基于数字孪生模型电流动态时间规整差异度的变压器早期故障辨识

现有的早期故障辨识方法对于程度较为轻微的故障灵敏度低,且辨识方法多为离线检测。结合数字孪生技术建立了三相三柱式变压器内部无故障的孪生模型,基于动态时间规整算法提出新的故障特征量,提出早期故障保护方案。首先,利用实体设备的结构参数与实时的电气量,建立不同运行工况下的状态空间模型。然后,通过实际数据对孪生模型进行修正,使虚拟世界与物理世界实现同步,综合使用离散迭代法和Z变换法求解模型。其次,利用动态时间规整算法量化预测量与实测量的差异,以此作为故障特征量,并设计新型的故障保护方案,提高故障辨识的灵敏度。最后以三相三柱式变压器为例,通过ANSYS仿真和动模实验验证了所建模型的正确性,通过多次实验结果证实所提故障判据的有效性。     

并网逆变器虚拟惯性与阻尼的等效及辨识

针对并网逆变器的下垂控制策略与虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略,建立统一的线性化传递函数模型,并提出一种虚拟惯性和阻尼的等效及辨识方法,论证使用等效惯性常数与等效阻尼系数量化并网逆变器参与电网调节能力的合理性。使用等效惯性常数和等效阻尼系数代替中间变量,建立能够统一下垂控制策略与VSG控制策略的线性化传递函数模型。根据所建立的模型,将模型辨识问题简化为参数辨识问题。通过给予并网逆变器输出功率阶跃扰动激励出的功率振荡模态信息,建立系统实际输出与模型输出的时域关系,将参数辨识问题转化为参数优化问题。利用智能优化算法辨识出并网逆变器的等效惯性常数与等效阻尼系数。该辨识方法能够避免模型差分化所带来的误差,精度高,物理意义明确。最后进行实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性与辨识方法的有效性。     

寄生参数对三相逆变器的影响与抑制方法

针对三相逆变器过冲电压导致绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的过压击穿和误导通问题,提出一种减小寄生参数的三相逆变器设计方案。首先建立IGBT换流通路和驱动回路的电路模型,然后分析线路寄生参数对IGBT开关过程的影响,最后给出分立式IGBT构成的三相逆变器设计方案并制作实物进行物理验证。研究结果表明,线路杂散电感是造成IGBT关断过电压的主要原因,IGBT与驱动电路集成的三相逆变器寄生参数影响最小。实验结果验证了结论分析的正确性。     

光伏并网逆变器参数性故障的VMD-WPE和MPA-LSTM诊断方法研究

针对三相光伏并网逆变器参数性故障的特征量提取难、诊断准确率较低等问题,提出变分模态分解的小波包能量特征与海洋捕食者算法优化长短期记忆神经网络相结合的故障诊断方法。首先,以逆变器三相线电压为原始数据,以最小样本熵为准则优化变分模态分解的模态数;然后,利用小波包分解提取变分模态分解各模态分量的小波包能量作为故障特征量;最后,利用海洋捕食者算法优化长短期记忆网络超参数实现故障的参数性辨识。对比分析结果表明,所提方法用于光伏并网逆变器参数性故障诊断具有可行性和精确性。     

三相FMSPWM软开关逆变器分析与设计

针对双极性FMSPWM逆变器只能用于单相变换器的问题,提出了一种三相FMSPWM软开关逆变器拓扑结构,分析了三相FMSPWM实现软开关的原理,提出了最佳载波频率公式,对电路中主要元件参数进行了设计.实验结果证明了该电路能实现三相逆变器开关管的软开关、改善输出波形质量.     

火电机组汽轮机系统数字孪生模型研究

以数字孪生为理论指导建立数据驱动孪生模型,通过对机组历史运行数据的分析,利用深度学习中的深度森林算法,合理确定模型的输入输出参数,并采用改进的蝙蝠算法进行超参数优化,构建高精度的数据驱动模型。选取各模型的输出参数,利用相似度函数法预测输出数组与实际输出数组之间的欧几里得距离,实现对故障的准确检测。最后利用数字孪生模型对物理实体进行状态监测和故障检测试验,结果表明借助建立的数字孪生模型和故障检测体系,能准确检测汽轮机系统中加热器管路泄漏和进出水室短路故障,证明了该方法的有效性。     

基于Debye模型分析变压器油纸绝缘频域介电谱特性研究

变压器的油纸绝缘系统可等效为Debye电路模型来模拟其复杂极化过程。基于Debye模型等值电路参数与油纸绝缘的频域介电特征量的关系式,利用测量的频域介电特征量建立辨识Debye等值电路参数的优化模型,通过粒子群优化算法辨识出Debye电路模型中的参数值。利用辨识出的电路参数值计算油纸绝缘系统的介质损耗值,并与测量值比较,其绝对误差在8%以内。研究结果表明,提出的辨识电路参数的方法能有效用于分析油纸绝缘的极化特性,为利用频域介电谱诊断变压器油纸绝缘状态提供新的研究思路。     

