基于端电压检测的无刷直流电机单管开路故障研究

故障诊断是实现容错控制的基础,为进一步提高逆变器单管开路故障诊断和定位的可靠性,提出了通过检测逆变器输出端电压实现单管开路故障的识别与定位的方法。通过分析逆变器在正常工作和开路故障两种状态下工作相逆变器的端电压,综合换相信号和PWM控制信号,采用简单的逆变器输出端电压检测方法实现了单管开路故障的识别与定位。仿真结果表明该方法能够快速有效地诊断和定位逆变器的单管开路故障。     

基于波形特征的地铁牵引整流器二极管开路故障诊断方法

针对地铁牵引整流器内部二极管故障率高且诊断困难的问题,提出基于输入电流和输出电压的波形特征进行二极管开路故障诊断的方法。基于地铁牵引整流器的电路拓扑结构,分析了发生二极管开路故障前后整流器输出电压与输入电流波形的变化规律;在此基础上首先利用输出电压的波形特征检测整流器的二极管开路故障并确定疑似故障时间,然后仅利用各整流桥的一相输入电流确定故障二极管所在的整流桥并识别具体的故障位置。基于MATLAB/Simulink平台的仿真验证结果表明,所提地铁牵引整流器故障诊断方法不受故障位置、故障时间、系统运行负载等因素的影响,具有良好的可靠性与适应性。     

三相四线制有源电力滤波器开路故障诊断

为提高四线制有源电力滤波器系统(active power filter,APF)运行可靠性,提出一种适用于三相四线制三桥臂三电平并联型APF的故障诊断算法。通过分析APF交流侧输出电压的数学模型,建立APF各相交流侧输出电压与相应IGBT导通占空比间的对应关系;通过正常状态和故障状态下输出电压与对应IGBT导通占空比间对应关系的不同诊断出开路故障,并根据故障状态下的电流路径进一步定位故障位置。该方法能够适用于单管及多管的开路故障诊断,具有很好的快速性和较高的可靠性,且适用于系统的动态响应过程。仿真和实验结果验证了所提算法的有效性。     

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开路故障诊断

为提高中点钳位型（NPC）三电平并网逆变器故障诊断的准确性和鲁棒性,该文针对其开关管单管和双管故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开路故障诊断方法。该方法首先建立逆变器在正常状态和开关管故障状态下的混合逻辑动态模型;其次设计收敛速度快且显著抑制抖振的自适应滑模观测器精确估计正常状态下的三相电流值;然后利用实际系统和观测器的输出电流提出基于电流形态因子的故障检测方法;最后根据电流残差来构造故障定位变量进行故障定位。在此基础上,通过建立前次故障状态的自适应滑模观测器实现双开关管开路故障诊断。该文提出的方法能够同时实现单管和双管开路故障诊断,诊断速度快、鲁棒性强,且避免增加额外传感器。实验结果验证了该文所提诊断方法的鲁棒性和有效性。     

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。     

NPC三电平逆变器混杂建模及开路故障诊断

由逆变器、滤波器、负载和控制器等组成的逆变系统可视为一个混杂系统,传统的建模方法不能有效地揭示系统的状态特性,影响逆变器功率管故障分析和诊断的准确性。文中介绍了一种基于混合逻辑动态模型的NPC三电平逆变器故障诊断方法。分析了NPC三电平逆变器的工作原理,在混杂系统理论和建模方法基础上,构造逆变系统在无故障时的状态估计器。比较功率管发生单管开路故障时逆变器输出的三相电流真实值和状态估计器输出的三相电流估计值得到残差方程,通过对残差方程表现特性进行分析实现故障诊断。设计了相应的仿真实验,实验结果表明,文中方法可以准确快速地诊断单管开路故障,验证了所述方法的可行性。     

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.     

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。     

开关磁阻电机中功率变换器故障在线诊断方法

针对不对称半桥式功率变换器的主电路拓扑,通过理论分析和仿真实验,对变换器中的功率管短路和开路故障诊断进行研究。基于电压脉宽调制斩单管控制策略,分析变换器单相功率管故障情况下,斩波电流和续流电流的故障表现。通过改变电流传感器位置,提出一种基于直流母线电流和续流总线电流数字化信号的变换器故障在线诊断方案。故障模拟实验验证了所提方法的正确性和实用性。该方法相对于传统的三相电流检测方案,节省了传感器数目,可实现故障定位,具有诊断迅速、可靠性高的优点。     

基于NCAV和电路等效替换的PWM整流器容错控制系统

三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器因其具有可控的功率因数、网侧三相电流趋于正弦、直流侧电压稳定等优点,在电机控制、风力发电并网、柔性直流输电和微电网等领域得到广泛应用。为了提高三相PWM整流器可靠性,文中提出了一种PWM整流器容错控制系统,该系统结合了归一化电流平均值(normalised current average value,NCAV)故障检测法和基于电路等效替换的容错方法。该控制系统在功率开关管单管开路故障情况下能够实现故障检测和诊断,并进行快速的容错控制,从而减少单管开路故障对系统造成的影响,改善故障下三相电流波形,减小输出电压纹波,提升系统的整体性能和可靠性。通过仿真验证了该控制系统的有效性。     

