM整流器输出2次谐波电压抑制方法

单相电压型脉宽调制(PWM)整流器直流输出电压存在2倍于电网频率的谐波分量,该谐波分量会严重恶化整流器静、动态性能,采用谐波电流补偿电路,抑制该谐波分量。谐波电流补偿电路是由两个电力电子开关器件和一个电感、电容组成的Boost-Buck变换电路,通过对开关器件的有效控制,实时补偿整流器输出直流侧2次谐波电流,从而达到抑制输出2次谐波电压的目的。最后,搭建了谐波电流补偿电路,在单相PWM整流器上验证了该方法的正确性和有效性。     

VSC-HVDC系统中IGBT的开路故障特性分析

为了分析研究IGBT开路失效故障对于两电平柔性直流输电系统(VSC-HVDC)造成的危害,首先建立了单侧电压源换流器的IGBT开路故障仿真模型,分析研究了三相交流电流的畸变特性。然后搭建了柔性直流输电系统的IGBT开路故障仿真模型,理论证明了IGBT开路故障情况下系统交流电流、直流电压、直流电流的波形变化规律,并在此基础上提出了一种基于三相交流电流的IGBT开路故障诊断方法。最后给出了柔性直流输电系统IGBT开路故障的实验结果。仿真实验结果和理论推导均表明:当系统发生单只IGBT开路故障时,送端换流器和受端换流器交流电流都包含直流分量,但相比其他相,故障相的交流电流直流分量幅值最大,同时系统直流侧电压、电流都包含基频波动分量。     

考虑故障阀臂封锁条件下的VSC-HVDC换流器故障诊断算法

针对两电平柔性直流输电(VSC-HVDC)系统换流器内部常见的IGBT阀器件短路失效、桥臂直通、交流侧单相接地、交流侧两相短路、直流单极接地这5类贯穿故障,研究了换流器故障保护与诊断的协调配合方案,分析了保护闭锁条件下系统直流电压及交流电流的变化规律,据此提出了利用闭锁时刻的直流电压及闭锁后2个周期的三相交流电流作为特征信号进行换流器故障分类与定位的诊断方法,并确定了用于区分故障类型的电压、电流诊断阈值。对换流器严重贯穿故障进行仿真,利用PSCAD/EMTDC模型对所提出的诊断方法进行了验证,结果表明该方法不仅能可靠识别故障类型,还能准确定位故障位置,可用于故障阀臂闭锁条件下VSC-HVDC换流器的故障诊断。     

电压型PWM整流器的开关器件断路故障特征

深入研究了在主回路开关管发生断路故障后,电压型PWM整流器的故障特征:交流网侧故障电流和电压的波形畸变现象,并将之与常规的SVPWM逆变器进行了对比分析。文中通过对PWM整流器发生故障后的工作过程的分析,深入研究了电压型PWM整流器的双闭环控制方法对其上述故障特征的影响,继而对PWM整流器的直流输出功率以及交流电感量对其电流畸变的影响情况进行了分析研究。最后分析了PWM整流器特有的故障特征对其故障诊断过程的影响,并介绍了一种应用于大功率PWM整流器的主回路断路元件定位方法。     

闭环控制下单相VSC低次谐波分析模型与抑制策略

针对基于固定开关频率脉宽调制(PWM)闭环控制的单相电压源型换流器(SPVSC),推导出闭环控制下开关函数的动态相量,并将SPVSC时域模型转化成动态相量谐波分析模型。在谐波分析模型的基础上,得到了SPVSC交流侧电流和直流侧电压各次谐波分量的产生机理和相互作用规律,以及控制环参数对交流侧谐波电流分量的影响。利用谐波的相互作用规律,采用在PWM中叠加低次谐波调制信号的策略,实现了交流侧谐波电流的抑制。通过仿真和实验分析,验证了所提谐波分析模型的正确性以及谐波抑制策略的有效性。     

三电平有源电力滤波器IGBT开路故障诊断方法研究

针对三电平中点钳位式(Neutral Point Clamped,NPC)有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)中功率器件IGBT开路故障的诊断问题,提出采用小波包分析故障信号,提取各频段能量系数作为故障特征,并利用网格搜索支持向量机(Support Vector Machine,SVM)进行分类的诊断方法。将所提方法应用于三个测试点进行测试,分别为逆变输出侧三相补偿电流、直流侧电容电压、电源侧三相电流,然后针对各信号的特点完成故障特征提取与故障类型识别,最后在谐波源三相整流桥触发角变化时进行了适应性实验,结果表明所提出的方法可分别基于三个测试点实现故障诊断,并且基于直流侧电容电压的测量方式对谐波源变化有良好的适应性。     

电网电压不平衡情况下PWM整流器恒频直接功率控制

恒频直接功率控制(constant switching frequency direct power control,CSF-DPC)具有开关频率固定、动态性能好、系统采样频率较低等优点。电网电压不平衡会在脉宽调制(pulse width modulation,PWM)型整流器交流侧产生大量谐波电流,使系统有功功率大幅波动,恶化系统性能。针对上述情况,提出一种新型恒频直接功率控制策略。该策略首先分离出电网电压和电流正、负序分量;然后在正、负序双旋转坐标系下计算瞬时功率与参考值之间的误差,根据误差生成整流器正、负序参考电压;合成后采用空间矢量调制(spacevector modulation,SVM)算法产生整流器电压,对功率进行补偿。该策略可有效抑制交流侧电流谐波,减小系统无功功率直流分量,稳定系统输出的有功功率,改善系统稳态性能。仿真与实验结果证明了该策略的正确性和有效性。     

