基于EMD-BPNN的逆变器IGBT开路故障诊断方法

绝缘栅双极性晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为逆变器的主要组成部分,其工作的稳定性与可靠性对逆变器的正常工作有着重要的影响。针对三相电机牵引逆变器IGBT常见的单管和双管开路故障,提出一种基于经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)和误差反向传播神经网络(Back propagation neural network,BPNN)相结合的故障诊断方法。首先分析逆变器IGBT单管和双管开路故障的波形特征,采用EMD方法对逆变器输出的三相电流进行分解;在此基础上构造故障特征向量,采用BPNN对特征向量进行训练并实现故障诊断;其次针对EMD方法存在的“模态混叠”问题,采用互补集合经验模态分解(Complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)对诊断方法进行了优化;最后在小型试验平台上进行了试验,试验结果表明,基于CEEMD-BPNN的故障诊断方法能够有效诊断出故障功率管。

基于自然容错开关表的五相永磁同步电机直接转矩控制

五相永磁同步电机(permanent-magnetsynchronous motor,PMSM)传统直接转矩控制(direct torque control,DTC)存在相电流畸变严重、共模电压(common-modevoltage,CMV)高、转矩和磁链脉动大等问题,且无法实现相开路故障情况下的无扰运行。为解决上述问题,提出一种基于自然容错开关表的DTC策略。该策略根据PMSM开路故障前后基电压矢量的特点以及三次平面合成电压矢量为零的原则,构建虚拟矢量(virtual vector,VV),设计故障前后同一套自然容错开关表,进而不但抑制了故障导致的转矩脉动,而且在故障前后均能降低三次谐波电流、减小转矩和磁链脉动、抑制CMV。实验结果验证所提策略的可行性。

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关管和电流传感器故障诊断

为提高中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性,针对其开关管开路故障和电流传感器故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。该方法首先针对3L-NPC并网逆变器,设计一种收敛速度快且能显著抑制抖振的自适应滑模观测器来精确估计正常状态下的三相电流值;其次,利用实际电流和估计电流设计了故障检测变量;同时,利用实际三相电流之和以及估计三相电流之和来区分开关管故障和电流传感器故障;在此基础上,构造开关管故障定位变量和电流传感器故障识别变量,实现开关管开路故障的准确定位以及电流传感器故障类型的快速识别。实验结果验证了该文所提诊断算法的有效性和鲁棒性。

水电站蓄电池组多模块协同阻断技术研究

蓄电池作为水电站中常用的储能设备,能够为电力系统提供稳定的备用电源,并满足水电站在电网停电或负荷波动时的供电需求。铅酸蓄电池以其容量大、寿命长、成本相对较低、充放电效率高和维护成本低等优点而在水电站得到广泛应用。然而,由于频繁的充放电,铅酸蓄电池易发生老化,所以当蓄电池出现开路故障时,会对整个水电站的电源安全构成严重威胁。因此文章基于目前较成熟的开路续流装置设计了一种新型铅酸蓄电池组装置,用于解决水电站铅酸蓄电池组开路故障问题。

基于转子磁链观测器的五相容错PMSM开路故障下的无位置传感器控制

五相容错永磁同步电机(PMSM)开路故障模型的不对称性,影响了其无位置运行性能。该文提出一种基于转子磁链观测器的无位置控制策略。首先,该策略在容错模型基础上,构建基于指数趋近律的滑模观测器(SMO)以获取反电动势信号;其次,为抑制所观测反电动势中直流偏置、低频和高频谐波对转子位置观测精度的影响,设计一种改进型二阶广义积分器(ISOGI),并将其和SMO级联构成转子磁链观测器;然后,采用锁相环技术从转子磁链中提取转子位置信息;最后,将该转子磁链观测器和容错控制策略相结合。实验结果表明,该策略提高了转子位置观测精度,实现了PMSM开路故障下的无位置高性能运行。

基于运行模式分析的逆变器功率管开路故障诊断方法

提出一种新型逆变器功率管开路故障的在线诊断与定位方法。该方法在逆变器开关函数模型和运行模式分析的基础上,根据故障和正常状态下桥臂下管承受电压的不同,采用简单的硬件电路来实现,具有成本低、可靠性高、诊断时间短、适用性强等优点。对逆变器的运行模式进行研究,分别对正常状态和上下管开路故障状态时下管电压的实际值进行分析。分析结果表明,与由开关函数模型得到的下管电压估计值相比,上管和下管开路故障将产生不同的误差电压。另外,功率管开关延时、死区时间及测量噪声也会引起误差电压的产生,为了保障诊断的有效性需要加以消除。对于开关延时及测量噪声带来的误差电压,采用阈值比较和脉宽限制的方法将其滤除;同时通过将误差电压与开关信号进行调制,有效地消除了死区时间内的误差电压。给出硬件实现方法,在永磁同步电机矢量控制系统中进行实验验证。该方法不受闭环控制策略的影响,从表现出故障态到诊断输出的时间在10μm以内。

