基于线电压误差的永磁直驱风电系统变流器开路故障诊断

永磁直驱风电系统变流器的开路故障严重影响系统的运行特征。为了提高系统可靠性,要求能够及时检测到故障的发生,并能准确定位故障功率管。为此,提出了基于线电压误差的永磁直驱风电系统变流器开路故障诊断方法。该方法利用正常状态和故障情况下线电压的偏差进行故障诊断和定位,并且采用电压幅值和时间宽度的双重标准提高故障诊断的可靠性。首先,将线电压误差值与设定的阈值相比较;然后通过设置诊断变量的最小持续时间,来消除测量误差和外界环境的影响等引起的误判;最后,利用故障定位标志位判定故障功率管。仿真和实验结果验证了故障诊断方法的有效性和可靠性。     

三相四线制有源电力滤波器开路故障诊断

为提高四线制有源电力滤波器系统(active power filter,APF)运行可靠性,提出一种适用于三相四线制三桥臂三电平并联型APF的故障诊断算法。通过分析APF交流侧输出电压的数学模型,建立APF各相交流侧输出电压与相应IGBT导通占空比间的对应关系;通过正常状态和故障状态下输出电压与对应IGBT导通占空比间对应关系的不同诊断出开路故障,并根据故障状态下的电流路径进一步定位故障位置。该方法能够适用于单管及多管的开路故障诊断,具有很好的快速性和较高的可靠性,且适用于系统的动态响应过程。仿真和实验结果验证了所提算法的有效性。     

基于极电压误差标准化的五相逆变器开路故障诊断方法

多相电压源逆变器(voltage source inverter,VSI)广泛应用于低压大功率的电机驱动系统中,为了提高系统运行的可靠性,实现故障后无扰容错运行,其关键在于对功率变换器发生的故障进行实时有效的检测与识别。针对五相电压源逆变器单相桥臂功率管发生的开路故障,提出基于极电压误差标准化的故障诊断方法。该方法根据正常状态和故障发生后逆变器输出极电压间存在的偏差,通过分析和比较其产生原理和分布规律即可进行故障的诊断和定位。为了简化诊断算法,使其独立于直流母线电压,将极电压误差值执行标准化计算;采用将诊断变量与设定好的阀值相比较的方法,消除测量误差产生的影响;通过设置诊断变量的最小持续时间,避免了死区时间和开关延时引起的误诊断。实验结果验证了诊断算法的有效性和可靠性。     

双级矩阵变换器功率开关开路故障的分析与诊断

针对双级矩阵变换器(TSMC),分别分析了TSMC正常与故障时的运行模式,分析并总结了TSMC在功率开关故障情况下的输出线电压故障特征,在此基础上提出了基于开关组误差电压的TSMC功率开关故障诊断方法,该方法可以根据开关组误差电压锁定故障开关组,并能从故障开关组中准确定位故障开关。该故障诊断方法具有快速、准确、高效等特点。建立了TSMC功率开关故障诊断系统的仿真模型和实验系统,验证了所提故障诊断方法的正确性和可行性。     

无刷直流电机驱动系统逆变器的开路故障诊断

逆变器的故障诊断是实现容错控制的前提,有助于提高电机驱动系统的可靠性。针对上桥臂PWM调制、下桥臂常开调制方式下的无刷直流电机驱动系统逆变器,提出了一种新颖的开路故障诊断方法。该方法将PWM周期内ON时的线电压与OFF时的线电压的差值作为特征量进行故障检测;在逆变器的下一工作模式中定位出具体的故障功率管。为了降低应用成本,提出了分时采集端电压来估计线电压差的软件算法与检测电路。最大诊断时间为1个电周期。该方法硬件电路简单、实现方便、可靠性高、成本低,且不受开环、闭环控制等策略的影响。实验结果表明了所提方法的正确性和有效性。     

无刷直流电机驱动系统逆变器的开路故障诊断EI北大核心CSCD

逆变器的故障诊断是实现容错控制的前提,有助于提高电机驱动系统的可靠性。针对上桥臂PWM调制、下桥臂常开调制方式下的无刷直流电机驱动系统逆变器,提出了一种新颖的开路故障诊断方法。该方法将PWM周期内ON时的线电压与OFF时的线电压的差值作为特征量进行故障检测;在逆变器的下一工作模式中定位出具体的故障功率管。为了降低应用成本,提出了分时采集端电压来估计线电压差的软件算法与检测电路。最大诊断时间为1个电周期。该方法硬件电路简单、实现方便、可靠性高、成本低,且不受开环、闭环控制等策略的影响。实验结果表明了所提方法的正确性和有效性。     

基于端电压检测的无刷直流电机单管开路故障研究

故障诊断是实现容错控制的基础,为进一步提高逆变器单管开路故障诊断和定位的可靠性,提出了通过检测逆变器输出端电压实现单管开路故障的识别与定位的方法。通过分析逆变器在正常工作和开路故障两种状态下工作相逆变器的端电压,综合换相信号和PWM控制信号,采用简单的逆变器输出端电压检测方法实现了单管开路故障的识别与定位。仿真结果表明该方法能够快速有效地诊断和定位逆变器的单管开路故障。     

