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。     

基于开关模态频率特征的船舶储能变流器故障在线检测方法

本文对船舶储能三电平BUCK-BOOST双向变流器IGBT开路故障检测方法进行研究.首先分析了三电平BUCK-BOOST双向变流器开路故障的电流响应及其特征,然后提出一种基于开关模态本征频率特征的变流器开路故障检测方法.该方法采用经验模态分解理论获取输入电流中固有的开关模态分量,通过希尔伯特变换得到开关模态频率并根据其...     

PWM整流器主回路开关器件故障诊断

提出一种针对三相电压型PWM整流器主回路开关器件IGBT和续流二极管开路故障的新的诊断方法。通过分析,当某相IGBT或续流二极管开路时,其网侧电流会发生相应缺失,进而推出三相网侧电流正负半波功率减小。对三相电流正、负半波功率进行归一化处理得到Cmx作为定位开路故障所在相的特征值,随后利用故障相电流1/4周期功率差dxn来进一步区分IGBT和续流二极管的开路,仿真实验证明该方法可靠性高,除轻载状况下不受负载突变影响,且适用于部分双管开路。     

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.     

STATCOM主回路开关器件故障诊断

提出一种针对STATCOM主回路开关器件IGBT和续流二极管的开路故障诊断的新方法。分析发生单管IGBT和续流二极管开路故障时,STATCOM三相电流波形会发生相应的变化和缺失,引出当某相IGBT或二极管开路时,该相电流正(负)半波的无功功率会减小。将每相电流正负半波的无功功率的归一化值Sl^m作为特征值来判断故障所在相,随后引入故障相电流四分之一周期功率差dlx作为辅助特征值进一步区分IGBT和续流二极管的开路故障。最后仿真证明该方法不仅可以区分出单管IGBT和续流二极管的开路故障,还可区分出部分IGBT和续流二极管双管开路故障,且除去轻载状况下,本方法不受负载波动的影响。     

变流器开路故障下永磁直驱风电系统运行分析

变流器是永磁直驱风电系统中故障率最高的器件,文中针对变流器故障后系统运行特性的变化,在变流器数学模型的基础上,深入分析变流器中一个开关管发生开路故障后的工作情况。研究表明:一个开关管发生开路故障后系统可持续运行,但会影响该变流器的正常工作,引起对应侧电流波形畸变。在MATLAB/Simulink环境下建立永磁直驱风电系统模型,并搭建永磁直驱风力发电实验平台,分别在3种不同的开路故障下进行仿真和实验,围绕机侧和网侧电流、直流母线电压、有功输出比例、总谐波畸变率,评估故障对系统运行特性的影响。根据仿真和实验结果得出变流器开路故障特征:一个变流器的开路故障对另一侧的正常运行影响较小,但故障器件对应侧的相电流出现波形畸变。     

基于瞬时功率的三电平ANPC变流器开路故障检测方法

为了检测三电平有源中点箝位(ANPC)变流器开路故障,通过对该拓扑在不同调制方式下每个开关器件开路时的故障表现进行了分析,提出了一种基于瞬时功率的故障判断与定位方法,仿真和实验结果表明该故障检测方法不仅能够准确检测三电平ANPC变流器在不同调制方式下的开路故障,并且可以检测并定位多个器件同时发生开路故障的情况,同时该方法能够在1个基波周期内检测出开路故障,提高了三电平ANPC变流器开路故障检测的准确性和快速性,对变流器的安全可靠运行提供了重要的保障。     

开绕组无刷双馈发电机系统变流器故障诊断

功率开关器件开路是风力发电系统中的常见故障。本文对基于直接功率控制策略的开绕组无刷双馈发电机(OW-BDFG)系统中双两电平变流器功率开关器件的开路故障诊断方法进行研究。详细分析了双两电平变流器单相开路故障类型,以单个变流器单相故障、两个变流器均单相故障为例,将正常运行与故障后的控制绕组相电压进行对比分析,实现故障诊断和故障类型辨别。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于电流矢量特征分析的逆变器开路故障快速诊断与定位方法

提出一种基于电流矢量特征分析的三相电压源逆变器单开关管开路故障快速诊断与定位方法。该方法仅仅利用三相电压源逆变器的输出电流,根据电流矢量瞬时频率特征和电流矢量瞬时角度特征在逆变器故障前后发生的变化进行故障诊断,其中利用电流矢量瞬时频率的变化进行故障快速诊断,结合电流矢量瞬时角度信息进行故障相定位,并结合一种基于电流平均值的诊断变量进行故障开关管定位。通过仿真和搭建硬件实验平台证明所提出的故障诊断与定位方法能够有效地快速定位出故障相以及故障开关管。     

PWM直流变流器中一种新型的零电压零电流转换软开关单元

提出了一种新型的零电压零电流转换(ZVZCT)软开关单元,并基于该开关单元,构造了Buck ZVZCT PWM变流器.该变流器实现了主开关管的零电压零电流开关,辅助开关管的零电流开通、零电压零电流关断,以及续流二极管的零电压零电流关断、零电压开通;不但适合于少子器件,而且适合于多子器件,同时保持PWM控制的特点.同时,该ZVZCT软开关单元可以推广到其它变流器之中,构造出新型ZVZCT PWM变流器族.进行详细的稳态分析、仿真分析和实验验证.实验结果完全验证了理论分析的正确性.     