三相三电平逆变装置全系统电路仿真模型研究

针对大容量三相三电平逆变器原理性仿真中一般没有考虑复合母排的分布式结构、逆变器交流输出铜排及电力电缆的传输线参数、负载感应电机的高频电路参数等,从而不能准确反应吸收电容、功率开关管、滤波器等器部件安装位置对全系统性能的影响,不能有效指导相关器部件设计的问题,结合仿真和实验提出一种三相三电平逆变器建模方法。通过建立电容母排、传输母排和IGBT母排的多端口电路模型,考虑逆变器柜内输出铜排与交流输出电力电缆传输线参数,提出一种三相感应电机的高频电路模型及其参数测量方法,在此基础上对三相三电平逆变器进行了全系统仿真建模和试验验证。利用三相三电平逆变器全系统仿真模型及建模方法,可指导复合母排、吸收电容、交流输出滤波器、熔断器等器部件的工程设计。     

三相电压型逆变器的滑模控制律参数优化设计∗

针对三相电压型逆变器滑模控制中滑模函数和趋近律参数选取困难的问题,提出一种滑模控制律参数优化 设计方法.首先,根据三相电压型逆变器的基本工作原理,建立了三相电压型逆变器的dＧq 数学模型.其次,将滑模 变结构控制应用到三相电压型逆变器系统中,设计合理的滑模函数并采用等速趋近律推导出滑模控制律,再将滑模控 制律带到三相电压型逆变器闭环系统,得到偏差的数学模型.根据系统跟随性能的要求,讨论并推导了滑模控制律中 参数优化的选择公式.最后,利用PSIM 仿真软件,搭建了三相逆变器的滑模变结构控制闭环系统,通过仿真实验验 证了所提滑模控制律参数优化设计的合理性和可行性.     

基于电热特性融合分析的油浸式变压器匝间短路故障辨识方法

已有的变压器匝间短路辨识方法主要依据绕组电流、阻抗或者油中溶解气体等单一类型信号,难以实现对故障位置的准确诊断,特别对少量匝数短路的辨识效果较差。综合考虑绕组电流、绕组热点温度和油温等变压器电热特征参数,提出了基于电热特性融合分析的油浸式变压器匝间短路故障辨识方法。该方法的主要思路为:运用数字孪生技术建立变压器物理实体的数字孪生体,应用多物理场仿真推演数字孪生体在不同运行断面、不同匝间故障条件下的电热特性参数变化规律,选取绕组电流、绕组热点温度等电热特征参数,建立基于孪生体故障样本数据驱动的匝间短路故障诊断模型。以31.5MVA/110kV变压器为例进行了仿真分析,结果表明本文提出的基于电热特性融合分析的匝间短路辨识方法可以实现对变压器早期潜伏性匝间故障的有效诊断,整体准确率可达94%。     

三相LCL并网逆变器无参数滑模预测控制策略

常规三相LCL并网逆变器模型预测电流控制方法存在计算量大、参数鲁棒性差等缺点。为了解决这些问题,提出了一种三相LCL并网逆变器无参数滑模预测电流控制方法。该方法利用滑模控制理论,建立了一种新型无参数电流控制价值函数,无需采用模型参数即可实现并网电流预测控制,从而简化了控制系统的预测过程。此外,该方法省去了逆变器侧电流传感器和电容电压传感器,节约了硬件成本,提高了系统运行可靠性。最后,根据常规模型预测电流控制和滑模预测电流控制的优点,提出了一种三相并网逆变器自适应预测控制方法,提高了并网逆变器控制对模型参数失准的适应能力。实验结果表明,在系统参数失准的情况下,所提出的控制策略具有更小的并网电流控制误差,有效地提高了系统参数鲁棒性。     

三相逆变器共模传导电磁干扰的建模与分析

为了预测进而抑制三相逆变器的共模传导电磁干扰(EMI),需要研究其建模和分析方法。本文首先通过对三相逆变器各个开关管的开关状态的分析,得到了三相逆变器共模传导EMI干扰源的简便表示方法,进而提出一种由共模传导EMI干扰源和传播通道模型构成的等效电路模型。通过实验测量和电磁场数值计算,获得等效电路中的各个高频参数。对其共模传导EMI进行仿真和实测1,50kHz～30MHz频段的仿真与实测频谱基本吻合,说明采用本文方法建立的共模等效电路模型是可行的。该方法可作为计算评估三相逆变器共模传导EMI的一种可行方案。     

基于虚拟阻抗的三相逆变器并联系统研究

在三相逆变器并联系统中,一般采用PQ下垂控制。传统的PQ下垂控制是基于理想模型,每个逆变模块的参数完全一致。然而在实际的逆变器并联系统中,各个逆变模块的电路参数往往无法完全一致,致使模块之间出现环流。为解决该问题,将虚拟阻抗的概念应用于三相逆变器并联系统控制。研究表明,采用虚拟阻抗可以有效解决逆变器并联系统中各个模块之间因为组件和电路参数差异而产生的影响,减小系统环流和改善系统均流。通过仿真和实验对所提方法进行了验证。     