电动汽车逆变器故障诊断

针对电动汽车Z源逆变器,根据开路故障下两相之间的输出线电压特性,以故障线电压作为故障信息。提出了一种基于BP神经网络的故障诊断方法,通过频谱分析获得的线电压直流分量、基波幅值、基波相位及2次谐波相位作为故障特征向量。利用神经网络的自学习和非线性映射能力实现Z源逆变器的故障诊断。实验结果表明,该方法具有很好的故障识别能力,能快速准确定位故障源。     

多电平级联H桥逆变器3N+1冗余容错策略的研究

为减小IGBT故障对多电平级联H桥(CHB)逆变器运行稳定性的影响,提高级联APF系统的故障容错能力,提出多电平CHB逆变器开路故障检测与3N+1冗余容错策略。该方案在单相故障情况下不改变系统控制策略,降低控制的复杂度,保障逆变器的输出并且保持线电压和负载的对称。该容错拓扑成本低、操作便利,可提高多电平逆变器的可靠性。仿真和实验结果证明该容错方案的合理性和切换的快速性。     

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。     

容错型三相四开关有源电力滤波器及其控制策略

有源电力滤波器(APF)多基于三相六开关拓扑,为提高其运行可靠性,提出一种基于元件冗余的三相四开关容错型APF。针对三相六开关APF的故障判别,应用功率器件承受电压变化识别桥路开路故障;研究了基于谐波检测APF补偿算法与控制电源电流跟踪电网电压APF补偿算法的关系,指出容错型APF切换控制中更适合采用电源电流直接跟踪补偿算法;在三相四开关APF数学模型基础上,研究了直流母线中点偏移对三相四开关APF补偿性能的影响,提出一种直流中点电压差值前馈补偿方法。扩展了配置直流侧储能的情况下,容错型APF的有功调节实现方法;设计了APF容错控制切换策略和硬件实现的电流滞环跟踪控制电路,在建立的三相四开关APF平台上,实验验证了所提方法的有效性。     

高压输电线路故障测距综合优化方法研究

提高高压输电线路故障定位精度有助于及时排查故障并修复供电,对于提高系统供电可靠性,保证电网安全稳定运行能力具有重要现实意义。采用BP神经网络对现有各种测距手段提供的测距结果信息进行综合,对故障测距结果进行优化评估,提高故障测距精度。分别给出了以故障实际距离和故障测距误差为输出的两种综合模型,以仿真计算和实际系统测距数据作为训练样本对神经网络进行训练,进行了两种模型适用性的分析。实际应用结果表明,所提出故障测距综合优化方法可充分综合利用各测距方法的优点,有效提高了故障定位精度。     

基于子模块电压分组检测的MMC子模块开路故障诊断定位方法

模块化多电平变流器(MMC)子模块数目较多时,系统结构复杂且发生故障概率较高。针对子模块的开路故障诊断问题,提出一种基于子模块电压分组检测的MMC子模块开路故障诊断定位方法。分析子模块故障特性,通过对比子模块组输出电压的预测值和实际值获得检测判据,根据检测判据诊断故障发生的子模块组及故障类型;改变子模块的工作状态,根据检测判据进行故障定位;定量分析分组检测时子模块电容电压的测量误差,为子模块电压分组提供依据。通过MATLAB/Simulink搭建49电平MMC仿真平台,在电容值偏移的情况下对不同类型的故障进行仿真,仿真结果表明,所提故障诊断定位方法能在减少电压传感器数量的情况下实现子模块开路故障诊断定位,提升系统的可靠性。     

A single ended directional fault section identifier and fault locator for double circuit transmission lines using combined wavelet and ANN approach

Fault section identification and determining its location are important aspects to reduce down/repair time, speed up restoration of power supply and to improve the reliability. In this paper combined wavelet and artificial neural network based directional protection scheme is proposed for double circuit transmission lines using single end data to identify the faulty section and its location with reach setting up to 99% of line length. The proposed method requires the three phase currents and voltage to be measured at one end of the double circuit transmission line modelled using distributed parameter line model which also considers the effect of shunt capacitance. Approximate coefficients feature vector of the three phase voltage and current are extracted using discrete wavelet transform to train the ANN with Levenberg Marquardt algorithm. The proposed scheme involves two stages. The first stage identifies the zone/section of the fault and the second stage calculates the fault location from the relaying point. The proposed combined Wavelet and ANN based fault location scheme is also compared with ANFIS based fault location scheme. The test results of the proposed scheme show that the fault section identification and location estimation is very accurate and the average percentage error in fault location estimation is within 0.001%. This method is adaptive to the variation of fault type (both forward and reverse), fault inception angle, fault location and fault resistance. The main advantage of the proposed scheme is that it offers primary protection to 99% of line length using single end data only and also backup protection to the adjacent forward and reverse line sections.     

