Fault tolerant control of a three-phase three-wire shunt active filter system based on reliability analysis

This paper deals with fault tolerant shunt three-phase three-wire active filter topologies for which reliability is very important in industry applications. The determination of the optimal reconfiguration structure among various ones with or without redundant components is discussed based on reliability criteria. First, the reconfiguration of the inverter is detailed and a fast fault diagnosis method for power semi-conductor or driver fault detection and compensation is presented. This method avoids false fault detection due to power semi-conductors switching. The control architecture and algorithm are studied and a fault tolerant control strategy is considered. Simulation results in open and short circuit cases validate the theoretical study. Finally, the reliability of the studied three-phase three-wire filter shunt active topologies is analyzed to determine the optimal one.     

DTC异步电机驱动系统中逆变器故障工况研究

为了寻求进行系统可靠性设计的依据,对直接转矩控制异步电机驱动系统中逆变器故障工况进行研究.通过对直接转矩控制原理的分析,指出系统运行工况的影响因素;对逆变器最常见的功率开关短路与开路故障工况进行仿真研究,其中功率开关短路故障工况指系统采取截止故障开关互补开关或截止所有开关两种保护方案之后的工况.仿真结果表明,短路故障后...     

基于小波变换的无刷直流电机逆变器故障诊断

故障诊断是实现电机容错控制的前提,为了提高电机系统的可靠性,针对无刷直流电机驱动系统中逆变器功率管的开路故障,采用小波变换对电机三相电流信号进行分析,为了能快速地提取故障信息,提出利用3层以上细节信号的乘积作为检测信号,根据乘积信号的小波变换能够准确找到故障点,以低频小波信号的能量值作为提取特征来识别发生故障的逆变器功率管。该方法故障识别可靠性高,信号特征提取算法简单。仿真及实验结果验证了所提方法的有效性和准确性。     

整流侧控制方式对特高压直流输电系统换相失败影响研究

特高压直流输电系统发生换相失败时,会引起直流电压和直流电流突变,严重影响直流系统的安全稳定运行。控制系统是特高压直流输电系统的核心部分,其控制方式对系统的输出响应有重要影响。分析特高压直流输电系统换相失败的原因,介绍整流侧的控制方式,建立了云广特高压直流输电系统仿真模型,研究云广特高压直流输电系统整流侧采用定电流控制方式和定功率控制方式对换相失败的影响。仿真结果表明：当逆变侧换流变压器变比K改变时,整流侧采用定电流控制与采用定功率控制相比,系统发生换相失败时的临界变比较大;当逆变侧交流母线发生三相对称接地故障、两相短路故障及单相接地故障时,整流侧采用定电流控制与定功率控制相比,系统不发生连续换相失败的临界电阻较小。整流侧采用定电流控制方式时,对换相失败的控制能力优于定功率控制方式。     

三相八开关逆变器的容错控制策略

针对中性点箝位型（NPC）三电平逆变器的容错拓扑及其控制问题,考虑逆变器发生功率器件断路故障情况以及故障前后空间矢量的变化,当故障发生时,将输出端子连接到直流链路的中性点,建立可容错三电平逆变器模型,实现开路故障下的容错控制。同时考虑逆变器直流侧中点性电压平衡问题,采用零序电压注入法,抑制了中性点电位的波动。仿真结果证明了该容错控制策略的可行性和有效性。     

单相开路故障下五相直流无刷电机无位置传感器控制

为了增强五相电机驱动系统的可靠性和容错能力,对五相永磁无刷直流电机在单相开路故障下的无位置传感器控制技术进行了研究。引入一种新颖的五相电机开路模型,实现了在单相开路故障下的场定向控制及载波脉宽调制。并在此基础上,采用滑模观测器估算五相电机的基波反电动势。然而当五相电机开路在故障模式下运行时,三次谐波绕组及逆变器非线性等因素引起观测反电动势含有较强的抖震谐波。采用了一种改进型复系数滤波器,并取代了传统一阶低通滤波器,对观测反电动势基波分量进行无失真滤波,改善位置观测精度和无位置控制电机动态性能。在实验平台上实现了单相开路模式下的无位置控制技术,验证了其的有效性。     

