基于扩张状态观测器的牵引逆变器中点平衡控制策略

针对中点箝位型三电平牵引逆变器由于自身拓扑主电路结构而存在的中点电位不平衡问题,对其中点电位平衡的优化控制策略进行了研究。在三电平逆变器旋转坐标系电压电流双闭环控制的基础上,提出了一种基于扩张状态观测器的三电平逆变器中点电位平衡控制策略。基于等效电路模型建立中点电位的一阶数学模型,采用二阶非线性扩张状态观测器实现中点电位扰动的实时估计,之后利用PI控制器实现中点电位波动的补偿,对逆变器电压外环控制策略进行了优化,最后在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真建模。仿真结果表明优化控制策略具有较好的中点电位平衡能力。     

NPC三电平逆变器混杂建模及开路故障诊断

由逆变器、滤波器、负载和控制器等组成的逆变系统可视为一个混杂系统,传统的建模方法不能有效地揭示系统的状态特性,影响逆变器功率管故障分析和诊断的准确性。文中介绍了一种基于混合逻辑动态模型的NPC三电平逆变器故障诊断方法。分析了NPC三电平逆变器的工作原理,在混杂系统理论和建模方法基础上,构造逆变系统在无故障时的状态估计器。比较功率管发生单管开路故障时逆变器输出的三相电流真实值和状态估计器输出的三相电流估计值得到残差方程,通过对残差方程表现特性进行分析实现故障诊断。设计了相应的仿真实验,实验结果表明,文中方法可以准确快速地诊断单管开路故障,验证了所述方法的可行性。     

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。     

基于状态估计的风电机组液压变桨距系统故障检测

液压变桨距系统是风电机组的高频故障部件之一,对其进行早期故障检测,可以有效地提高风电机组运行的可靠性,减少不必要的经济损失。风电机组所受环境因素干扰较多,而基于数据的故障检测方法易受这些因素的影响造成误报警,并且故障分离较为困难。因此,本文提出基于状态估计的方法对风电机组液压变桨距系统进行故障检测。首先,构建风电机组液压变桨距系统的状态空间模型及其状态观测器,利用液压变桨距系统模型的实际输出与状态观测器输出产生残差;其次,将残差的均方根作为残差估计函数,并配合自适应阈值进行决策。最后,以液压变桨距执行机构故障和节距角传感器故障为例,通过仿真验证了该方法的有效性。     

三电平逆变器简化电压矢量及磁链观测控制方案

在二极管钳位型(NPC)三电平逆变器矢量控制系统中,存在着传统SVPWM算法复杂以及转子磁链观测精度不高等不足,提出一种基于三电平简化SVPWM及混合磁链观测的矢量控制方案,通过对空间电压矢量的分解及平移,达到简化算法的目的;引入一种混合模型的磁链观测器计算转子磁链,根据电机运行状态合理选择磁链观测模型。仿真分析与实验结果表明,基于该方法的NPC三电平逆变器矢量控制,具有动态性能好、转矩响应快,调速范围宽等优点。     

基于区间滑模观测器的逆变器开路故障诊断方法

为了提高逆变器系统故障诊断的鲁棒性和准确性,该文提出一种基于区间滑模观测器的逆变器开路故障诊断方法。首先利用开关管在正常工作和故障状态下的电流流向路径建立逆变器的混合逻辑动态模型,并设计一种电流区间滑模观测器,其通过上界滑模观测器的电流估计值和下界滑模观测器的电流估计值的凸加权和来估计逆变器在正常工作状态下的三相电流值。通过比较实际系统和观测器的输出得到电流残差进行故障检测,根据残差中包含的故障信息建立残差信息表进行故障定位。设计的电流区间滑模观测器不仅可提高区间观测器的收敛速度,并且可有效减小抖振,提高故障诊断系统的鲁棒性。最后,通过仿真和一台200W的电机实验平台验证该方法的有效性和可行性。     