集成行波测距功能的高压输电线路保护装置的技术探讨

以集成行波测距功能的高压线路保护装置为目标,提出了装置的总体硬件架构设计方案和行波测距软件的整体实现方案,并利用线路保护的判别信息提高了行波测距功能的可靠性,在不影响继电保护性能的基础上实现了行波测距功能与保护功能的整体融合,为提高输电线路保护装置的测距性能提供了技术保证,仿真结果验证了该集成技术的可行性。集成了行波测距的线路保护装置能实时精确定位线路故障点,大大减少人工巡线的工作量,缩短了故障修复时间,提高了供电可靠性。     

复杂输电网行波故障定位方法

为了解决故障发生在双回线路(或多回线路)或故障线路两端某个变电站行波定位装置时间记录失败时,可能出现的双端行波定位算法失灵的问题,论文提出了复杂输电网行波故障定位方法。该方法依次假设电网中每一条线路为故障线路,采用保留故障线路的Dijkstra算法得到经过故障线路的计算路径。若计算路径存在冗余,则根据网络定位算法直接得到故障定位结果;若计算路径不存在冗余,则对输电网络实施单端行波定位装置增配方案,确保网络中任一行波定位装置时间记录失败时故障定位的可靠性。其次,论文还提出了一种复杂测量网络简化方法,能够简化网络定位算法的计算过程,提高定位计算的速度。最后对株洲实际电网进行仿真验证分析,结果表明,该方法实现简单,定位可靠性高,工程实用性强,能够解决复杂输电网的故障定位问题。     

Multiphase transmission line modeling for voltage sag estimation

This paper presents a novel approach for voltage sag indices calculation based on instantaneous voltage estimation. The estimation uses traditional state estimation where redundant measurements are available. The estimation is based on time domain state estimation which uses time domain modeling of the power network. The time domain current monitoring is used to have linear mapping and to achieve high performance of voltage sag estimation. The fault estimation procedure is prior of the voltage sag estimation. This paper shows a possible for fault instance detection, fault location identification and fault type estimation method that are required to estimate voltage sag for different line models utilizing residual analysis and topology error processing. Lumped parameter and distributed parameter transmission line modeling are developed to estimate instantaneous voltage at a three-phase power system in time domain. Magnitude and duration of voltage sag as main indices are calculated from the estimated instantaneous bus voltage. The performance of the novel approach is tested on IEEE 14 bus system and the results are shown.     

基于电压振幅和支持向量回归机的高压电力输电线故障定位

针对高压电力输电线智能定位法中由于采用特征提取算法导致定位速度慢的问题,提出一种基于电压振幅和支持向量回归机的高压电力输电线故障智能定位系统。首先使用Matlab建立一条220 k V/300 km的高压电力输电线,并在此输电线上模拟出不同过渡电阻、不同位置、不同故障类型和故障初始角的故障信号。此系统使用单端测量方式,并只采集电压故障信号。采集到的电压故障信号经过低通滤波剔除干扰信号后,提取故障点后1/2周期的电压幅值作为故障特征信号,由支持向量回归机对故障特征信号进行训练和验证,实现对故障的精准定位。仿真研究表明,此系统不仅在很大程度上提高了故障定位的速度,而且故障定位的精度也非常高。     

输电线路故障层次化变步长Tsallis小波奇异熵诊断方法

为提高熵方法输电线路故障信号时-频域的特征提取能力,提出层次化变步长Tsallis小波奇异熵(Tsallis Wavelet Singular Entropy, TWSE)方法用于电力系统故障诊断。首先,对采集到的电压信号进行小波分解与单支重构,构建时-频矩阵;之后,将奇异值分解与Tsallis熵理论相结合,对该时-频矩阵求滑动步长为1的Tsallis奇异熵,确定故障发生时刻;然后,对故障发生后1周期内的三相电压重构系数求滑动步长为1/4周期的TWSE,构建用于故障诊断的特征向量;最后,将TWSE特征向量输入到极限学习机(Extremly Learning Machine, ELM)分类器中,实现输电线路故障诊断。仿真结果表明,新方法具有更好的故障暂态信号特征表现能力,且分类结果不受故障时间、过渡电阻和故障位置等因素影响,相较基于小波奇异熵的线路故障诊断方法具有更好的诊断效果。     

不接地系统单相断线故障分析及区段定位

由于绝缘导线的应用,配电线路断线故障发生概率增大,现场缺乏有效的检测技术措施。针对不接地系统,建立了单相断线不接地故障模型。在考虑断线位置、故障线路对地电容占系统总对地电容的比例和负载阻抗的大小及其分布等因素的影响下,分析了中性点偏移电压、断口前后相电压以及线电压的变化规律。根据相电压和线电压的变化规律分别提出单相断线不接地故障区段定位的方法。所提方法可利用配电网自动化平台或者故障指示器系统实现,提高了断线故障区段定位的可靠性和适应性。最后用Matlab仿真验证了方法的正确性。