基于波形相似的变频器网侧模块状态评估

针对风力发电机组网侧变频器绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块故障率高,但能够很好地直接反映器件运行状态并对状态进行评估的监测参量,例如集射极导通饱和电压与结温难以在工程中测量,导致无法精确获取网侧变频器IGBT模块运行状态的问题,此处提出基于波形相似度计算模型的变频器网侧模块评估方法,利用动态规整算法建立了相似度计算模型,计算待分析波形与基准波形之间的最小规整距离,进而计算得到两者的相似度,并对相似度数值进行分类,最终实现网侧变频器运行状态判断。通过仿真与实验证明该算法模型能够明显区分正常波形与异常波形,可为网侧变频器IGBT模块的故障诊断提供辅助。     

动态时间规整算法诊断高压断路器故障

为诊断与分析高压断路器的故障,采用动态时间规整算法(DTW),该算法利用高压断路器振动波形具有重复性和独特性的特点,通过比较待测波形与参考波形时间特征量相似度的大小获得诊断结果。该算法只需一组健康数据作为基准参考数据,不但可诊断出高压断路器是否异常,还可确定某一时段对应动作事件的状态。用MATLAB编写动态时间规整算法程序,以试验实测波形为例,对断路器振动波形进行仿真分析,其结果与实际一致,验证了该算法应用于断路器故障诊断的有效性。     

基于聚类分类算法的IGBT健康状态分类研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是功率变流器中最常用,也是故障率最高的元器件,因此其健康状态分类评估极为重要.文中基于聚类分类算法建立了IGBT模块的健康状态分类评估模型.首先根据聚类分类原理,简述了IGBT模块状态分类模型建立的步骤.然后以饱和压降和短路电流作为老化特征量,分析了老化过程特征量的变化趋势.最后搭建了IGBT模块健康状态分类评估模型,基于已有的数据集对模型进行了检测,模型分析结果与测试结果基本一致,验证了健康状态分类评估模型的准确性.     

双馈风电变流器IGBT模块功率循环能力评估

为准确评估不同风况下双馈风电机组变流器的可靠性水平,提出一种机侧变流器IGBT模块的功率循环能力评估方法,并研究了风速对功率循环能力的影响。基于器件失效模型,建立机侧变流器IGBT模块的平均失效时间(MTTF)计算模型。结合变流器实时运行参数,建立机侧变流器IGBT模块结温计算模型,并分析湍流风速对结温波动的影响,进而提出基于雨流算法提取随机结温波动信息。根据提取的随机结温波动信息,结合风速统计特性,提出机侧变流器IGBT模块功率循环能力评估模型。最后,以某1.5 MW双馈风电机组机侧变流器IGBT模块为例,分析年平均风速及湍流强度对其功率循环能力的影响。分析结果表明:该变流器IGBT模块的MTTF其随着年平均风速及湍流强度的增大而减小;相比传统评估模型,所建立的评估模型更准确。     

基于改进动态时间规整算法的终端波形比对方法

为深入挖掘配电终端录波性能分析，提出了一种用于一二次深度融合设备检测终端录波平台的改进型动态时间规整算法。通过分帧及加窗完成对波形的预处理，计算源信号波形与受噪声干扰的终端录波波形的短时能熵比；将两组波形的短时能熵比序列作为输入测试向量，利用DTW对两个波形的能熵比序列进行路径规划并求解相似度；计算两组短时能熵比序列的公共子串长度定义优化匹配系数，修正波形相似度。实验仿真和实测数据分析结果表明，结合能熵比与公共子串的DTW算法提升了算法的计算效率和准确率。实验证明该方法能为配电终端的录波性能评估提供数据支撑。     

永磁直驱系统变流器开路故障诊断方法

永磁直驱系统变流器的开路故障会严重影响系统的运行特性。为了提高系统可靠性,要求系统能够及时检测到故障的发生并准确判断出故障器件的所在位置。本文根据故障时电流的变化特性,提出了变流器单个器件开路故障的诊断方法。该方法通过电流Park矢量相位角的变化检测故障的发生,并依据故障后机侧平均电流的Park矢量相位角所在区间和网侧各相电流的正负确定故障器件的所在位置。仿真和实验结果证明所提方法准确、可靠,且对负载突变、电网电压跌落等干扰具有鲁棒性。     

