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。     

基于长短期记忆网络的永磁同步风机变换器开路故障诊断研究

永磁同步风机通过全功率背靠背变换器与电网连接,实现风能与电能的转换。风机的运行环境恶劣,变换器的电力电子开关器件容易发生开路故障,影响风力发电系统的正常运行。针对永磁同步风机网侧变换器和机侧变换器常见的开关管开路故障,提出一种基于长短期记忆网络的故障诊断算法。分析变换器开关管故障下的永磁同步风机输出变化,基于风机变换器开路故障样本数据,构造具有多隐藏层的网络结构挖掘信号中的隐藏信息,充分利用长短期记忆网络优异的模式识别能力,深度提取不同工作条件和故障状态下的网侧电流和发电机电流的信号特征,提高故障诊断性能。仿真结果表明,提出的故障诊断方法能够快速、准确地识别出永磁同步风机的变换器开路故障。     

三电平逆变器驱动双定子绕组PMSM系统容错控制

为了提高三电平逆变器驱动双定子绕组永磁同步电机(PMSM)系统的运行能力,设计了一种针对缺相故障和开关管开路故障的新型容错控制策略。新方案基于矢量空间解耦(VSD)控制实现了2套定子绕组的整体转矩控制。新方案可以实现优化目标下的缺相故障容错控制,如最小电流幅值方差。此外,针对开关管开路故障提出了基于VSD的补偿方案,即通过调整开关调制策略,实现了系统对称运行。新型容错控制方案还能抑制电流谐波和直流母线中点电压偏差。最后,PMSM容错试验结果验证了新型控制方案的有效性。     

Mechanical fault diagnostics for induction motor with variable speed drives using Adaptive Neuro-fuzzy Inference System

A novel online diagnostic algorithm for mechanical faults of electrical machines with variable speed drive systems is presented in this paper. Using Wavelet Packet Decomposition (WPD), a set of feature coefficients, represented with different frequency resolutions, related to the mechanical faults is extracted from the stator current of the induction motors operating over a wide range of speeds. A new integrated diagnostic system for electrical machine mechanical faults is then proposed using multiple Adaptive Neuro-fuzzy Inference Systems (ANFIS). This paper shows that using multiple ANFIS units significantly reduces the scale and complexity of the system and speeds up the training of the network. The diagnostic algorithm is validated on a three-phase induction motor drive system, and it is proven to be capable of detecting rotor bar breakage and air gap eccentricity faults with high accuracy. The algorithm is applicable to a variety of industrial applications where either continuous on-line monitoring or off-line fault diagnostics is required.     

Fault Diagnosis of an Induction Generator in a Wind Energy Conversion System Using Signal Processing Techniques

In this article, a contribution to fault diagnosis of an induction machine in a wind energy conversion system in closed-loop operation using a combination between short-time Fourier transform and discrete wavelet transform algorithms is proposed. An on-line fault diagnostic technique based on stator currents analysis of the squirrel-cage induction generator is proposed to detect and localize abnormal electrical conditions that indicate, or may lead to, a stator or rotor failure in a squirrel-cage induction generator. This technique also permits identification of a fault severity factor and consequently helps to determine the best choice of corrective maintenance. Furthermore, a generalized model of the squirrel-cage induction generator is used to simulate both the rotor and stator faults, taking iron losses, main flux, and cross-flux saturation into account. The efficiency of diagnostic procedure in closed-loop operation of the wind energy conversion system under non-stationary operating conditions is illustrated with simulation results.     

基于数字孪生模型电流动态时间规整差异度的变压器早期故障辨识

现有的早期故障辨识方法对于程度较为轻微的故障灵敏度低,且辨识方法多为离线检测。结合数字孪生技术建立了三相三柱式变压器内部无故障的孪生模型,基于动态时间规整算法提出新的故障特征量,提出早期故障保护方案。首先,利用实体设备的结构参数与实时的电气量,建立不同运行工况下的状态空间模型。然后,通过实际数据对孪生模型进行修正,使虚拟世界与物理世界实现同步,综合使用离散迭代法和Z变换法求解模型。其次,利用动态时间规整算法量化预测量与实测量的差异,以此作为故障特征量,并设计新型的故障保护方案,提高故障辨识的灵敏度。最后以三相三柱式变压器为例,通过ANSYS仿真和动模实验验证了所建模型的正确性,通过多次实验结果证实所提故障判据的有效性。     