级联型STATCOM不平衡故障穿越负序电流抑制

为了改善在电网不平衡故障穿越中,级联型H桥静止同步补偿器(CHB-STATCOM)输出电流对称度和谐波特性,首先建立了不平衡故障电网负序电压和STATCOM相直流侧电压的定量关系,揭示了分离直流侧电压可获得对应的交流负序电压分量机理,提出通过调节三相直流电压即可直接产生相应的交流负序电压分量,实现对输出负序电流抑制;其次,利用直流电压闭环调节进一步产生装置高调制比,以改善输出电流谐波特性,最后通过380 V/7 kVA级联型STATCOM动模原理样机验证了所提控制方法的正确性和有效性。     

钳位双子模块型模块化多电平换流器交流侧故障对直流侧的影响分析

具有故障闭锁功能的钳位双子模块型模块化多电平换流器(clamp double submodule-modular multilevel converter,CDSM-MMC)适用于大容量输电工程,为防止交流侧故障后可能引起的直流保护误动,需分析交流侧故障对直流侧的影响。首先,分析交流侧发生短路故障后,CDSM-MMC子模块电容的充放电情况,以及桥臂电流回路。然后,根据基尔霍夫定律与叠加原理,分析交流侧故障后,直流侧电压及电流特征,并在PSCAD中进行仿真验证。交流故障后,直流侧电流随桥臂电容电压变化;两相短路后,直流电压基本不变;单相接地短路与两相接地短路后,直流电压包含交流分量,其频率与幅值受到交流中性点接地方式影响。最后针对CDSM-MMC直流侧保护,给出部分参考建议。     

考虑直流干扰条件下的变电站二次直流系统故障检测新算法

线性正弦跟踪器(linear sinusoidal tractor,LST)对于特定频率信号具有良好的幅频和相频特性,注入信号法的直流接地故障检测易受支路分布电容的影响。本文提出了一种基于离散LST算法的改进型变电站二次直流接地故障检测算法,分析了检测系统等效电路数学模型,将LST算法经过旋转变换,直接分离出LST算法检测到的交流电流信号中电阻电流以及对地等效电容电流值,通过对待测信号一阶微分滤除直流分量,调节跟踪器参数,分离出特定频率待测交流信号,根据接地电阻以及等效电容计算公式得到各支路接地电阻及对地电容。仿真结果表明,该算法能够克服分布电容对检测结果的影响,准确检测出接地故障。     

一种基于卡尔曼滤波的电能质量扰动检测新方法

基于正弦波/指数函数自相关的运动状态估计模型,提出一种基于卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)的电能质量扰动(power quality disturbances,PQD)检测方法(KFPQD检测方法)。提出方法针对基波频率的纯正弦电压信号模型,以及基波频率纯正弦信号叠加指数衰减的电流信号模型,选取电压信号及其一阶导数形成二维电压状态向量,选取电流信号及其一阶导数、衰减直流分量形成三维电流状态向量,进行状态空间建模,离散化后采用KF算法对电压/电流及其变化率进行状态估计,跟踪检测基波电压/电流信号的跳变。仿真和微电网PQD检测实验结果表明:提出方法在跟踪精度、抗干扰性和敏感性方面均优于传统KFPQD方法,提高对电压与电流跳变的跟踪性能。     

基于电压和电流特征的双馈风电变流器功率器件开路故障综合诊断

变流器功率器件开路故障监测与识别对提高双馈风电系统智能运维至关重要.针对现有基于变流器电压或电流单一特征以及固定阈值的方法难以同时实现功率器件故障诊断监测与识别问题,该文提出一种基于变流器直流母线电压的故障监测与基于转子电流故障识别的综合诊断方法.首先,理论分析变流器功率器件开路故障对直流母线电压的影响,基于累积和(CUSUM)算法,提出基于直流母线电压特征的故障监测方法;其次,针对转子输出电流非平稳特性和阈值固定问题,提出基于归一化输出电流平均值和绝对平均值为故障特征量及自适应阈值的故障识别方法;最后,仿真模拟不同功率器件先后开路,验证所提方法的有效性,以风速随机及电网电压跌落为场景验证所提方法的鲁棒性.同时,以功率器件典型开路故障实验数据验证仿真分析的准确性.仿真与实验结果表明,所提方法能准确实现变流器功率器件开路故障诊断.     

基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG的研究

为了使级联SVG降低开关损耗、减小谐波含量,提出了PAM(Pulse Amplitude Modulation)+PWM(Pulse Width Modulation)调制策略。四个H桥级联构成PAM单元,各H桥都工作于基频开关频率下,开关损耗较低。第五个H桥构成PWM单元,PWM单元对PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿,极大地降低了电压电流畸变率,提高装置输出电流的质量。PAM单元直流侧采用脉冲轮换策略,有效地抑制了直流侧电压的不平衡。PWM单元采用电流直接控制策略,响应速度快,控制精度高。最后在Matlab/Simulink中建立级联SVG仿真模型,验证了所提方法的有效性。     

一种基于空间矢量控制的整流器容错控制方法

为降低三相脉宽调制(PWM)整流器功率开关器件发生断路故障时对系统的影响,分析了在空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制算法下三相电压型PWM整流器6个功率开关器件中的某一个功率开关器件断路时指令电压矢量的合成情况,从矢量合成的角度阐述了故障发生时网侧电流畸变和直流侧电压波动的原因。提出了一种断路故障发生时在不改变整流器拓扑结构的前提下,能有效减少交流侧电流畸变、维持直流母线电压稳定的容错控制算法。通过仿真和实验验证了该算法的正确性和有效性。