共中线开绕组电驱动系统单开关管开路故障诊断研究

双逆变器开绕组电驱动拓扑方案,尤其是近年来提出的共中线设计方案,相比于单逆变器驱动系统而言具有较好的运行性能和较强的容错运行能力,是新能源汽车以及多源混合新能源汽车电驱动系统一种较为理想的拓扑方案。然而,拓扑的冗余运行特性也使其故障开关管的诊断较为困难。该文针对共中线开绕组驱动拓扑,在设计其零序电流和中点电位控制算法的基础上,提出一种基于受限单极性运行模式电流特征分析的单开关管开路故障诊断方法。该方法利用电流周期平均值特征实现故障相及"故障开关对"的定位之后,为进一步对开关对中发生开路故障的开关管进行辨识,将故障相所在的逆变桥工作于受限单极性运行模式下,从而使得同一"故障开关对"中两开关管具有不同的开路故障特征,为故障开关管的准确辨识提供了条件。最后,通过实验对所提故障诊断方案的有效性进行了验证。

发电系统变流器开路故障模式分析

功率变流器是发电系统与电网的接口,对其可靠性要求很高。在温度频繁变化的环境影响下,变流器极易发生故障。及时准确诊断变流器故障类型,是故障诊断的关键。该文在分析变流器开路故障模式的基础上,利用改进的加窗短时傅里叶变换获取各模式下故障信息,并进行对比分析,找出了各开路故障模式下的故障频谱特征及规律,为变流器开路故障分类提供了理论依据。

基于开关模态频率特征的船舶储能变流器故障在线检测方法

本文对船舶储能三电平BUCK-BOOST双向变流器IGBT开路故障检测方法进行研究。首先分析了三电平BUCK-BOOST双向变流器开路故障的电流响应及其特征,然后提出一种基于开关模态本征频率特征的变流器开路故障检测方法。该方法采用经验模态分解理论获取输入电流中固有的开关模态分量,通过希尔伯特变换得到开关模态频率并根据其变化特征对IGBT开路故障进行检测。最后,论文通过仿真与实验对该方法的可行性与有效性进行验证。研究结果表明,利用瞬时频率法可在开关周期(如0.1 ms)内有效检测变流器IGBT功率器件开路故障,具有速度快、准确率高、以及动态鲁棒性好等优点,可为变流器容错控制提供及时故障信息。

基于区间滑模观测器的逆变器开路故障诊断方法

为了提高逆变器系统故障诊断的鲁棒性和准确性,该文提出一种基于区间滑模观测器的逆变器开路故障诊断方法。首先利用开关管在正常工作和故障状态下的电流流向路径建立逆变器的混合逻辑动态模型,并设计一种电流区间滑模观测器,其通过上界滑模观测器的电流估计值和下界滑模观测器的电流估计值的凸加权和来估计逆变器在正常工作状态下的三相电流值。通过比较实际系统和观测器的输出得到电流残差进行故障检测,根据残差中包含的故障信息建立残差信息表进行故障定位。设计的电流区间滑模观测器不仅可提高区间观测器的收敛速度,并且可有效减小抖振,提高故障诊断系统的鲁棒性。最后,通过仿真和一台200W的电机实验平台验证该方法的有效性和可行性。

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。

基于特征融合的提升机逆变器故障诊断

矿井提升机逆变器故障诊断的难点在于提取表征故障的特征,目前主要利用信号处理方法得到故障统计特征,或通过神经网络提取故障深度特征。提升机逆变器在实际工作环境中,受背景噪声和负载变化等因素影响,运用单一的特征提取方法难以获得能有效表征故障的特征,导致提升机逆变器故障诊断准确率低。针对上述问题,提出了一种基于统计特征与深度特征融合的提升机逆变器故障诊断方法。首先,利用希尔伯特-黄变换(HHT)对逆变器输出电流信号进行优化集合经验模态分解(MEEMD),提取故障统计特征,同时利用压缩激励密集连接卷积网络(SE-DenseNet)提取输出电流信号的深度特征;然后,利用局部线性判别分析(LFDA)对2种特征的组合进行融合降维处理,得到统计特征和深度特征的低维融合特征;最后,将低维融合特征输入极限学习机,实现逆变器故障分类。针对提升机逆变器中单个IGBT开路故障进行实验,结果表明,该方法得到的低维融合特征比单一特征的故障表征能力更强,有效提高了故障识别准确率。