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。     

A fault‐tolerant modular multilevel inverter topology

Multilevel inverter topologies have received an increasing importance for their modular structures with better integration of renewable energy sources and reduced filtering requirements. But reliability is compromised in the process of decreasing the number of switches to produce the maximum number of voltage levels. This paper elevates a single‐phase fault‐tolerant inverter topology, which is modular in structure. The proposed inverter is analyzed for open‐ or short‐circuit faults in sources and open‐circuit faults in switches. Sine Pulse Width Modulation with multicarriers technique is used to control the circuit. The carrier signals are reconfigured under fault conditions based on levels to be generated by bypassing the faulted switch or source. The circuit is simulated in MATLAB/SIMULINK, and experimental setup is developed to claim the fault tolerance of proposed inverter.     

三相逆变器开关管故障诊断方法研究进展

逆变器的安全运行得到了研究者的广泛重视.对现有的逆变器开关管开路故障诊断方法进行了归类和总结,从检测变量的角度将其分为两大类:基于电流量的诊断方法和基于电压量的诊断方法.文章首先以开环V/F感应电机控制系统和永磁同步电机矢量控制系统为例,对逆变器的开路故障效应进行了仿真,分析了故障诊断方法所依据的电压和电流模式.在此基...     

复合自然灾害下的电力系统稳定性分析

对自然灾害停电防御的研究至今局限于单种类的自然灾害,而未计及复合灾害之间的推波助澜。自然灾害往往会造成群发性故障,为了防御小概率高风险的复合自然灾害造成大停电,需要在线跟踪外部环境的变化并有效预警。为此提出复合自然灾害造成的群发性故障的风险分析思路和框架,一方面建立电网支路在复合自然灾害下的故障率模型并计算其相关风险,另一方面考虑多种自然灾害的交互影响,在线筛选潜在故障,分析运行的安全稳定性,并提供决策支持。     

一种新颖的电路板短路和断路故障检测算法

自动光学检查是利用图像处理算法进行电路板故障检测与定位的技术.电路板短路和断路故障是电路板生产过程常见故障,快速准确地检测与定位是评价电路板检测系统性能的主要指标之一.本文提出一种新颖的检测电路板短路和断路故障算法,首先对目标图像进行边缘轮廓的提取,然后利用Hough变换确定目标的数目和位置,最后通过连通域搜索找到发生短路和断路的位置,实验证实了该算法的性能.     

自然灾害下高风险多重故障集快速生成方法

随着电力系统稳定特性日趋复杂、极端自然灾害频发以及社会对电能依赖程度的增长,迫切需要将停电防御框架向自然灾害预警拓展.提出一种自然灾害下高风险多重故障集快速生成方法,将高风险预想故障纳入在线安全分析.在兼顾多类型自然灾害和多地点电气设备空间-电气耦合特性的基础上计算群发故障和相继故障的组合概率,从网架结构脆弱性、电网状态脆弱性和电网事故风险3个维度进行故障后果评价,采用回溯算法实现自然灾害下高风险预想集快速筛选和生成.实际电网的案例分析验证了所提方法的有效性和实用性.     

风电机组发电机轴承电腐蚀故障的分析诊断

电腐蚀故障是风电机组发电机轴承的常见故障模式,电腐蚀故障通常分布在整个轴承滚道上,产生的振动响应信号中故障冲击特征往往不如局部故障明显,因此容易被忽视。针对电腐蚀故障振动信号的这种特点,采用一种最小熵解卷积方法对振动信号进行预处理,增强信号中的故障冲击成分。然后再应用包络谱分析方法提取故障特征信息,以提升故障诊断的效果。论述了最小熵解卷积方法的基本原理和实现流程,将该方法应用于一台实际风电机组发电机轴承的电腐蚀故障诊断中,通过对实测振动信号的分析处理,实现了电腐蚀故障的识别诊断,验证了最小熵解卷积方法对故障信息增强的使用效果。     

基于规则网的高压输电线路故障诊断与保护动作性能评价

对于多重或复杂故障以及存在警报信息丢失或畸变等复杂情况,如何准确诊断所发生的故障和评价保护装置的动作性能仍是值得研究的问题。在此背景下,提出一种基于规则网利用故障录波信息进行高压输电线路故障诊断和评价保护与断路器动作性能的新方法。首先,对故障录波信息进行预处理,利用小波变换技术从电气模拟量信息中提取线路故障特征量,得到电流突变事件和保护动作事件序列。在此基础上,建立计及警报信息时序特性的高压线路故障诊断规则网络模型,并确定故障假说集与期望的保护和断路器状态,并利用它们之间存在的因果与时序关系确定故障原因以及对保护和断路器动作性能进行评价;之后,对故障录波做进一步分析以判别故障类型、故障性质和故障位置;最后,用实际电力系统故障案例对所提出的方法进行说明。     