三相八开关容错逆变器的PMSM驱动系统FCS-MPC策略

针对PNC型三电平逆变器单桥臂故障和母线电压分压不均衡等问题,研究了驱动系统在故障状态下的运行模式,提出了一种基于电流反馈特性的三相八开关容错逆变器(TPESFTI)的驱动控制策略,并构建其拓扑结构和输出电压模型;结合模型预测控制理论和扩张状态观测器(ESO)技术,提出了一种TPESFTI的PMSM驱动系统有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略。考虑系统参数变化对反电动势的影响,利用ESO方法,实现了对反电动势进行实时性估计;同时采用FCSMPC中目标函数的非线性约束项来降低逆变器的开关频率。仿真结果表明,该控制策略能够确保TPESFTI的PMSM驱动系统稳定可靠运行,并且能有效地抑制母线电容分压不均对系统的影响以及降低开关损耗,同时具有良好的动态性能、较强的抗负载能力和鲁棒性。     

基于自适应观测器的风力发电机液压变桨系统故障诊断

液压变桨系统是风力发电机组中故障多发的重要部件,对其展开故障诊断具有重要意义。针对受到丢包和状态延时影响的风机变桨系统故障,提出一种基于自适应观测器的故障诊断方法。将复杂的变桨系统转化为相应的状态空间模型,并根据相应的系统故障模型设计出自适应观测器。将故障模型进行离散化之后,设置合理的系统增益矩阵以及自适应调节律,并对观测器的稳定性展开了证明。仿真结果证明了观测部分能够准确地对真实值进行跟踪,实现了对变桨系统故障诊断的目标。     

基于三电平逆变器和模型预测的电机控制方法

提出一种基于NPC三电平逆变器驱动的摆臂结构伺服方法,以优化在大惯量随动系统中永磁同步电机伺服系统的控制性能。使用三电平逆变器驱动,同传统的两电平逆变器相比,减小了电流谐波。在速度环中加入模型预测控制(MPC)算法,来改善系统的动态性能。引入了扩展状态观测器来估计集中扰动,并在MPC速度控制器中添加了基于估计扰动的前馈补偿项以在强扰动的情况下保证控制稳定性。在由永磁同步电机构成的实验台上对该方案的控制效果进行了验证。     

NPC三电平逆变器冗余控制技术的研究

主要介绍了中性点箝位(NPC)三电平逆变器的冗余控制技术。针对NPC三电平逆变器的拓扑结构和控制策略的特点,利用空间矢量脉宽调制(SVPWM)中的冗余电压矢量提出了一种软件实现的冗余控制算法。当逆变器发生故障时,用冗余空间电压矢量代替损失矢量,实现了逆变器故障状态下的冗余运行。采用Matlab/Simulink仿真软件对该算法进行了仿真,同时搭建了硬件电路并采用DSP编程实现了冗余控制算法,实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

Z源NPC三电平变换器恒功率并网控制策略研究

Z源中点钳位式(NPC)三电平变换器把逆变和升压两种环节结合在一起,结构简单、工作效率高,但是针对这种结构输出的无功功率研究较少。提出了一种Z源NPC三电平变换器的恒功率并网控制策略。首先对这种变换器的结构及原理进行分析;再把恒功率控制引入到这种变换器的并网控制中,并采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)实现了变换器的并网控制。MATLAB/Simulink软件仿真结果证明了这种变换器能够提高电压升压比。该控制策略可使变换器输出的有功功率、无功功率稳定于设定值,且并网电流谐波较低。     

零序分量注入型三电平感应电动机矢量控制系统

提出一种基于三电平中点箝位(NPC)逆变器的零序分量注入型感应电动机矢量控制方案。系统中使用快速电流控制的直接转子磁链定向矢量控制模式,由于定子电流是由快速电流环控制,因此系统中不用使用定子电压方程,并且不需要解耦电路。转子磁链位置角由磁通模型计算得到。感应电动机由三电平NPC逆变器供电,三电平NPC逆变器由于开关器件的电压应力是传统两电平逆变器开关器件上电压应力的一半,所以适合用于中压调速系统。逆变器控制采用开关优化PWM算法,通过注入零序分量,不但优化功率器件的开关频率,而且可以稳定中点电位。仿真结果表明,该方法在三电平逆变器供电的感应电动机上有效地实现了矢量控制,并且具有很好的性能。     

