多电平变流器系统可靠性建模与分析* .txt

摘要：多电平变流器因其良好的特性已被广泛应用于各种中、高压大功率的电能变换场合,其采用了比两电平变流器更多的功率开关器件,从理论上讲具有更高的故障率,但多电平变流器自身拥有大量的冗余状态和较高的控制自由度,当开关管存在故障时可通过释放冗余资源使多电平变流器实现容错运行,从而提高多电平变流器系统的可靠性。为了定量分析不同变流器拓扑的可靠性,首先采用故障物理可靠性建模方法建立功率开关管串/并联的可靠性模型,并基于该模型,建立单相三相两电平变流器的可靠性模型;综合考虑多电平变流器拓扑的自身冗余和容错能力对可靠性的影响,建立了三相多电平和新型混合多电平变流器的可靠性模型,并基于所建立的可靠性模型定量分析了不同变流器的可靠性;最后,对三相五电平混合T ANPC变流器进行了实验验证。结果表明,多电平变流器可通过容错运行实现带故障持续工作,从而有效提高系统可靠性。 .txt     

采用模块化多电平技术的静止无功补偿器故障容错分析

在已有级联H桥多电平逆变器容错保护方案的基础上,对基于模块化多电平技术的静止无功补偿器(STATCOM)进行故障容错分析,结果表明,通过在各桥臂串联冗余子模块,并采用合理的故障容错控制策略,可极大地提高无功补偿器运行的可靠性,具有一定的工程价值。     

永磁同步电机容错控制

电力电子器件因为本身的脆弱性造成逆变器经常发生故障,这些故障一旦发生,将会对整个系统的安全性和稳定性造成严重的影响。文中对永磁同步电机驱动故障系统进行容错拓扑重组,将故障系统拓扑成三相四开关系统,并通过直接转矩控制的实现使之继续容错运行。     

三相有源电力滤波器电流控制技术研究

电网常用的三相有源电力滤波器(APF)一般都是基于三相六开关拓扑,将三相六开关拓扑中一个桥臂上的2个开关用电容来替代便为三相四开关拓扑,三相四开关拓扑制定相应的控制策略可实现三相六开关APF的功能,一般作为三相六开关APF的一种较为经济的容错拓扑,来提高系统运行的可靠性。针对三相四开关APF控制策略的研究仍比较有限,该文研究了几种三相四开关APF的电流控制方法,并重点研究了基于dq同步旋转坐标系的直接电流控制策略,该控制策略不需要检测谐波电流,减少了所需传感器的数目并更易于利用DSP等数字芯片实现,同时避免了由于谐波检测的误差造成的补偿精度上的问题,通过将APF的数学模型转化到dq同步旋转坐标系下,利用PI控制器便可对电网输出电流的无静差跟踪控制。文中阐述了几种电流控制策略的原理,并建立了三相四开关APF的仿真模型,对基于dq坐标系的直接电流控制策略进行了仿真验证,证明该方法具有较好的动态特性和稳态特性。     

基于ZYNQ的变流器通用控制平台研究

提出一种基于ZYNQ可扩展处理平台的新型变流器控制系统方案,并使用Vivado开发软件进行软硬件协同设计。其中ARM完成变流器控制策略的实现,主要包括闭环控制算法、最大功率点跟踪、功率调节、通信等功能;FPGA完成A/D采样芯片控制、三相锁相环控制、SVPWM波形控制、PWM逻辑模拟控制等功能,并采用了基于WiFi透传模块的故障信息传输系统。在三电平光伏并网逆变器的实验表明:该控制器能够完成复杂控制算法的快速运算,并网运行性能可靠。     

基于容错策略的球形机器人控制系统

基于容错策略对具有高可靠性的一种球形机器人控制系统进行研究。根据球形机器人自主运动的任务要求将控制问题分解为8个局部控制器,并基于局部控制器的结构研制基于多传感器的球形机器人嵌入式控制系统。这些局部控制器相互之间存在通信和信息交互的能力,在任务分配和协作方面具有自主性。基于冗余容错控制技术设计球形机器人的冗余双备份伺服控制子系统,以提高控制系统的可靠性。其中,冗余双备份伺服控制子系统是由两个相同的备份模块组成的,通过故障检测、故障定位以及系统恢复实现容错功能,而且冗余结构能够根据故障情况进行重组。基于时间容错和信息容错的技术设计球形机器人的软件系统,并设计监控软件监视软件系统的运行状态。球形机器人的控制系统试验表明基于容错策略设计的球形机器人控制系统是可行的、有效的。     

