开关磁阻电机功率变换器故障在线诊断方法研究

针对开关磁阻电机调速系统功率器件故障的在线诊断问题,以不对称半桥功率变换器为研究对象,提出一种基于直流分量、谱比特征值和转速脉动特征值的功率管故障在线诊断方法.根据功率变换器发生开路故障后相电流频谱中直流分量趋于零、发生短路故障后直流分量急剧增大的特点,在利用相对谱比系数判断短路故障的基础上对其计算方法进行改进,提出了谱比特征值的概念,并将直流分量的幅值与谱比特征值用于检测故障类型,避免了大量运算对在线检测的不利影响.另外,根据同一相中位置管和斩波管发生短路故障后电机转速脉动大小不同的特点,提出将故障前后转速脉动系数的比值作为转速脉动特征值,并根据转速脉动特征值的变化定位故障功率管.所提出的方法可以快速检测故障类型、故障相并定位故障功率管,解决了目前开关磁阻电机功率变换器故障在线检测方法存在的响应时间长、运算量大、不能定位故障功率管等缺点.最后通过实验,验证了该方法的可行性和有效性.     

模块化DC-DC变换器系统的故障诊断及容错控制

近年来模块化DC-DC变换器系统被广泛应用于各类功率变换场合,其可靠性也受到越来越多的关注。功率开关管是电力电子变换器中最脆弱的一环,基于此,给出了一套适用于模块化DCDC变换器系统中开关管故障的诊断及容错策略,以保证系统的持续可靠运行。该策略选择磁性元件电压作为诊断依据,基于磁性元件电压与开关管驱动信号的时序特征进行故障检测,可在一个开关周期内识别故障。磁性元件电压可以通过集成到磁芯上的辅助绕组来实时获取,无需额外传感器。得到故障信息后,容错方案可使得故障模块被立刻隔离,同时迅速投入冗余模块,以保证系统正常工作。容错过程中合理的时序控制保证了快速平滑的动态投切。实验结果验证了故障诊断与容错方案的有效性。     

双凸极电机全桥变换器单相开路故障容错方案

电机驱动系统中变换器是最薄弱、故障出现率最高的环节,故障后电机运行在非平衡状态,长时间工作将导致电机损坏,使整个系统丧失工作能力。因此对驱动系统变换器故障的检测、诊断是提高系统可靠性,实现容错运行的关键。该文对电励磁双凸极电机驱动系统的全桥变换器单相故障进行了分析,对各种故障状态进行了分类;通过将故障桥臂切除,重构系统变换器,使驱动系统能够故障后容错运行,并能够维持系统的输出特性。实验验证了该容错方案能够实现驱动系统从故障状态到容错运行的平滑、可靠切换,有效提高了系统的可靠性。     

双向AC/DC容错变换器模型预测直接功率控制

双向交直流变换器的故障容错运行能力可有效提高其可靠性。综合考虑双向变换器直流侧电压调节及变换器容错运行控制,本文提出一种双有源桥(DAB)级联容错三相四开关变换器(FSTP)的两级式结构及其四矢量下的模型预测功率控制策略。当变换器桥臂发生故障时,前级DAB结构可提高直流电压,后级FSTP结构能够保证变换器的可持续容错连续运行。与传统无容错变换器方案相比,本文所设计的结构及控制方法能够升高直流电压且具有故障容错运行能力,保证双向交直流变换器在桥臂故障下能够持续可靠运行。通过与传统无容错变换器的仿真及实验对比,验证了本文所设计的结构及控制策略的有效性和可靠性。     

ANPC三电平变换器开路故障容错控制研究

在工业应用中,功率变换器的可靠性和容错能力越来越受到重视。针对有源中点箝位(ANPC)三电平变换器拓扑结构的特点,分别提出在单功率器件和多功率器件开路故障下的容错控制策略。在分析ANPC三电平变换器发生功率器件开路故障时电流流通路径变化的基础上,通过修改功率器件的开关状态和开关顺序,可使变换器在故障后仍保持中点电压平衡和对称的三相输出。同时分析了不同组合下多器件开路故障后的容错能力,并提出相应的容错控制策略。实验结果表明所提控制策略的正确性和优越性。     

