基于三相电流残差的功率管多管开路故障诊断

牵引逆变器是电力牵引交流传动系统的重要组成部分,它的可靠性直接影响着机车的安全稳定运行,其主电路功率管(IGBT)是最易发生故障的部分。针对IGBT的多管开路故障,提出了一种基于三相电流残差的多管开路故障快速在线诊断方法;通过分析牵引逆变器在正常条件和各开路故障类型下的三相电流,得出了发生多管开路故障情况下的三相电流残差特征;利用控制系统中的电流给定信号重构参考三相电流与实测电流进行运算,并根据三相电流残差特征进行故障定位。最后给出了半实物实验结果,验证了该诊断方法能够快速实现IGBT单管及双管开路故障诊断,且不受闭环控制和负载扰动影响。     

基于输入电流和输出电压的Vienna整流器单管开路故障诊断方法

单管开路故障是Vienna整流器的常见故障形式,为提高单管开路故障诊断的准确性和可靠性,基于输入电流和输出电压提出了一种故障诊断方法。首先,分析单管开路故障时的故障机理,选取故障时输入电流和输出电压作为故障特征量;然后,通过检测输入电流的零值稳区和分析输出电容电压差的谐波变化,设计故障诊断方法;最后,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。所提出的方法结合电流、电压故障特性,在快速诊断的同时大幅提高了诊断结果的准确性和可靠性,在负载突变的情况下仍能正确工作,并且不需要添加额外的硬件设备,方便嵌入已有的控制系统中,能够实现单管开路故障的快速在线诊断。     

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。     

基于电流矢量特征分析的逆变器开路故障快速诊断与定位方法

提出一种基于电流矢量特征分析的三相电压源逆变器单开关管开路故障快速诊断与定位方法。该方法仅仅利用三相电压源逆变器的输出电流,根据电流矢量瞬时频率特征和电流矢量瞬时角度特征在逆变器故障前后发生的变化进行故障诊断,其中利用电流矢量瞬时频率的变化进行故障快速诊断,结合电流矢量瞬时角度信息进行故障相定位,并结合一种基于电流平均值的诊断变量进行故障开关管定位。通过仿真和搭建硬件实验平台证明所提出的故障诊断与定位方法能够有效地快速定位出故障相以及故障开关管。     

基于电压残差的逆变器实时开路故障诊断

逆变器是各类变频调速系统的重要组成部分,它的安全性和可靠性是保证系统稳定运行的关键。但其故障率通常较高。针对逆变器的IGBT开路故障,通过分析比较逆变器在正常状态与开路故障状态下的三相电压,提出了一种以线电压为检测对象的简易实时诊断方法,即利用实际的线电压和开关信号得到三相电压及其残差,并根据三相电压残差间的关系进行故障识别。仿真结果表明,该方法能够在线准确地实现逆变器IGBT单管及双管开路故障诊断,且不受闭环和负载扰动影响。     

六相两电平逆变器的开路故障定位研究

针对六相两电平逆变器开路故障类型多、定位复杂问题,提出一种利用小波包分解获取六相逆变器电路故障相特征和基于支持向量机(SVM)的六相逆变器开路故障定位方法。在分析六相逆变器开路故障类型的基础上,利用小波包分析提取故障特征向量,再基于SVM进行故障分类。针对不同类型双管故障存在的因小波包能量值相似而出现的误判问题,提出了一种基于平均电流结合小波包分析的故障特征向量构造方法。实验结果表明,所研究的故障定位方法能实现六相两电平逆变器不同开路故障的有效定位。     

双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断方法

为了实现对双三相永磁同步电机绕组开路故障的快速诊断与定位，利用双三相永磁同步电机所特有的谐波子平面，提出采用谐波子平面电流矢量并结合归一化处理方案的双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断策略。首先，根据故障前后谐波子平面电流矢量幅值大小的变化进行绕组开路故障的检测，其次，依据绕组开路故障后不同的电流矢量相角，准确定位出发生开路故障的绕组。为消除负载发生突变时可能造成的误诊断现象，进一步设计了针对谐波子平面电流矢量的归一化处理方案，提升对双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断的鲁棒性。仿真和实验结果表明，所提策略能够快速地诊断并定位出绕组的开路故障，在负载发生突变时也可以表现出良好的可靠性和鲁棒性。     

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。     

逆变器并联系统功率管开路故障诊断研究

冗余容错控制的关键在于故障的诊断。该文通过仿真和实验，对无输出隔离变压器的逆变器并联系统功率管开路故障诊断进行了研究。以半桥逆变器为例，分析了逆变器并联系统在功率管开路故障下的等效电路和故障表现形式，提出了几种故障识别方案。通过检测并联系统各模块电感电流，在两台并联实验样机上实现了故障识别和故障模块的在线切除，验证了方案的可行性。该方案简单，适合于任意数量逆变器并联模块。     

UPS系统中电压型逆变器开路故障诊断研究

逆变器开路故障是不间断电源(Uninterruptible Power Supply, UPS)系统中一种常见故障,它会降低电能质量,甚至会引起其他部件的潜在二次故障。研究有效的逆变器故障诊断技术对提高UPS系统的可靠性具有重要意义。因此,采用基于绝对归一化的Park矢量法实现逆变器开路故障诊断。利用相电流的平均值与相电流绝对值的平均值的归一化量诊断和定位单个或两个开关管开路故障。利用相电流绝对值的平均值与Park矢量模的归一化量诊断同一桥臂的两个开关管开路故障,该方法可以有效地实现开路故障检测和故障定位。最后基于Matlab/Simulink对提出的故障诊断方法进行验证,仿真结果表明了所提出故障诊断方法的有效性。     