面向数控系统的优化调度算法及容错策略研究

建立了混合关联任务集描述模型,并引入人工智能领域的启发式搜索算法,以实现该模型任务集的最佳优先调度.在此基础上,进一步提出了基于回卷恢复机制的容错调度策略,通过对瞬时故障的容错恢复,提高数控系统运行的可靠性.与传统实时容错调度算法相比,基于回卷恢复机制和最佳优先调度算法的容错策略,能很好地适用于混合关联任务集.同时,通过降低错误恢复所需的时间开销,有效地提高了系统的资源利用率.实例分析和算法模拟研究证明了该算法应用于数控系统的有效性.     

双通道开关磁阻发电机建模及故障仿真研究

针对双通道开关磁阻电机两个通道之间存在强烈电磁耦合从而导致系统缺相运行时相电流严重畸变的问题,设计了一种单通道容错控制方法。首先利用基于场路耦合有限元法的仿真软件JMAG构建了一个12/8双通道开关磁阻发电机的仿真模型;然后在理论分析总结得出系统的大部分故障将导致系统缺相运行的基础上,基于仿真模型仿真分析了系统正常运行状态和缺相运行状态时的发电性能;最后针对系统缺相运行状态提出了单通道容错控制方案,并通过仿真对该方案进行了验证。研究结果表明,该容错控制方案能够有效改善缺相故障下系统的输出性能,为该类发电系统的故障诊断和容错控制提供了依据。     

二极管箝位式三电平拓扑在双馈式风力发电系统中的应用研究

分析了双馈风力发电系统网侧变流器的特点,建立二极管箝位式三电平拓扑的网侧变流器的数学模型,依据数学模型研究双馈式风力发电系统网侧变流器控制策略,在MATLAB/simulink软件平台上搭建仿真模型,验证网侧变流器的整流功能和单位功率因数运行。同时针对电容中点不平衡问题提出了一种中点平衡控制算法,并进行仿真验证。     

一种新颖的三相逆变器解耦方法

在对三相逆变器系统的主电路拓扑结构进行了理论分析的基础上,根据三相逆变器的中点电压同逆变桥开关状态相对应这一特性,提出了一种正弦脉宽调制(SPWM)控制的新的四桥臂三相逆变器拓扑结构,该结构通过第4桥臂的多电平输出来控制三相逆变器中点电压,实现了逆变器三相电压的解耦控制.最后采用Matlab进行了仿真实验.实验结果表明,该方法易于实现带不平衡负载、非线性负载等多种情况.     

基于二阶陷波器的三相四开关永磁同步发电系统中性点直流偏置电压抑制研究

针对三相四开关低速永磁同步发电机驱动系统中存在的中性点直流偏置电压问题,对三相四开关变流器的过调制原理、中性点电压的组成进行了研究,分析得出了中性点电压存在直流偏置量和低频交流量,提出了一种基于二阶自适应陷波器的中性点直流偏置电压抑制策略。设计了采用二阶自适应陷波器的基于定子电流补偿的三相四开关机侧变流器中性点电压直流偏置抑制系统,利用基于DSP2808的低速永磁同步发电系统平台,对所设计系统进行了实验验证。实验结果表明:所提二阶陷波器提高了中性点电压控制环的响应速度,抑制了永磁同步发电机输出电磁转矩中的2倍频分量,实现了三相四开关永磁同步发电机驱动系统稳定运行。     

基于PSCAD的双馈风力发电系统低电压穿越仿真研究

针对双馈风力发电系统低电压穿越(LVRT)中定转子过电流问题,在电网低电压故障时选择主动式转子Crowbar保护电路旁路转子变流器限制转子变流器电流.基于PSCAD/EMTDC建立了双馈风力机组的仿真模型并在电网三相对称低电压故障下进行了仿真分析,仿真结果验证了主动式转子Crowbar保护电路实现LVRT的有效性.     

定量化故障对分析技术在空间相机软件开发中应用

为保证空间相机软件系统可靠安全地运行,多采用定量化故障树方法对其进行可靠性分析.由于获取故障知识及确定故障树结构有一定难度,提出了一种基于粗糙集的软件故障树建立方法.针对软件故障原因错综复杂,无法获取大量有效数据的情况,给出一种采用Vague集方法对底事件进行建模,从而计算底事件相对重要度和顶事件发生概率的定量分析方法,根据分析结果指导软件的可靠性设计并确定测试重点.实验结果表明:使用提出的故障树分析方法,有效地指导了设计人员通过容错差错和避错等设计措施提高系统的可靠性,解决了由于软件部件可靠性指标很难精确量化,无法进行定量分析的问题.     