基于自适应滑模观测器的高铁牵引系统单相三电平整流器开路故障诊断

为了提升高速列车牵引系统的稳定性和可靠性,本文针对其单相三电平整流器,提出了一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障诊断方法.本文首先建立了单相三电平整流器开路故障下的状态空间模型,然后设计了收敛速度快且显著抑制高频抖振的自适应滑模观测器准确估计网侧电流,其次利用整流器网侧电流与观测器输出电流提出了基于电流绝对值均方根的开关管开路故障检测方法,在此基础上采用电流残差构造初次故障定位量进行开关管初步定位,最后利用开路故障开关函数建立故障状态下的自适应滑模观测器实现故障开关管精确定位.本文提出的方法能够实现单相三电平整流器所有开关管故障检测与定位,诊断速度快,鲁棒性强,且不需要额外注入脉冲控制信号.实验结果验证了本文所提诊断方法的准确性和鲁棒性.

基于VMD模态分量的高压断路器分合闸线圈电流特征值提取

高压断路器分合闸线圈电流波形中包含着丰富的断路器操动机构和控制回路的状态信息,分析分合闸线圈电流的特性对断路器的状态监测、故障诊断具有重要意义。文中提出一种基于变分模态分解(VMD)模态分量的高压断路器分合闸线圈电流特征值提取方法;通过变分模态分解算法对分合闸线圈电流进行分解,并确定有效反映线圈电流关键信息的模态分量;随后采用削波方式处理模态分量以提取线圈电流波形关键时间点及对应电流特征值。基于断路器实验平台采集的数据样本的实验验证结果表明,该方法能够准确有效地提取分合闸线圈电流关键特征值。

矿用NPC三电平逆变器开关管开路故障诊断方法

矿井提升机、带式输送机中电动机驱动系统的变频器大多采用中点钳位式(NPC)三电平逆变器,该逆变器开关管数量多、运行频率高,在短时间内高频率切换开关工作状态和在复杂工作环境下容易出现开关管开路故障,且故障信号具有非平稳特性。现有NPC三电平逆变器开关管故障诊断方法存在故障特征提取困难、计算量大、故障准确率较低等问题。针对上述问题,提出了一种基于概率神经网络(PNN)的矿用NPC三电平逆变器开关管开路故障诊断方法。首先利用示波器采集逆变器三相相电压信号,并对相电压信号进行去噪、归一化等处理。然后利用Clark与Park变换将三相相电压转换为两相旋转(d−q)坐标系电压,利用经验模态分解(EMD)将d轴电压分解为多个本征模态分量(IMF),对于不同的开路故障,计算各IMF的方差贡献率,得出第2、第3、第8个IMF的方差贡献率相差较大,以这3个IMF代表不同的开路故障,并计算出它们的均值、均方差和方差,作为逆变器开关管开路故障特征向量。最后将特征向量输入PNN中进行训练与分类,实现NPC三电平逆变器开关管开路故障诊断。实验结果表明,与基于卷积神经网络(CNN)和支持向量机(SVM)的故障诊断方法相比,基于PNN的矿用NPC三电平逆变器开关管故障诊断方法具有更高的故障诊断准确率,平均故障诊断准确率达97.75%。

永磁同步电机在一相断路故障下的容错控制

针对电机在一相故障下电流缺相引起的转速波动问题,依据准比例谐振能实现对交流信号无误差跟踪的原理,采用重新设计矢量控制电流环的方法减小电流的波动。为了研究设计的控制器在无感下的控制效果,在传统滑模无感控制的基础上,采用准比例谐振和滑模观测器相结合的改进无传感器控制方法。两种控制方法相结合组成了新的复合容错控制方案。通过绘制准比例谐振的伯德图,确定了准比例谐振参数的选取原则。搭建了电机硬件平台,对提出的复合容错控制方法进行了实验验证,实验结果表明:复合容错控制方法在电机一相故障情况下依然能准确地估算出电机转速,抑制电机转速的波动,在不改变控制器各个参数的同时,能兼容电机故障与正常状态,具有较强的容错控制性能。

基于滑模控制的五相永磁同步发电系统的容错控制

多相永磁同步发电机(MP-PMSG)是可再生能源发电系统逐渐采用的一种很有潜力的发电机型。本文重点研究基于五相永磁同步发电机(5P-PMSG)的海上潮流发电系统,并应用滑模控制器(SMC)实现5P-PMSG在开相故障时的容错控制。分析仿真结果并验证SMC的容错控制效果。