ANPC三电平变换器开路故障容错控制研究

在工业应用中,功率变换器的可靠性和容错能力越来越受到重视。针对有源中点箝位(ANPC)三电平变换器拓扑结构的特点,分别提出在单功率器件和多功率器件开路故障下的容错控制策略。在分析ANPC三电平变换器发生功率器件开路故障时电流流通路径变化的基础上,通过修改功率器件的开关状态和开关顺序,可使变换器在故障后仍保持中点电压平衡和对称的三相输出。同时分析了不同组合下多器件开路故障后的容错能力,并提出相应的容错控制策略。实验结果表明所提控制策略的正确性和优越性。     

PWM零电直流变流器中一种新型的压零电流转换软开关单元

提出了一种新型的零电压零电流转换(ZVZCT)软开关单元，并基于该开关单元，构造了BuckZVZCTPWM变流器。该变流器实现了主开关管的零电压零电流开关，辅助开关管的零电流开通、零电压零电流关断，以及续流二极管的零电压零电流关断、零电压开通：不但适合于少子器件，而且适合于多子器件，同时保持PWM控制的特点。同时，该ZVZCT软开关单元可以推广到其它变流器之中，构造出新型ZVZCTPWM变流器族。进行详细的稳态分析、仿真分析和实验验证。实验结果完全验证了理论分析的正确性。     

基于模型预测控制的电动汽车直流充电桩功率器件开路故障诊断方法

针对电动汽车直流充电桩故障中较为常见的功率器件开路故障,提出了一种基于模型预测控制的电动汽车充电桩实时故障诊断方法。采用模型预测电流控制方法替代传统PWM整流器电流环中的PI控制器。在此基础上,将功率器件开路故障情况下整流器实际应用的开关状态与通过模型预测控制得到的最优开关状态相比较,建立故障特征信号,从而实现充电桩功率器件开路故障诊断与定位。由于不同功率器件故障特征信号之间互不影响,因此该方法对于单管、双管及多管同时故障均有显著效果。仿真结果验证了该充电桩故障诊断方法的正确性和有效性。     

一种四管动作的高压大功率三电平变流器双脉冲测试方法

多电平逆变器适用于高压大功率的应用场合,但其结构复杂,所需的功率开关器件众多,给电路的设计和性能测试带来很多新问题。为了测试各开关器件的电压电流应力、缓冲电路抑制电压尖峰的效果和层叠式复合母排的性能,该文针对一台高压大功率二极管箝位型三电平变流器,提出一种四管动作的双脉冲测试方法,该方法不同于用常规的斩波电路进行双脉冲测试,而是在实际装置中进行,能够模拟变流器正常工作时的所有换流模态,更真实地反映各功率开关器件的动态特性。若双脉冲的时序和脉宽设计不当,功率开关器件会出现非正常的换流模态和很大的关断过电压,过大的关断过电压可能导致器件失效。该文深入研究了产生过电压的原因并得出故障时封锁脉冲的时序。该文研究成果为二极管箝位型三电平全桥电路的测试提供了有效手段,对于设计可靠的三电平变流器具有理论和现实意义。     

并联背靠背PWM变流器在直驱型风力发电系统的应用

直驱型风力发电系统需要全功率变流器,在现有器件功率水平以及开关频率等诸多因素制约下,变流器直接并联的方式具备结构简单、模块化设计、易扩展的优点。文中通过有效的控制,使并联运行达到了大电流输入的要求,并将基于载波相移技术的背靠背脉宽调制(PWM)变流器应用在直驱型风力发电系统中,开关频率仅为1 kHz。实验表明,在提高等效开关频率、改善输出电流波形的同时不会带来环流问题,这在风电系统的全功率变流器中具有重要意义。     

基于SVPWM扇区号的三相变流器开路故障诊断

功率变流器是风力发电系统中电能变换传输的重要部件,其开路故障会造成风力发电系统非计划停机,因此对功率变流器开路故障的及时诊断尤为重要。文中分析了空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)在功率开关管发生开路故障前后其扇区受影响状况,以及基本电压空间矢量的变化。根据功率开关管故障前后SVPWM调制时扇区号的对比,提出一种能够对功率开关管开路故障进行判断以及定位的方法。相比于已有的诊断方法,该方法能够实现单管以及双管开路故障诊断,只需采集SVPWM调制时的扇区号单一变量,不需要增加额外的硬件设备,数据存储要求低,计算量小,易于实现。最后通过仿真及实验验证了该开路故障诊断方法的有效性与可行性。     

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。     

零电压零电流谐振极型软开关逆变器

提出一种新型的零电压零电流谐振极型软开关逆变器,可在主功率器件开通和关断时,同时实现零电压和零电流,因此对于内部电容不能忽略的器件,减小了其容性开通损耗,当IGBT作为主功率器件时,亦减小了其拖尾电流引起的损耗,主功率器件真正实现了无损耗换相.此外,续流二极管的反向恢复损耗被降低到最小,辅助开关也实现了零电流开关.对其工作原理进行了分析,给出了不同工作模式下的等效电路图.制作了一台1 kW的实验样机,实验结果验证了该软开关逆变器的有效性.     

三相电压型ZCT PWM变换器的效率分析与实验研究

对一种应用于三相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变流器的零电流开关(zero current transition,ZCT)软开关技术进行深入理论分析,通过数学推导和实验验证指出,由于功率器件二极管反向恢复和结电容的影响,理想的软开关过程很难实现,特别是在大功率应用场合。研究表明,虽然采用此ZCT软开关技术可减小主开关管的部分开关损耗,但却引入了多个二极管的反向恢复,总体效率能否提高与功率器件二极管反向恢复电荷和结电容大小有关。     

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。