双馈风电机组变流器IGBT结温计算与稳态分析

针对双馈风电机组机侧变流器长期处于低频下运行导致故障率高的机理问题,提出其功率器件绝缘栅型双极性晶体管(IGBT)结温准确计算方法及其变化规律的研究。首先基于不同损耗分析方法,结合IGBT热网络,建立了IGBT结温计算模型,并对一个实际IGBT在不同结温计算方法下的稳态结温进行比较。其次,结合双馈风电机组运行特性,分别建立其全范围工况下机侧变流器IGBT的结温计算模型。最后,分析了双馈风电机组在不同风速下机侧变流器IGBT稳态结温变化规律及其影响因素。结果表明,基于开关周期损耗的结温计算方法更适合较低频率运行下IGBT结温的准确计算;双馈风电用机侧变流器IGBT稳态结温波动幅值随变流器输出频率的降低而增大。     

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RTDS小步长算法的并网双馈风力发电系统故障仿真研究

为研究并网双馈风力发电系统故障实时运行特性,根据双馈风力发电机并网动态数学模型,在实时数字仿真平台(real time data simulator,RTDS)上搭建基于小步长元件的2 MW双馈式风力发电系统的仿真模型,其"背靠背"变流器采用经典的矢量控制策略。在风力发电系统并网母线故障情况下,分别对风机机械功率与发电机电磁功率的运行特性和背靠背变流器两侧功率及电压等变化情况进行仿真研究。仿真结果表明,故障时基于小步长算法的双馈风力发电系统具有良好的动态性能,同时验证所采用控制策略的有效性。     

计及疲劳损伤的多时间尺度风电变流器IGBT可靠性评估

现有的风电变流器中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性评估方法在计及疲劳损伤时无法兼顾计算效率与准确度,为此提出了一种多时间尺度可靠性评估算法.首先,基于监测控制和数据采集(SCADA)数据建立风速的威布尔概率分布模型,依据风电变流器拓扑结构推导IGBT模块的电热耦合模型,并引入了常用的寿命预测模型;其次,对风电变流器...     

开绕组永磁同步发电机的容错控制

为实现开绕组永磁同步发电机(PMSG)在变流器故障下的容错运行,本文通过分析开绕组PMSG系统变流器存在的故障类型,建立容错故障状态下开绕组PMSG的数学模型,通过研究不同故障状态下两个变流器的电压矢量分布,给出了开绕组PMSG变流器容错运行所需的电压空间矢量分配机制,进而提出每种故障状态下的开绕组PMSG控制策略。最后通过搭建的开绕组永磁电机实验平台,验证了所提出容错运行方案的可行性。     

风力发电系统变流器故障诊断

针对风力发电系统运行过程中变流器一个或两个开关器件发生开路故障的情况,从逆变器PWM矢量控制出发,对不同的开路故障进行分析,得到故障情况下电流控制空间矢量图。考虑到故障情况下零点漂移、感应发电机的非线性性以及风力发电系统的强耦合性,对故障下的电流波形分析并提取故障特征,搭建以电流空间矢量特征函数作为输入的神经网络故障诊断模型,对逆变器21种可能的开路故障进行故障诊断和定位。仿真结果表明该方法运行速度快、诊断精度高。     

基于设备状态评价的配电网动态可靠性评估

在传统的配电网可靠性评估中,通常以设备故障历史统计结果为基础进行计算,无法体现设备状态的动态变化情况,难以支撑实时可靠性分析,为此,该文提出了一种基于设备状态评价模型的配电网动态可靠性评估方法。首先,依据现有城市配电网故障记录,分析确定配电网设备故障因素;其次,将以历史统计结果得到的配电网设备基准故障率与配电网运行设备状态相结合,得到考虑配电网设备运行年限、运行状态以及运行环境因素等实际状态的故障率模型;再次,提出了基于状态评价模型的配电网可靠性评估方法,该方法可实现配电网的动态可靠性评估,同时可挖掘出配电网的薄弱环节;最后,通过算例分析验证了方法的有效性。     

IGCT三电平变流器故障识别及状态监测方法

针对以IGCT为核心的中压三电平变流器短路故障保护以及运行过程中主回路器件参数变化监测的问题，提出一种同时实现IGCT三电平变流器故障识别及主回路运行状态监测方法。通过硬件电路检测其电感后端的电压波形并结合器件开关状态来预判是否发生短路故障，筛选电压波形数据中峰值电压与峰值电压时间作为特征值，推导主回路电气参数与峰值电压、峰值电压时间关系，形成对应数据训练神经网络权重构建数值拟合观测器，将实时采样波形数据输入数值拟合观测器在线辨识变流器主回路参数，实现当器件因虚焊、老化、发热等异常原因导致参数变化时予以报警提示。     

