基于频带能量的模块化多电平换流阀中金属化薄膜电容器失效检测方法

金属化薄膜电容器(metallized polypropylene film capacitor,MPPF)是模块化多电平换流阀(modular multilevel converter,MMC)中最薄弱的部件之一,准确地评估其可靠性对柔性直流输电系统的安全稳定运行十分重要。针对MPPF电容老化后聚丙烯膜熔融导致等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)增大,进而增加电容损耗,加速电容老化的问题,文中提出一种利用电容输出电压高频带能量来表征ESR增加,并在不同服役周期后对比能量变化从而判断电容的老化状态的方法,建立基于频带能量的MPPF电容失效检测模型。文中详细分析电容在MMC系统中的运行机理,并从MPPF电容结构的角度分析电容的失效机理;在建立的MMC系统仿真平台上研究ESR变化与电容输出电压高频带能量之间的规律;在此基础上,建立MPPF电容失效检测模型,并通过实验验证所提方法与模型的可行性和有效性。与现有方法相比,该方法只需电容器电压信息即可评估其当前失效程度,且适用于大部分开关电路中电容器的失效检测,尤其解决了传统方法成本高、算法复杂且普适性不足的问题。为模块化多电平换流阀中MPPF电容的状态监测和寿命评估提供一定的理论基础和技术支撑。

四旋翼飞行器自主循迹取物运输系统的研究

为实现无人机在运输方面的自动化和信息化,设计并实现一种能自主循迹、取物并运输至目标点的四旋翼飞行器。通过对四旋翼飞行器飞行控制原理的分析,使用超声波传感器获取飞行器实时高度,利用计算机图像处理技术实时判断飞行器位置,并用PID(Proportion-Integral-Derivative)控制器控制飞行器的飞行高度和自身姿态,实现了四旋翼飞行器的自主循迹飞行和物体识别,以及驱动机械手完成对目标物体的抓取与投放。测试结果表明,飞行器可在1 m高度上以20 cm/s的速度沿预设轨迹自主循迹飞行,能在50 s内识别与抓取底面半径为4 cm、高度为8 cm的圆柱形物体,并投放在以目标点为圆心半径为25 cm的范围内,达到了预期效果。

基于Haar小波变换重构开关序列的MMC子模块电容值在线监测方法

电容器作为模块化多电平换流器(MMC)系统子模块核心部件,因长期工作于交流、大功率的工作环境,使其成为最容易失效的部件之一。因此,电容器健康状态的实时监测对MMC系统可靠运行具有重要意义。该文提出一种基于Haar小波变换重构开关序列的MMC子模块电容值在线监测方法,首先,通过对MMC系统实测的电容器电压信号进行Haar小波变换重构出子模块投入与切除的开关序列;其次,基于重构的开关序列提取电容器的充电时段电压信号,并结合桥臂实测电流信号实现电容器容值在线反演计算;最后,通过MMC系统工况模拟平台验证了该文所提方法的准确性和有效性。该方法仅需控制系统原有采集的电容电压和桥臂电流信号为监测方法输入,即可实现对电容器容值的评估,去除了对开关信号的需求,极大地降低了监测的难度,为MMC系统电容器的健康状态监测和主动运维提供了方法和数据基础。

多芯片并联压接式IGBT热–力不均对电流分布的影响分析及建模

压接式IGBT作为换流阀的关键部件被广泛用于柔性直流输电,其可靠性直接影响电力装备和输电系统的安全稳定运行。针对器件寄生参数、多场耦合和制造工艺等因素产生的内部参数分布不均,进而影响器件可靠性的问题,文中提出利用单芯片压接式器件并联等效的方法来探究不同加载条件下多芯片器件内部压力、温度不均对电流分布的影响规律,并建立多芯片压接式IGBT器件电流分布计算模型。在详细分析温度、压力对器件内部电流分布影响机制的基础上,建立多芯片并联器件模拟平台,研究温度、压力分布不均程度对电流分布的影响。根据结温热敏参数的线性关系及压力对接触电阻的影响,建立多芯片并联压接式IGBT器件的电流分布计算模型,并通过试验和3300V/1500A器件多物理场耦合仿真模型验证电流分布计算模型有效性,为压接式IGBT的结构及封装优化、状态监测和寿命预测提供理论和技术支撑。

大功率MMC系统中子模块IGBT状态监测系统设计方法

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor)是模块化多电平换流阀(modular multi-level converter, MMC)中的关键部件之一,对其运行状态进行在线监测是保障MMC系统安全、可靠和经济运行的重要措施。针对MMC子模块中多芯片并联IGBT模块运行状态难以实时监测的问题,文中提出了基于模块壳温分布规律与老化状态映射关系的运行状态监测系统设计方法,以实现不同工况下IGBT模块状态的自适应评估和管理。首先,分析了MMC子模块中IGBT模块老化失效对热流的影响规律,甄选了壳温作为表征模块状态的特征参量。其次,建立了适用于不同工作点的基于神经网络的IGBT模块老化状态监测模型,并根据不同应用场景的需求偏好实现了对功率模块运行状态的表征和识别;最后,基于所提的状态监测系统设计方法在MMC测试平台上验证了方法可行性和有效性。文中所提方法为解决大功率工况下MMC子模块中IGBT模块的状态监测问题提供了新的思路,为系统的运行维护提供了实用、有效的解决方案。