电励磁双凸极发电机励磁故障容错控制策略

在一些高可靠性场合中,发电机系统的可靠性技术研究非常关键,容错控制可以有效提高发电机系统的可靠性。电励磁双凸极发电机(doubly salient electro-magnetic generator,DSEG)是一种高可靠性的新型无刷直流发电机,针对这种电机一些故障类型的容错控制已有一些研究成果,但对其励磁故障容错控制却鲜见报道。介绍DSEG发电系统,并在此基础上分析了发电系统的励磁故障。分析发电系统在励磁故障下实现容错发电的基本原理与容错型功率变换器的选取原则。针对DSEG发电系统的励磁故障,提出一种基于四桥臂变换器的新型六拍容错发电控制方法,可以使DSEG在失去励磁绕组电流的情况下容错运行。构建容错发电系统实验平台并进行实验,验证了所提方法的可行性。     

并网变换器电流重构模型预测容错控制

当传统并网变换器发生桥臂故障时,通过连接故障相到直流侧电容中点,重构为三相四开关容错运行结构.针对三相四开关容错变换器的交流电流传感器故障问题,提出了一种基于电流重构的模型预测功率控制方法.首先,利用采样的直流电流和正常交流传感器信息,并根据变换器电压矢量与电流关系重新构造出三相电流.其次,建立容错变换器功率预测模型,...     

SRM容错型功率变换器设计与控制

针对功率变换器在整个开关磁阻电机(SRM)驱动系统(SRD)中容易发生故障的问题,此处提出了一种新型的基于三相四桥臂容错型功率变换器,使电机在开关管开路和短路故障下也能全功率运行。首先,为了便于分析所处工作模态,根据电感位置曲线将转子位置划分为6个位置区域,并对其中的两个位置区域的工作模态进行讨论分析;其次,针对所提功率变换器,提出相应的实时故障诊断策略和重构容错拓扑的控制方法;最后通过搭建的仿真模型和实验样机验证了所提功率变换器的可行性和容错能力。     

矫正开关函数提高AC-AC矩阵变换器的可靠性

提出一种矫正开关函数的容错控制技术,以降低AC-AC矩阵变换器断相时的故障发生率,提高变换器的可靠性.通过较详细的数学分析断相故障发生后,用合适的输入电压序列的对称与非对称模式矩阵的构建合成新的开关函数矩阵,进一步合成故障情况下所需的输出波形,使矩阵变换器在缺相时依然能继续运行.仿真与实验结果验证该容错方案的可行性.     

飞跨电容三电平变换器开关器件故障检测技术

功率开关器件的故障检测能使多电平变换器及时进入容错运行模式,保证变换器在故障情况下仍能运行,提高变换器的可靠性.为此,提出了一种用于识别和定位飞跨电容三电平DC-DC buck变换器中功率开关器件故障的新技术,通过在线使用AD模数转换法来分析磁分量电压(电感电压)和开关函数,根据不同故障下对应不同的电感电压来确定故障类型,以及对比故障前后时刻的开关函数来确定故障位置.本方法使用互感器替代原有的传感器,降低成本的同时可提高变换器的功率密度.通过三电平飞跨电容buck变换器FCBC(flyingcapacitor buck converter)拓扑的仿真和实验结果验证了以上提出的概念.     

基于GPR的变工况下闭环SEPIC的故障预测

变工况下闭环单端初级电感变换器(SEPIC)系统级的故障预测,不仅受故障模式的影响,还受工况变化的影响。针对此问题,采用了一种新颖的变工况下闭环SEPIC变换器系统级故障特征参数(S-FCP)的提取方法,并提出了一种基于高斯过程回归(GPR)对S-FCP退化状态预测的方法。首先,研究了在不同工况下闭环SEPIC变换器关键元件的退化对系统级参数的影响。其次,选取对关键元件退化敏感且退化趋势有规律的系统级参数作为闭环SEPIC变换器的S-FCP,并利用多元最小二乘回归得到额定工况下的S-FCP。最后,基于GPR对S-FCP进行故障预测,实现变工况下闭环SEPIC变换器的故障预测。实验结果证明了该S-FCP提取方法和预测框架的可行性。     

起动过程中变频机转子断条故障诊断方法仿真研究

在变频机组的常见故障中,转子断条故障是变频机常见故障之一,严重时会造成重大的经济损失和恶劣的社会影响.转子断条故障会在定子电流中产生故障特征频率分量,在起动过程中,此特征频率分量不易被工频分量淹没,有利于提取.利用Matlab建立变频机转子故障模型,利用小波脊线对定子电流分析并提取了转子故障特征.仿真实验证明在变频机起动过程中小波脊线能够很好地提取转子故障特征,实现了转子断条故障的实时诊断.     