A fault‐tolerant modular multilevel inverter topology

Multilevel inverter topologies have received an increasing importance for their modular structures with better integration of renewable energy sources and reduced filtering requirements. But reliability is compromised in the process of decreasing the number of switches to produce the maximum number of voltage levels. This paper elevates a single‐phase fault‐tolerant inverter topology, which is modular in structure. The proposed inverter is analyzed for open‐ or short‐circuit faults in sources and open‐circuit faults in switches. Sine Pulse Width Modulation with multicarriers technique is used to control the circuit. The carrier signals are reconfigured under fault conditions based on levels to be generated by bypassing the faulted switch or source. The circuit is simulated in MATLAB/SIMULINK, and experimental setup is developed to claim the fault tolerance of proposed inverter.     

三相逆变器低成本容错拓扑的工程运行研究

针对工程运行中大功率三相逆变器功率开关器件易于损坏并造成严重事故的问题,提出了改进容错方案.首先从逆变器主电路的硬件拓扑结构入手,采用低成本电力接触器实现了事故发生时,备份桥臂与相应的触发控制线路一次性切换替代事故桥臂;再从电动机气隙磁链轨迹的控制理论出发,研究利用三相四开关逆变器拓扑结构,实现电动机准两相容错运行;最后,探讨了电动机不得不单相或准单相运行时,如何控制气隙磁链轨迹改进电动机的故障运行质量.     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。     

基于欠压判定的斩波串级调速逆变保护优化

斩波串级调速系统在高占空比运行时转差功率很小,发生逆变故障后的逆变直流电流波形呈现稀疏脉冲形状,导致现有的逆变保护不能检测到故障信号并执行保护动作,极易损坏逆变侧器件。针对现存问题,通过分析斩波串级调速系统在高占空比运行时的稳态电流特性及逆变故障暂态过程,得出逆变保护失效原因的理论依据,并据此进行保护优化,提出带直流回路电压检测及欠压判定的优化方案。仿真及样机实验结果表明理论分析正确,经优化的逆变保护策略能够在逆变故障时有效保护逆变侧器件,可提高系统可靠性。     

永磁同步电机驱动系统逆变器容错重构控制

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统在逆变器故障状态下的容错控制,讨论了容错逆变器的拓扑结构,分析了六开关三相逆变器和四开关三相逆变器驱动系统输出电压空间矢量及其对系统性能的影响。研制了一个基于常规六开关逆变器的容错辅助控制电路,实现了容错逆变器在故障下的重构。针对PMSM直接转矩控制系统的实验研究,验证了容错辅助控制电路设计的正确性,证明采用容错逆变器可实现驱动系统的不间断运行。     

永磁电机驱动系统容错策略研究

驱动系统中的功率器件经常会发生开路或短路故障,电机定子绕组也会发生开路故障。这些故障会严重影响永磁电动机系统正常工作,对整个系统的安全性和稳定性造成严重影响。分析永磁电机驱动系统的容错控制策略,并且对各容错策略进行分析比较。展望了永磁电动机容错策略的发展趋势。     

双凸极永磁电机两种斩波控制方式的比较

三相六状态控制的转子斜槽式双凸极永磁电机通常采用单斩PWM调制方式。但传统的只斩桥臂上管或只斩桥臂下管的单斩方式会造成桥臂上下功率管损耗的不同，加大了散热设计难度。提出一种改进型单斩PWM调制方式，对桥臂上下管进行轮换单斩，保证了每个开关管损耗的一致性。两种单斩PWM调制方式的分析对比及系统实验结果表明：改进型轮换单斩上下管的PWM调制方式确保了上下管损耗的一致性，克服了传统单斩方式使功率控制器存在局部热点的缺陷，提高了系统效率，具有较高的可靠性。     

高占空比斩波串级调速反馈变压器保护优化

斩波串级调速系统从电机转子侧调节转差功率实现调速,在高占空比运行时转差功率很小,发生逆变故障后逆变直流电流波形呈现稀疏脉冲形状,现有保护策略不能检测到过流故障信号并执行保护动作,极易导致反馈变压器损坏。针对现存问题,分析了斩波串级调速系统的稳态电流特性及逆变故障暂态过程,结合现有保护策略,得出保护失效原因的理论依据,并据此进行保护优化,提出带直流回路欠压保护的优化方案。仿真及样机试验表明,理论分析及推导正确,经优化的保护策略能够在逆变故障时有效保护反馈变压器,可提高系统可靠性。     