一种新型自然软开关变流器控制策略

为了满足电力用户以及电力生产厂家的需求,笔者以拓展三相逆变器"自然软开关动作"状态为出发点,提出了一种可升压自然软开关变流技术控制机理。采用该技术的新型三相逆变器由于电路结构简单,控制方便可靠,因而能方便地作为电力有源滤波器的逆变器用于谐波补偿。主要研究了一种新型逆变器拓扑和新型自然软开关变流技术特性,通过对主电路的分析,导出了新型AC/DC/AC变换器拓扑采用了空间电压矢量法,结合所提出拓扑的特点,重点介绍如何采用锯齿载波空间矢量脉宽调制法来实现数字控制。最后进行了仿真实验验证了该变流控制技术的正确性和可行性。     

基于中性点电容的三相光伏逆变器漏电流抑制

针对三相非隔离光伏发电并网系统的漏电流问题,提出了一种基于中性点电容的三相三电平逆变器漏电流抑制方法。建立三相三电平光伏逆变器共模模型,分析了漏电流的产生机理和抑制机理。为了抑制寄生电容上共模电压产生的漏电流,用电容将交流侧中性点和直流侧中性点连接起来,形成漏电流的共模LC滤波电路。该滤波电路可有效滤除共模电压的高频分量,且对差模回路不产生影响。最后通过仿真和实验,验证了所提方法的有效性。     

电网电压不平衡下燃料电池并网逆变器功率控制

基于参考指令变更的三相并网逆变器功率控制方法,通过调节影响功率波动的参考指令内的谐波分量可以实现逆变器电流质量和功率波动间协调控制,但不能实现三相电压不平衡下负序交流分量的无静差调整。针对此问题,提出了三相电压不平衡下燃料电池三相并网逆变器功率控制方法,构建了燃料电池三相并网逆变器电路拓扑结构。在此基础上采用无锁相环直接功率控制方法,采用全通滤波器对并网逆变器电路中的电压和电流基波分量进行90°相移,消除2倍频的负序交流分量,实现并网逆变器有功功率和无功功率的有效控制。仿真结果证明,所提方法控制的并网逆变器进网电流谐波含量为0.33%,输出电流正弦度较高,电网电压不平衡状态下仍能坚持对电流进行控制。该方法功率控制效果好,具有较强的安全性。     

三相电压不平衡微电网的自适应补偿控制

由于单相负载、三相负载和非线性负载的混用,以及负载分布的不均衡,使得微电网三相电压不平衡问题比较突出。针对该问题,提出依据三相电压不平衡度调整逆变器各相输出功率的自适应控制策略。首先,建立了并网逆变器补偿控制原理框图,采用比例谐振(QR)控制器对电流进行无静差跟踪。然后,搭建了单相电压偏低和两相电压偏低的不平衡状态数学模型,依据四桥臂三相逆变器的三相电压具有可解耦独立控制的特性,将对三相电压的控制转变为对单相电压的控制,同时提出了改变并网断路器和相间断路器的开关状态,从而改变逆变器各相之间连接状态的控制方法,并且设计了补偿控制系数。最后利用MATLAB/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明所提出的补偿控制可使三相不平衡电压得到有效补偿。     

三相电压源逆变器内部IGBT模块温度的求解及评估

三相电压源逆变器的工作性能、使用寿命等方面均与其内部绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块温度直接相关,故求解及评估该逆变器中IGBT模块的温度对于确保逆变器系统的安全可靠运行具有重要意义。针对现有模型及方法难以求解IGBT模块温度的问题,本文借鉴直接法的思想,提出了一种新的简单实用的IGBT模块温度求解算法。基于拟合及插值算法,推导并建立了IGBT模块功率损耗模型;基于电热比拟理论,探讨并建立了集中参数的IGBT模块等效Cauer传热网络模型,并将传热微分方程差分化;最终,在同一电路仿真器中构建出IGBT模块温度的求解算法。在三相电压源逆变器的算例中,通过与英飞凌IPOSIM的温度计算结果对比,表明本文算法最大误差为3.01%,且温度变化趋势与IPOSIM基本一致,最后利用该算法评估了逆变器在不同负载工况下的IGBT模块温度,所得结果可为合理地进行三相电压源逆变器的散热设计、长期可靠性评估等服务。     

两相静止坐标系下并网逆变器的自抗扰控制

针对三相并网逆变器入网电流控制中存在的电网不确定扰动、系统在dq坐标系下存在耦合以及传统控制器设计依赖精确数学模型等问题,提出了一种基于两相静止坐标系下的线性自抗扰控制(LADRC)策略,以T型三电平LCL并网逆变器为被控对象,设计了三阶线性自抗扰控制器。通过系统的等效传递函数,详细分析了逆变系统的稳定性以及抗扰性,并通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。结果表明,所设计的控制策略能够提高T型三电平LCL并网逆变器的稳定性和抗扰性,实现了对入网电流的良好控制,其总谐波失真控制在2.2%。同时采用的“带宽化”参数整定方法,物理意义明确,参数调节简便,具有较高的工程应用价值。