Wavelet Modulus Maxima for Single Switch Open Fault in Multi-level Inverter

The multi-level inverter is widely used in high-power and high-voltage applications. Multi-level inverters use a large number of switches for high power conversion, resulting in increased system's fault probability. To ensure stable operation of the system, several fault diagnosis methods have been carried out by researchers. In this article, a fault diagnostic system in a multi-level inverter using wavelet modulus maxima is developed. The working situation of the power devices of a five-level diode-clamped multi-level inverter drive system under an open-circuit fault is analyzed through MATLAB (The MathWorks, Natick, Massachusetts, USA) simulation. The wavelet modulus maxima of output phase voltages are used to detect faulty phase (leg), and wavelet modulus maxima of DC bus currents are used to detect fault type and fault switch. Wavelet analysis is used for feature extraction, which can be used as input to the expert system to develop a fault identifier. The open-circuit fault on the five-level diode-clamped multi-level inverter of power devices is carried out experimentally. The experimental prototype is developed to validate the fault analysis with simulation results.     

基于ESO-MLD的逆变器开路故障快速诊断方法

为了减小电机驱动系统中未知干扰对逆变器开路故障诊断的影响,提出了一种基于扩展观测器ESO(extended state observer)和混合逻辑动态MLD(mixed logic dynamic)模型的逆变器开路故障快速诊断方法.通过分析开关管在正常工作和故障状态下的电流流向路径,建立了逆变器的混合逻辑动态模型,并...     

无刷直流电动机系统故障模型的仿真研究

建立了无刷直流电动机系统的仿真平台,在仿真平台上针对无刷直流电动机的定子绕组开路故障、匝间短路故障以及逆变器功率管开路故障进行仿真研究.结果表明通过比较健康状态下和故障状态下的定子电流,可以对定子绕组开路故障、匝间短路故障及逆变器故障进行探测.     

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.     

基于双PQ变换的感应电机转子故障诊断

提出了基于双PQ变换的感应电机转子故障诊断新方法。该方法以三相基波正序电压及其希尔伯特变换构造PQ变换矩阵,用其对定子三相电流进行变换,得到电机有功功率P及无功功率Q。由于正常电机P、Q均恒定,在PQ坐标系下对应1个点;故障电机则由于P、Q中附加频率为2sfs(s为转差率,fs为电网频率)的波动分量而对应于1个椭圆。通过比较电机正常及转子断条故障运行时的P、Q在PQ坐标系下对应的模式,可以实现转子断条故障的可靠检测。选择转子断条电机在PQ坐标系下对应椭圆的长轴为故障特征,椭圆中心与空载运行点之间的距离为归一化基准值,得到了1个近似独立于电机惯量及负载等级的故障严重因子。实验结果证明了该方法的有效性。     

VSC-HVDC送端换流器IGBT开路故障诊断方法

为了实现VSC-HVDC系统送端换流器IGBT开路故障的在线诊断,首先基于送端换流器拓扑结构得到了换流器开关函数模型,给出了基于开关函数的三相电压残差定义;然后推导了2类单桥臂IGBT开路故障和4类双桥臂IGBT开路故障下的三相电压残差计算公式,分析了IGBT开路故障的电压残差特征.基于此,通过设定电压残差阈值和IGB...     

基于平均模型的三相四线制逆变器多管开路故障诊断

为了在不增加额外硬件电路的情况下,实现三相四线制逆变器多管开路故障快速准确的诊断,提出了一种基于平均模型及误差自适应阈值的方法。该方法通过计算平均桥臂中点电压实际值和期望值的偏差,来进行故障检测和定位。利用平均模型,只需要对系统内已有的信号做简单的计算,避免了增加额外的硬件电路和软件负担。此外,误差自适应诊断阈值用于消除死区、延时、采样误差和电感偏差等因素的影响,保证了高鲁棒性和速度。应用该方法,诊断时间最快只需2个开关周期。最后实验结果验证了该方法的有效性。     

基于开关函数模型的逆变器开路故障诊断方法

逆变器的安全性和可靠性直接关系到电机驱动系统的正常运行。在研究逆变器在正常和故障状态下开关函数模型的基础上,提出一种功率管开路故障快速简易诊断方法。该方法根据故障和正常态器件承受电压的不同,采用简单的硬件电路来诊断和定位器件的开路故障。为保障诊断的有效性和可靠性,提出采用开关信号上升沿延时的方法来避免因IGBT开通和关断延迟造成的误诊断,并给出延时时间的确定方法。在搭建的感应电机变频调速(variable voltage and variable frequency,VVVF)控制和永磁同步电动机矢量控制系统中进行实验验证,实验结果表明,所提故障诊断方法能有效诊断逆变器单管和桥臂的开路故障。     

基于拉依达准则的MMC子模块开路故障定位

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)凭借模块化结构等优点,被广泛应用于高压大功率输电领域。MMC含有大量子模块(submodule, SM),SM的开关器件故障是影响MMC可靠性的关键问题之一。其中SM开路故障不易及时检测,威胁系统正常运行,为此提出一种基于拉依达准则的SM开路故障定位方法。首先,对SM开路故障进行故障特性分析,根据SM开路故障会引起SM电容电压的异常变化,应用拉依达准则进行判别。其次,计算同桥臂内SM电容电压的均值和3倍标准偏差来构造一个置信区间,通过判断SM电容电压是否超出置信区间且持续一定时间来检测并定位发生开路故障的SM。该方法不需要额外传感器,不用建立精确数学模型,不用手动设置经验阈值,算法较为简单。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三相MMC系统仿真,并在实验室搭建单相MMC实验平台对该方法进行验证。仿真和实验结果表明,基于拉依达准则的SM开路故障定位方法能够快速有效地定位出发生开路故障的SM。