一种基于深度神经网络的直流充电桩故障诊断方法

针对直流充电桩故障多发的现状,提出一种基于深度神经网络的直流充电桩故障诊断方法,利用对整流器输出电压的监测实现充电桩故障实时诊断.利用电路仿真软件对直接电流控制系统、同步PI电流控制和一种旋转坐标系解耦控制等典型的控制策略在正常运行、功率器件故障、控制元件故障等运行状态下进行仿真,得到了720组输出电压波形数据.将这些输出电压波形数据作为数据输入对深度神经网络进行训练,得出了基于数据指针向量的故障诊断判据.结果 表明,该方法可正确实现直流充电桩的故障诊断,模型的计算误差满足要求.     

基于WPT和SSA-BP的直流充电桩充电模块故障诊断

充电模块是电动汽车直流充电桩最为关键的部分,针对其功率开关和电解电容等核心器件的开路故障特点,提出了一种基于小波包变换（wavelet packet transform,WPT）和麻雀搜索算法优化反向传播神经网络（sparrow search algorithm-back propagation,SSA-BP）的故障诊断方法。该方法以充电模块输出电压为原始信号,首先通过预处理剔除其直流分量,对处理后的信号进行小波包分解,然后计算出各子频带信号的能量,通过归一化得到初始特征向量,最后将直流分量和归一化后的特征向量作为最终故障特征量输入到SSA-BP神经网络,进而输出分类结果实现故障诊断。为验证方法的可行性和优越性,搭建了输出功率15 kW的两级仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。实验结果表明该方法具有较好的诊断效果,诊断率达到93.85%,对电动汽车直流充电桩故障诊断具有现实指导意义。     

一种PWM整流器IGBT开路故障诊断方法

以三相电压型PWM整流器为研究对象,研究了在主回路IGBT开关管发生开路故障后整流器的故障特征,通过比较正常和故障工作方式下门极信号和交流侧线电压的变化情况,建立故障特征向量,由此提出了依靠检测门极信号和交流侧线电压在功率器件发生开路故障后的变化作为诊断策略的方法,经仿真验证,该方法能准确地诊断和定位出发生故障的功率开关器件,并对于单管故障和多管同时故障的检测都有显著的效果。     

开关磁阻起动/发电系统功率变换器故障诊断仿真研究

针对开关磁阻起动/发电系统中不对称半桥功率变换拓扑,对功率开关管故障进行研究。基于角度位置控制方法,分析发电状态下单相开关管开路及短路故障时各相及母线电流的变化规律。结合三相开关管驱动信号及相电流,定义励磁及续流母线电流逻辑表达式,并以此作为参考值来实现在线故障诊断。最后搭建输出电压闭环有限元仿真平台对故障状态进行模拟,验证了该方法的可行性。     

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。     

降低不平衡电网下PWM整流器开关频率的顺序模型预测直接功率控制方法

在中高压大功率PWM整流器中,降低整流器功率器件的开关频率能够显著降低系统工作过程中的功率损耗,然而低开关频率运行将导致整流器网侧电流畸变率升高,电能质量下降,在电网电压不平衡时这种现象更为突出。针对上述问题,提出一种基于顺序模型预测控制的低开关频率运行方法。该方法结合瞬时功率补偿策略,通过对不平衡电网条件下整流器的功率分析获得功率参考值,采用顺序模型预测控制思想,设计双评价函数在降低整流器开关频率的同时降低了网侧电流畸变率,减小了有功功率波动。该方法可以在两相静止坐标系下实现,结构简单,计算量小,且取消了传统模型预测控制中的权重因子。仿真和实验结果验证了理论研究和所提方法的有效性和可行性。     

开绕组无刷双馈发电机系统变流器故障诊断

功率开关器件开路是风力发电系统中的常见故障。本文对基于直接功率控制策略的开绕组无刷双馈发电机(OW-BDFG)系统中双两电平变流器功率开关器件的开路故障诊断方法进行研究。详细分析了双两电平变流器单相开路故障类型,以单个变流器单相故障、两个变流器均单相故障为例,将正常运行与故障后的控制绕组相电压进行对比分析,实现故障诊断和故障类型辨别。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