基于IPM的三相SVPWM变流器实验平台

给出了三相SVPWM变流器的拓扑结构和旋转坐标系下的低频模型,分析了SVPWM变流器的工作原理,并基于其离散数学模型比较了电压定向的空间矢量控制和无差拍电流控制的工作性能。基于IPM和数字处理器TMS320F28335,介绍了系统的闭环控制和软硬件设计思想,实现全数字化SVPWM变流器实验平台的搭建。     

基于LM3108108K的交流电动机电流监测保护实验系统设计

采用和利时LM小型PLC LM3108K为核心,对实验室环境中小功率三相交流电动机进行电流监测保护实验系统设计。该实验系统配有磁粉制动器作为可调负载,结合相应低压开关器件,能够模拟小功率三相交流电动机在运行中发生过载故障状态;系统基于三相工作电流的实时检测,提供8位LED模块进行参数显示;当模拟故障发生时,LM3108K能控制小功率三相交流电动机及时断电。系统取得了良好的实验演示效果,人机交互简单友好。     

AFFSFT电机单相故障容错控制方法

以新型AFFSFT电机为容错控制对象,针对该电机的单相故障设计了三相四桥臂的逆变器容错拓扑,详细论证了SVPWM容错控制算法的可行性,并基于AFFSFT电机的特殊结构,提出了励磁绕组辅助容错,以及特定转速区间降速运行的容错控制策略。在仿真测试的基础上,设计实验平台进行了控制实验验证,验证了该容错控制策略的可行性。     

基于半马尔可夫模型的民用机载容错系统可靠性分析

基于容错技术设计的民用机载系统可以达到高可靠性,而采用了大量的冗余配置及重构技术,使得该可靠性模型往往变得相当复杂。传统的故障树分析方法已经不适用。利用半马尔可夫过程理论对基于容错技术设计的机载系统进行可靠性建模,并对系统可靠性模型进行必要的化简,可以减少许多计算量并使该模型更加符合实际使用要求。     

高速列车牵引变流器的故障机制及可靠性模型

以高速列车牵引变流器为对象,研究其故障机制和可靠性模型。分析了高速列车牵引变流器的组成及各部件的故障机制,建立了变流器的故障树。在此基础上,研究了牵引变流器的可靠性串联模型,进而应用马尔可夫过程分析方法建立了高速列车牵引变流器的马尔可夫模型。利用所建模型推导出牵引变流器的稳态可用度、系统维修系数和系统故障前平均工作时间等可靠性参数,采用Matlab／Simulink软件平台进行建模仿真。结果表明,该模型能有效估计系统可靠性参数,为高速列车牵引变流器的可靠性设计与预测提供了参考依据。     

定量化故障树分析技术在空间相机软件开发中的应用

为保证空间相机软件系统可靠安全地运行,采用定量化故障树方法对其进行可靠性分析。由于故障知识获取及故障树结构确定困难,提出了一种基于粗糙集的软件故障树建立方法。针对软件故障原因错综复杂,无法获取大量有效数据的情况,给出一种采用vague集方法对底事件进行建模,从而计算底事件相对重要度和顶事件发生概率的定量分析方法。根据分析结果指导软件的可靠性设计并确定测试重点。实验结果表明：使用提出的故障树分析方法,有效地指导了设计人员通过容错差错和避错等设计措施提高系统的可靠性。本方法解决了由于软件部件可靠性指标很难精确量化,无法进行定量分析的问题,使得空间相机的软件可靠性可以定量分析。     

基于PLC的泥沙输送实验平台冗余控制系统

为了解决泥沙输送实验平台控制系统可靠性不高的问题,采用硬冗余技术,以西门子400H PLC为控制核心,分别在CPU、通信网络和上位机等方面进行了冗余设计,并进行了组态和编程实现,建立了具有冗余和容错功能的泥沙输送实验台控制系统。同时,通过USS通信协议,实现了315 k W西门子MIDIMASTER系列变频器的控制和参数采集,并利用Y-Link组件将其融入到冗余系统中,降低了大功率变频器对控制系统的干扰,丰富了采集参数。实验结果表明,冗余控制系统具有很高的容错性能,可以有效避免因宕机、通信中断或CPU报错等故障所造成的实验平台失控现象,从而大大提高了实验平台的控制可靠性。