NPC三电平逆变器的开关管开路故障诊断

开关管故障诊断是三电平逆变器系统实现可靠运行的前提。针对二极管中点箝位型NPC（neutral-poi-nt-clamped）三电平逆变器,提出了一种新颖的开关管开路故障诊断方法。选取开关状态、负载相电流的极性及桥臂相电压作为故障特征,在不同的电流流通路径下进行开路故障特征分析,实现对故障开关管地准确定位。实验验证了所提故障诊断方法的正确性和有效性,与其它开关管开路故障诊断方法相比,该方法不需要复杂的算法,具有诊断迅速、可靠性高的优点。     

基于相空间重构和支持向量机的三电平逆变器故障诊断技术

针对三电平逆变器交叉两桥臂的两只功率管同时开路故障(非典型故障)诊断问题,提出一种基于相空间重构和支持向量机(SVM)的故障诊断方法。该方法以三相电流为检测信号,为降低特征向量的维数,对三相电流进行了Park变换,然后采用相空间重构技术,对d、q轴电流分别进行重构,得到不同形状、大小和方向的电流轨迹图形,借助图像处理技术从中提取出故障特征向量,将其作为学习样本,在SVM中训练,使分类器能够建立不同特征向量和故障类型的映射关系,实现对二极管中点箝位型(NPC)三电平逆变器的故障诊断。仿真结果表明,该方法能够准确地定位故障元,诊断精度高。     

三电平逆变器的决策树SVM故障诊断

针对二极管箝位型三电平逆变器的开路故障诊断问题,提出一种基于决策树支持向量机(decision tree support vector machines,DT-SVM)的故障诊断方法。以逆变状态为例,首先分析逆变器主电路的运行情况并进行故障分类,然后以中、上、下三种桥臂电压为测量信号,采用小波多尺度分解法提取特征信号,进而利用粒子群聚类算法(particle swarm clustering algorithm)生成决策树SVM分类模型,最终实现了三电平逆变器的多模式故障诊断。仿真结果表明,本方法在使用了较少分类模型的情况下完成故障诊断任务,相较于BP神经网络、一对一结构的支持向量机和极端学习机等方法,在10%白噪声扰动下对于三电平逆变器多模式开路故障的诊断精度可达98.46%,算法具有更好的准确性和鲁棒性。     

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。     

新型双向串联型Z源NPC三电平逆变器

传统Z源逆变器启动冲击电流大、不具备能量双向流动能力、存在非正常运行状态、输出电压电平数少。针对上述问题,提出双向串联型Z源NPC三电平逆变器。将串联型Z源网络与NPC三电平逆变器结合,内在抑制启动冲击电流;在阻碍能量回馈的二极管反并联全控开关管,流过全控开关管的电流能够反向流动,进而维持直流链峰值电压稳定,消除非正常运行状态。仿真结果表明：配合软启动策略,改进型拓扑能实现无冲击启动;具备能量双向流动能力;低功率因数时,正常运行;输出线电压电平数增加为5。     

基于优化PWM的定子磁链轨迹跟踪控制研究

在异步电机的高性能控制方案中,为了降低开关损耗,采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时,优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此,研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法,提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型,实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角,利用其重构参考磁链与实际磁链的差值,实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案,消除了系统的动态调制误差,实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。     

中点箝位型三电平逆变器空间矢量与虚拟空间矢量的混合调制方法

中点电压偏移是中点箝位型(neutral point clamped,NPC)多电平逆变器的主要缺点。空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)由于算法本身的缺陷,在调制度较高且功率因数较低时,电容电压出现低频波动。虚拟空间矢量调制(virtual SVPWM, VSVPWM)方法能够在全范围内处理中点电压偏移问题,但存在开关次数较多,谐波特性较差的缺点。该文建立含电容电压的NPC三电平逆变器的PWM模型,讨论SVPWM和VSVPWM的约束条件。在特定的区域采用SVPWM,其他区域采用VSVPWM,给出了这2种调制策略的切换条件。实验结果表明,混合调制方法(hybrid PWM,HPWM)较之以前的解决方案能够更好的平衡电容电压,并且也能够有效的降低开关次数和提高逆变器输出的谐波特性。