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。     

基于电压和电流特征的双馈风电变流器功率器件开路故障综合诊断

变流器功率器件开路故障监测与识别对提高双馈风电系统智能运维至关重要.针对现有基于变流器电压或电流单一特征以及固定阈值的方法难以同时实现功率器件故障诊断监测与识别问题,该文提出一种基于变流器直流母线电压的故障监测与基于转子电流故障识别的综合诊断方法.首先,理论分析变流器功率器件开路故障对直流母线电压的影响,基于累积和(CUSUM)算法,提出基于直流母线电压特征的故障监测方法;其次,针对转子输出电流非平稳特性和阈值固定问题,提出基于归一化输出电流平均值和绝对平均值为故障特征量及自适应阈值的故障识别方法;最后,仿真模拟不同功率器件先后开路,验证所提方法的有效性,以风速随机及电网电压跌落为场景验证所提方法的鲁棒性.同时,以功率器件典型开路故障实验数据验证仿真分析的准确性.仿真与实验结果表明,所提方法能准确实现变流器功率器件开路故障诊断.     

串联混合动力电动汽车交直流变换器的故障仿真分析及诊断

交直流变换器是串联式混合动力汽车(Series Hybrid Electric Vehicles,SHEV)电气驱动系统中实现功率变换以及调速调频的核心装置,由于存在大量功率器件,导致其容易发生各种故障,且受功率以及外界环境等各种因素影响导致故障信号特征提取困难,故障诊断难以准确定位故障发生位置。文中主要针对功率器件发生断路故障问题,基于建立的SHEV电气系统的交直流变换器仿真模型,选择直流侧母线输出电流为特征量,并且充分考虑功率器件的位置,对功率器件开路故障类型进行详细分类,然后对各种故障下直流侧母线输出电流的特性进行分析。利用快速傅里叶变换将故障信号分解到不同的频率段,通过分析比较选取30k Hz(k=1,2,3…)频率段信号为故障诊断特征向量,再结合基于遗传算法的BP神经网络实现故障类型识别。仿真结果表明,这种方法可对交直流变换器的开路故障进行有效诊断和识别,预测结果误差非常小,具有计算简便,准确性高的优点。     

基于瞬时频率的电压源变流器开路故障检测方法研究

针对电压源变流器中功率器件的开路故障问题,通过分析变流器三相电流的固有模态分量特征,提出了一种基于瞬时频率的变流器开路故障检测方法。首先采用经验模态分解理论获取三相交流电流中的开关模态分量。然后通过希尔伯特变换得到开关模态分量的瞬时频率,利用开路故障前后开关模态分量瞬时频率特征变化对功率器件的开路故障进行检测。最后在PSCAD/EMTDC中搭建柔性直流互联系统仿真模型进行了验证。仿真结果表明,利用开关模态分量瞬时频率特征能够在几个开关周期内快速地检测出单个或多个故障功率管,而且在功率调整和潮流反转时具有较好的动态检测性能。     

基于模型预测的三相PWM整流器直接功率控制

针对三相PWM整流器传统直接功率控制(DPC)引起的开关频率不固定、网侧电流谐波分量高、系统调节时间长等问题的分析,提出了一种基于模型预测(P-DPC)的三相PWM整流器直接功率控制方法。该方法将模型预测理论与二阶拉格朗日插值法相结合,对下一个采样周期的有功功率和无功功率变化进行预测,完成对下一个周期开始时功率给定值的跟踪控制,并采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)产生PWM信号驱动整流器功率开关,实现固定的开关频率。仿真结果表明,该方法具有良好的动态和稳态性能,有效降低了交流侧电流总谐波失真(THD),提高了交流侧功率因数。     