变频器故障诊断技术研究与分析

针对变频器故障诊断技术的重要性,在分析了国内外对这一问题研究现状的基础上,展望了这一领域中有待进一步研究的若干问题和发展趋势。指出了融合多种方法研究变频器的故障诊断技术,建立其预警系统,将有助于变频器故障诊断技术的理论研究。     

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。     

低电压穿越控制策略下双馈风电机组故障电流特性的研究

在电压跌落程度不大的远区非严重故障情况下,低电压穿越控制策略的采用使得双馈风电机组的转子绕组仍由变频器进行励磁。因此,非严重故障情况下双馈风电机组的故障电流特性取决于低电压穿越控制策略下变频器的响应特性。针对此,本文分析了低电压穿越控制策略下转子侧变流器的故障响应特性,得到了转子绕组故障电流的统一计算模型。在此基础上,对非严重故障情况下双馈风电机组的定子绕组故障电流特性进行了研究,建立了定子绕组故障电流的统一解析表达式。数字仿真结果证明了理论分析的正确性。     

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中的适应性分析

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中存在适应性问题,目前缺乏相应的分析方法.文中分析了故障分量方向元件的原理,研究了对应的动作条件,理论推导了交直流多端馈入系统中馈线方向元件动作区间与换流器等值背侧阻抗波动区域的关系.结合换流器系统的故障响应特征,研究了不同故障场景下换流器等值序阻抗特性,推导了换流器序阻抗的波动范围.给出了故障分量方向元件在交直流混联系统中的适用条件,并分析了适用条件的影响因素.最后,PSCAD仿真验证了理论分析的正确性,为故障分量方向元件在非线性电网中的应用提供了理论基础.     

小波变换在变频机组定子故障诊断中的仿真研究

在变频机组运行过程中,定子突然出现故障是变频机常见故障之一,严重时会造成重大的经济损失和恶劣的社会影响。定子突然出现故障时,无论是外部故障还是内部匝间短路故障,它们的共同特征就是定子电流会产生突变信号。小波变换模的极值点常对应于信号突变点。利用Matlab/Simulink模块建立了变频机组定子的外部故障和内部故障模型。利用小波变换模极大值方法对两种故障模型进行了诊断,不但能够检测出故障,而且还能对故障发生的时刻进行准确的定位,实现了变频机组的实时诊断。     

矩阵变换器直接转矩控制系统的电网故障跨越能力

矩阵变换器由于其自身结构的特殊性,易受输入侧电源异常的影响。针对电网对地短路的情况,建立电网故障下的系统等效数学模型。提出一种新的开关控制策略,通过分时赋值9组双向开关的控制信号来确保矩阵变换器安全度过电网故障期。利用Matlab/Simulink来模拟矩阵变换器直接转矩控制系统在电网正常和电网故障情况下的工作状态,编写基于C语言的DSP程序和VHDL语言的FPGA程序来实现提出的控制策略。最后,设计出一套高度集成的矩阵变换器实验装置,通过实验平台验证提出的开关控制策略。仿真和实验结果表明了所提控制策略的正确性,验证了设计的矩阵变换器直接转矩控制硬件和软件系统具有电网故障跨越的能力。     

考虑故障阀臂封锁条件下的VSC-HVDC换流器故障诊断算法

针对两电平柔性直流输电(VSC-HVDC)系统换流器内部常见的IGBT阀器件短路失效、桥臂直通、交流侧单相接地、交流侧两相短路、直流单极接地这5类贯穿故障,研究了换流器故障保护与诊断的协调配合方案,分析了保护闭锁条件下系统直流电压及交流电流的变化规律,据此提出了利用闭锁时刻的直流电压及闭锁后2个周期的三相交流电流作为特征信号进行换流器故障分类与定位的诊断方法,并确定了用于区分故障类型的电压、电流诊断阈值。对换流器严重贯穿故障进行仿真,利用PSCAD/EMTDC模型对所提出的诊断方法进行了验证,结果表明该方法不仅能可靠识别故障类型,还能准确定位故障位置,可用于故障阀臂闭锁条件下VSC-HVDC换流器的故障诊断。