三相-单相矩阵变换器容错控制与输入电流优化

为提高三相-单相矩阵变换器(3-1MC)的供电可靠性,针对开关元件的开路故障与短路故障,研究了3-1MC的容错控制调制策略并设计了带解耦电感的容错控制拓扑。利用快速熔断器将短路故障转换为开路故障,将2种故障归结为开路故障,并对不同桥臂的开路故障控制策略进行了分析与计算。为实现输入电流的优化,提出对补偿电感进行功率解耦、中线电流补偿及退出运行等策略。通过仿真与实验对所设计的容错控制策略进行了验证,结果表明,在硬件改动较小的前提下,在不同桥臂故障下3-1MC均能维持输出电压稳定,同时输入电流的畸变较小。     

Fast switch fault diagnosis for PWM DC–DC low power converters

In this paper, a fast switching fault diagnostic scheme is proposed for low‐power pulse width modulation (PWM) DC–DC converters operating in different conduction modes. The outstanding feature of the proposed scheme is that no additional sensing circuits are needed. This is achieved by using the differential of output ripple voltage and the switch gate driver signal for diagnosis. Since the output voltage has to be normally measured for control purposes and the PWM signals are known to the controller, no additional sensors are needed in the proposed scheme. Moreover, based on the real‐time output voltage measurement and switch gate driver signal, the characteristics of switch open‐ and short‐circuit faults can be rapidly extracted, specifically, in less than one switching cycle. Besides, the fault detection scheme can be implemented by a low‐cost logical hardware circuit, which can be integrated into the control unit. The fault diagnosis principle, design considerations, and implementation of the detection scheme are discussed in this paper. Experimental results show that the fault detection system can detect the switching fault in four‐tenths of the switching period. Besides, the proposed method can be used in the applications where the output voltage ripple rate is more than 4%, which covers most situations. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于概率神经网络的高压断路器故障诊断

高压断路器是最重要的电力设备之一,在电力系统中起控制和保护作用。为了提高高压断路器故障诊断的准确率,提出了一种基于概率神经网络(PNN)的高压断路器故障诊断方法。该方法在分析高压断路器的故障特性来确定特征信号的基础上建立了PNN故障诊断模型,该模型将采集的特征数据作为网络的输入,通过Parzen窗估计法得到类条件概率密度,进而按Bayes决策规则对特征数据进行分类。经仿真表明,概率神经网络故障诊断模型具有收敛速度快、故障诊断准确率高、容易训练等特点。因此,该方法是一种有效的故障诊断方法,具有良好的应用前景。     

单相级联中点箝位整流器IGBT和传感器的统一故障诊断方法

电力电子牵引变压器(PETT)含有大量易故障的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以及传感器,导致系统可靠性和稳定性降低.以PETT前端的输入级——单相级联中点箝位整流器(SPCNPCR)为对象,研究了一种IGBT与传感器故障的统一故障诊断方法.首先,建立SPCNPCR的混合逻辑动态模型,并通过此模型估计得到网侧输入电流和输...     

基于SVPWM扇区号的三相变流器开路故障诊断

功率变流器是风力发电系统中电能变换传输的重要部件,其开路故障会造成风力发电系统非计划停机,因此对功率变流器开路故障的及时诊断尤为重要。文中分析了空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)在功率开关管发生开路故障前后其扇区受影响状况,以及基本电压空间矢量的变化。根据功率开关管故障前后SVPWM调制时扇区号的对比,提出一种能够对功率开关管开路故障进行判断以及定位的方法。相比于已有的诊断方法,该方法能够实现单管以及双管开路故障诊断,只需采集SVPWM调制时的扇区号单一变量,不需要增加额外的硬件设备,数据存储要求低,计算量小,易于实现。最后通过仿真及实验验证了该开路故障诊断方法的有效性与可行性。     

应用于高频辅助变流器的DBSRC变换器IGBT开路故障分析及容错运行研究

随着电力电子技术的进步,以双向全桥串联谐振变换器(dual bridge series resonant DC-DC converter, DBSRC)为核心的新一代高频车载辅助变流器发展迅速,并逐步走向实用化。为了提高基于DBSRC变换器的高频辅助变流器的可靠性,首先利用模态分析法(operation mode analysis, OMA)对移相闭环控制下DBSRC发生IGBT开路故障展开研究,分析并阐明了DBSRC输入、输出侧故障后的运行机理及特性。其次,提出一种基于输出功率调整的高频车载辅助变流器容错运行策略,在不改变DBSRC拓扑及移相控制方法的条件下通过实时监测辅助变流器输入电压并动态调节辅助变流器的输出功率,将谐振电流应力及谐振电容电压应力限制在安全阈值内,实现容错运行。最后通过仿真与实验对故障特性分析的准确性与该容错运行策略的有效性进行验证。     

燃料电池系统宽范围输入电压变换器设计

燃料电池输出特性较软使得其系统中单向DC/DC变换器需要较宽的输入电压,从而限制了该变换器的应用。文章利用双管Buck-Boost级联电路可根据输入电压的大小自动切换升/降压工作状态来获得合适的恒定的输出电压的优点,对该级联电路设计了基于平均电流控制的电压、电流双闭环控制环路,从而实现其在宽范围输入电压下得到恒定的输出电压,可为燃料电池系统后级变换器提供稳定的输入电压,并降低其设计和优化的难度,还有效解决传统单管Buck-Boost电路开关管电压应力过高的问题。仿真和小功率样机的实验研究验证了所提采用双闭环控制环路的升降压变换器在宽范围输入电压下均具有良好的性能。     

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。