基于开关状态的三电平 NPC 整流器开路故障诊断

为了降低三电平中点钳位型(NPC)整流器故障诊断算法的复杂度和成本,本文提出基于开关状态的开关开路故障诊断 方法。 首先,选取某些开关状态在半个电流周期的累计值作为诊断变量,并结合自适应阈值及电流相位实现故障桥臂的检测。 其次,执行基于无功电流注入的外开关故障容错控制并对阈值进行更新。 最后,在容错期间基于诊断变量的变化情况,实现故 障开关的定位。 所提出的方法能够同时实现单和双开关开路故障诊断,而无需额外的传感器以及复杂的计算和诊断规则,具有 实现简单和成本低的优点。 实验结果验证了所提出方法的有效性和鲁棒性。     

基于输出电压轨迹的三相逆变器开关管开路故障诊断

开关管开路故障会让功率变换器的输出电压与电流产生严重畸变,因而降低了变换器输出的电能质量。开路故障出现后其余功率开关器件的损耗可能增加,所以容易在电路中引发二次故障。文中提出一种针对三相逆变器开关管开路故障的故障诊断方法。故障类型与故障器件的辨识通过分析三相逆变器在αβ平面上的输出电压轨迹实现,仅需要测量滤波后的输出线电压。所提出的方法易于实现,可以诊断三相逆变器的所有开关管开路故障情况。最后,通过仿真和实验验证所提出方法的可行性和准确性。     

小型固态变压器状态监测及单管开路故障诊断数字孪生方法

固态变压器作为能源路由器的重要实现形式，在交直流配电网、微电网的能量分配与控制等方面具有广阔应用前景。为提高固态变压器运行稳定性，克服固态变压器“多器件”状态监测及“多开关”开路故障定位难题，利用数字孪生的高保真性与互操作性，提出小型固态变压器状态监测及单管开路故障诊断数字孪生方法。该方法利用电磁暂态程序构建可运行开路故障工况的数字孪生体；结合实物系统采集数据，利用量子遗传算法实现数字孪生体关键器件参数同步及状态监测；对比数字孪生体与实物系统的电气量，提出单管开路故障诊断算法，实现开关器件晶体管、反并联二极管开路故障精准定位。算例仿真结果表明，所提出方法可实现器件精准状态监测及快速开路故障诊断。     

基于深度置信网络的双馈风机变换器开路故障诊断

双馈风机的定子与电网直接连接,转子通过转子侧变换器和网侧变换器与电网进行功率交换。变换器的电力电子开关容易发生开路故障,影响双馈风机的安全稳定运行。文中针对双馈风机常见的变换器开路故障,提出一种基于深度置信网络的故障诊断方法。首先分析了双馈风机在转子侧变换器和网侧变换器的单个和双个开关管故障下的输出响应。基于双馈风机的变换器开路故障数据,构造多层受限玻尔兹曼机结构,充分利用深度置信网络优异的模式识别能力,深度提取不同故障条件和运行工况下转子电流和网侧电流的信号特征,提高算法准确度。仿真结果表明,该故障诊断方法能够准确识别单开关和双开关的多类型复杂故障。     

PWM整流器主回路开关器件故障诊断

提出一种针对三相电压型PWM整流器主回路开关器件IGBT和续流二极管开路故障的新的诊断方法。通过分析,当某相IGBT或续流二极管开路时,其网侧电流会发生相应缺失,进而推出三相网侧电流正负半波功率减小。对三相电流正、负半波功率进行归一化处理得到Cmx作为定位开路故障所在相的特征值,随后利用故障相电流1/4周期功率差dxn来进一步区分IGBT和续流二极管的开路,仿真实验证明该方法可靠性高,除轻载状况下不受负载突变影响,且适用于部分双管开路。     

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。     

基于电流相角的三相整流器开路故障诊断方法

分析了三相桥式脉宽调制(PWM)整流器的开关管单管和多管开路故障现象,包括对应相电流部分变零和直流侧电压脉动,讨论了多管开路故障和系统参数对电流为零区域的影响。在此基础上提出一种基于网侧电流相角的开关管开路故障诊断方法,给出具体实现和参数选取方法。该方法对单管和多管同时开路故障均能实现有效检测和定位,算法简单,无需增加硬件电路,对瞬变状态鲁棒性高。最后通过实验验证了其有效性。