基于独立量分析的NPC光伏逆变器故障诊断

功率开关器件是逆变器的核心部件,功率开关器件的故障诊断对逆变器的可靠运行意义重大,而功率开关器件故障特征提取技术是实现其故障诊断的技术基础。分析三电平逆变器中常见的功率开关器件开路故障,将故障类型分成典型故障与非典型故障两大类。对于非典型故障应用基于独立量分析的稀疏编码算法对逆变器输出相电压信号进行故障特征提取,并采用BP神经网络的分类器对非典型故障进行诊断。通过仿真验证其可行性,故障诊断准确率达到95%,并通过与小波分析及主元分析的特征提取算法的对比试验,说明独立量分析算法的在逆变器开关器件开路故障特征提取应用的合理性和优越性。     

一种基于HHT的光伏并网发电系统保护方法

当光伏发电系统所连电网发生短路故障时,光伏电源的故障电流会发生暂态突变,但由于逆变器控制电路的保护作用,短路电流的幅值较小,因而传统的保护方法对光伏并网发电系统不一定适用。为寻求适合光伏并网发电系统的保护方法,建立了基于PSCAD/EMTDC的光伏并网发电系统仿真模型,对其短路电流的特性进行了仿真分析,利用希尔伯特-黄变换(HHT)对故障电流的波形进行分解,提出一种基于HHT的光伏并网发电系统保护方法,并进行了算例分析。结果表明,在含有光伏发电的电网发生短路故障时,该保护方法具有一定的有效性和可行性。     

一种新型限流式高压直流断路器拓扑

首先简要回顾了直流断路器的国内外研究现状及优缺点,在此基础上提出了一种带有限流功能的高压直流断路器拓扑。该拓扑采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为主开关器件,具有断路、限流等功能,并具有通态损耗小、关断电流大、电压等级高的优点;可灵活配置支路数量以调节每个支路的工作电流及故障下的限流效果,进而避免或减少大容量场合下IGBT的直接并联。PSCAD/EMTDC环境下的仿真结果表明该断路器具有良好的限流、断路性能,故障电流上升率及峰值相比于现有方案得以明显降低,验证了理论分析的正确性和方案的可行性。     

基于IIDG电流相位控制的配电网故障电流抑制方法

我国配电网正面临着高渗透率分布式电源接入的挑战,配电网的拓扑结构与潮流方向发生了本质改变,易导致继电保护装置产生拒动或者误动。针对分布式电源大多通过电压源型逆变器并网这一现状,提出了基于逆变器电流相位控制的故障电流抑制方法,在dq坐标系下对逆变器输出电流相位进行控制,使得流过继电保护装置的故障电流幅值近似等于电网侧的短路电流,消除逆变型分布式电源提供的短路电流对继电保护装置的影响,减少继电保护装置的升级需求。在DIgSILENT/PowerFactroy仿真软件中搭建IEEE 13节点系统,仿真结果验证了所提控制策略的正确性及有效性。     

适用于注入式定子接地保护的数字电源设计与实现

20Hz电源是注入式发电机定子接地保护中一个很重要的单元,一般由方波逆变器和带通滤波器组成。提出了一个基于微控制单元（MCU）的20Hz方波逆变器方案,详细论述了LC带通滤波器的设计和计算。针对发电机发生单相接地故障时故障电压对方波逆变器的冲击,设计了钳压保护回路,以保证逆变器内部电路不损坏。文中所提方案提高了20Hz电源的灵活性、稳定性和可靠性。     

一种新型电力系统蓄电池放电装置的设计

在电力系统发电厂和变电所内,蓄电池组性能好坏,很大程度决定了直流操作电源的可靠性,合理使用和维护蓄电池,使之保持在良好的运行状态,这是延长蓄电池寿命和提高直流操作电源可靠性的关键。在分析了电力系统蓄电池放电重要性和当前蓄电池放电装置现状的基础上,结合蓄电池放电的基本要求,设计出了一种新型的正弦波逆变蓄电池回馈放电装置,该装置包括DC/DC变换电路、PWM整流逆变电路、控制电路、保护电路等,同时也对放电装置的工作原理进行了详细的阐述。