永磁同步电机驱动系统开路故障检测方法

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统单相开路故障诊断问题,提出了一种基于dq电流特征提取的故障诊断方案。分析了传统的PMSM驱动系统单相开路故障诊断的原理和缺陷。设计了准确的故障模拟,简化了故障诊断算法开发过程,在此基础上设计了一种基于瞬时电流特性分析的单相开路故障诊断方案,其能够以最小的系统资源,在单个控制周期内快速地检出故障。利用PMSM驱动试验平台对新型故障诊断策略进行了测试。研究结果表明,新型故障诊断方案可以在PMSM较宽转速范围内精确地检测出单相开路故障。     

基于多维度特征提取的电弧故障检测方法

针对当前含多种电气故障的复杂电路电弧故障识别率低、训练速度慢的问题,提出一种窗口划分结合小波分解与经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)分别从时域、频域及时间尺度等多个维度提取电流特征量,利用机器学习分类模型进行电弧故障识别的方法.首先,利用搭建的电气故障实验平台采集故障及正常电流数据,并将电流数据进行窗口分段,然后分别使用小波变换与EMD方法对电流信号进行分解并计算不同维度上的特征量,将该特征信息作为分类算法的输入进行电弧故障诊断.经实验验证,该特征提取方法在梯度提升决策树(gradient boosting decision tree,GBDT)上的电弧故障检测准确率高达98％,相比电流不分段的方式分类准确率提升了1.87％,能有效获取电弧故障特征,实现对电弧故障高效率与高准确率检测.     

基于实时电流幅值的风电整流器故障诊断方法

直驱式风电系统整流器的开路故障会造成机侧交流电流半相缺失、直流侧电压波动、发电机转速波动等问题,严重影响风力发电系统的运行稳定性。文中提出一种基于实时电流幅值的永磁直驱风电系统整流器开路故障诊断方法,利用电机的运行特性来计算实时电流幅值,实现对故障的实时诊断和定位;将故障状态下的电流幅值与设定的电流幅值阈值进行比较,利用电流幅值异常所在区间来判定故障开关管位置,消除误差和外界条件变化带来的误诊断。实验结果验证了理论分析的正确性和故障诊断方法的有效性,通过与其他方法进行对比,验证了文中方法的检测速度和多管故障的诊断能力。     

基于故障分量的有功功率极性比较式纵联保护

根据故障附加网络中有功功率的极性特征,提出了基于故障分量的有功功率极性比较式纵联保护原理。其主要思想是:发生内部故障时,附加网络中线路两端有功功率的极性相同;外部故障时两端有功功率的极性相反;正、反向出口处故障时不存在死区问题。借助PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,搭建500 k V输电线路模型,对所提方案的动作性能进行了仿真和验证。在此基础上,进一步对比分析了分相保护方案和三相保护方案,并提出了基于故障分量有功功率幅值特征的选相方法。理论分析和仿真结果表明,所提方案能够正确判别区内、外不同类型的故障,抗过渡电阻能力较强,出口故障无死区,两端数据无需严格同步,且不受无功因素影响。     

文昌配电网10 kV馈线优化分段研究

海南文昌配电网10 kV馈线开关分段率仅为2.34,故障发生时不能有效地将故障隔离。基于遗传算法的馈线最优分段模型,对文昌配电网10 kV馈线提出4种开关优化分段方案。可靠性及经济性分析显示最佳方案为方案3(分段开关数为3)。算例及工程应用结果表明所提出的算法有效可行。     

配电网接地故障特征及其诊断定位方法

快速、准确的故障定位是迅速隔离故障和恢复供电的前提,对于维护配电网的安全运行具有重要意义,而配电网的单相接地故障定位长期以来是难以解决的课题.本文通过对国内外关于各种研究情况做了全面深入地分析,在此基础上从接地故障测距算法和在线监测两方面进行了研究,并且针对基于对配电网发生单相接地故障后的故障主要特征的分析,提出了相应的接地故障定位系统以及硬件总体设计,对于提高供电配电网具有重要的研究意义和实用价值.