基于CNN的Buck-Boost变流器开路故障诊断

针对三电平Buck-Boost变流器开关管与续流二极管开路故障特征耦合问题,根据功率器件开路故障前后的时频特征变化,提出一种基于一维卷积神经网络(1D-CNN)的功率器件开路故障检测方法。首先,采用变分模态分解(VMD)算法计算开关模态分量瞬时频率特征,构建变流器输入电流、瞬时频率和电容电压差的特征组合。然后,建立1D-CNN模型并通过Matlab/Simulink仿真数据进行训练。最后,在半实物硬件在环测试平台进行实验验证。实验结果表明,功率器件开路故障会使运行电流瞬时频率发生二倍频突变,通过时频特征数据驱动方法能够准确检测IGBT与续流二极管的开路故障,准确率大于98%,而且时频特征组合具有更高的准确率和工况鲁棒性。     

风电变流器IGBT模块损耗及结温的计算与分析

针对双馈风电变流器IGBT模块在交变热应力的长期作用下导致故障频发的问题,提出其损耗与结温的准确计算模型及不同工况下两者变化规律的研究。首先,建立了机侧及网侧变流器在整流或逆变模式下IGBT模块损耗及结温的计算模型;其次,对机组在不同运行工况下,其损耗和稳态结温进行分析。结果表明,随风速的增大,机侧与网侧变流器IGBT模块的损耗变化规律不同;机侧变流器IGBT模块的结温波动剧烈,尤其是在同步风速附近区域。     

基于电热耦合模型的风电变流器IGBT结温特性研究

随着我国新能源电力的规模化开发,新能源发电系统(包括风电、光伏、生物质能、海浪等)装机容量不断增长,对新能源变流器的容量、效率和可靠性的要求也越来越高。研究风电变流器IGBT的结温有助于研究变流器的可靠性,为新能源安全运行提供了支持。目前,针对IGBT结温的计算主要是基于数据手册,损耗计算采用了热路模型或者场的方法,并且忽略了恶劣的运行环境以及IGBT不同工况故障带来的影响。针对其在不同运行工况下的结温特性问题,建立了IGBT功率模块的电热耦合模型,分析了在SPWM控制策略下IGBT功率模块结温特性的变化规律。仿真结果表明,在电网遇到的三相故障短路问题、开路问题以及高海拔地区风机恶劣的运行环境影响下,对IGBT的结温都会有很大的影响。     

基于设备故障假设和分层流模型的电网智能报警方法研究

电网非正常运行情况下在短时间内会产生大量的报警信息,快速、准确、全面地对这些信息进行处理对调度员辅助决策具有重要意义。设备故障是引起电网扰动或故障的根本原因,基于此,提出一种新的智能报警方法。首先对设备进行状态评估,通过计算历史运行风险、评价健康状态,获取合理排序的假设故障设备集合。然后,建立电网的MFM模型,用该模型进行假设验证,通过比较相似度得到判断结果。最后通过IEEE标准9节点系统的仿真模拟,初步验证了该方法的准确性和时效性,为工程中的实际应用提供了良好借鉴。     

考虑燃煤机组健康度与负荷转移的连锁故障供防控策略

随着能源互联网的发展,大规模间歇性新能源并网为电网运行带来挑战,增加了火电的调峰压力,对燃煤机组运行要求也越来越高。设计了对燃煤机组运行状态进行衡量的机组健康度指标,并在此基础上提出了基于发电机侧的结合预防和阻断的连锁故障防控策略。首先,提出用于评估燃煤机组运行状态的机组健康度指标。基于该指标构建协调系统风险和调度成本的多目标规划模型,采用NSGA-Ⅱ算法计算多目标模型下机组健康度阈值的Pareto前沿,再通过熵权决策法对解集进行评估确定最优阈值。其次,通过比较机组健康度与最优健康度阈值,判断预防阶段或阻断阶段的燃煤机组是否符合负荷转移条件。最后,提出基于燃煤机组健康度的预防控制和阻断控制两种控制策略下的机组负荷调整方案,并以IEEE39系统作为算例进行仿真验证。结果表明,该控制策略能有效地实现电网安全可靠地调度,规避连锁故障的发生。     

基于自适应FNN和DTMC的MOA在线故障诊断与评估方法

现阶段一般采用离线停电试验方法对氧化锌避雷器(metal oxide arrester, MOA)进行故障判断和运行评估,影响了供电可靠性。为此,基于自适应模糊神经网络(fuzzy neural network, FNN)和离散时间马尔科夫链(discrete-time Markov chain, DTMC),提出MOA在线故障诊断与状态评估方法。首先提取与MOA运行状态相关的指标参数,通过自适应FNN学习运行状态特征指标,并且自适应动态调整隶属度函数。然后基于DTMC,考虑不同时刻运行状态特征数据,计算MOA故障类型与运行状态评估概率值。最后进行实时数据仿真以及多组历史数据仿真试验,结果准确率均在90%以上,验证了所提算法的合理性和可靠性。