基于短时傅里叶变换和深度网络的模块化多电平换流器子模块IGBT开路故障诊断

针对现有模块化多电平换流器(MMC)子模块故障诊断过程中所需传感器较多、测量干扰较大等问题,提出一种基于深度学习的MMC子模块IGBT开路故障诊断方法。在对MMC子模块开路故障特征进行分析的基础上,利用短时傅里叶变换(STFT)提取桥臂电压信号的谐波分量信息作为故障诊断所需的特征参数。将所得到的特征参数进行处理后构建故障诊断样本,在通过深度置信网络实现故障类型快速检测的基础上,依据不同故障类型,构建多个基于卷积神经网络的故障定位网络,进而实现开路故障的检测与定位。通过129电平的MMC系统仿真模型和降功率的MMC实验系统搭建,对该文所提方法进行了验证。仿真和实验结果表明,所提故障诊断方法可以在减少传感器数量的基础上实现子模块开路故障的诊断,提高系统的可靠性。

基于扰动观测器的五相永磁同步电机开路和短路容错矢量控制

针对反电动势含有3次谐波的五相永磁同步电机(PMSM)开路和短路故障导致转矩脉动大的问题,该文提出一种基于扰动观测器的矢量控制(DOB-FOC)策略。该策略基于降阶正交变换矩阵在同步旋转坐标系上建立PMSM开路故障情况下的基波模型,将3次谐波反电动势、短路电流等作为扰动信号。在此基础上,设计扰动观测器,观测出以上扰动导致的转矩脉动,将其转化为q轴补偿电流前馈到q轴电流指令中,有效地抑制了故障导致的转矩脉动,并且实现了PMSM在开路和短路故障情况下的平稳无扰运行。仿真和实验结果验证了所提容错策略的有效性。

基于开口变压器法的交流电机定子非激励相绕组匝间短路检测研究

为了解决交流电机定子绕组中线圈绝缘损伤引起匝间短路故障无法准确、快速定位的问题,提出将检测转子绕组匝间短路的开口变压器法移植到检测交流电机定子绕组匝间短路,定子单相添加激励源,非激励相绕组设置故障点,开口变压器检测故障点所在槽,分析故障前后开口变压器绕组感应电动势的变化。首先阐述开口变压器检测定子非激励相的工作原理,分析正常和故障状态下通过开口变压器铁心漏磁通的表达式,进一步得到开口变压器绕组感应电动势表达式,获取故障变化规律。随后建立交流电机电磁仿真模型,进行仿真分析,最后用一台定子样机进行实验验证。结果表明:故障状态下,随着故障程度的加深,故障点所在槽的开口变压器感应电动势随之减小,证明了开口变压器可以作为离线检测交流电机定子非激励相绕组匝间短路故障的有效手段。

基于DITC的开关磁阻电机功率变换器容错控制方法

针对开关磁阻电机(SRM)功率变换器中开路故障和短路故障导致的相电流和转矩异常情况,提出了一种容错控制方案。通过分析转速波动的机械运动方程,设计了基于参考转矩补偿的开路容错控制算法,以应对开路故障带来的相电流和转矩过大的问题。针对开关管短路故障,通过分析故障相关断区间内电流峰值和斜率变化特性,实现了对短路故障的及时诊断。一旦发现短路故障,将立即阻断故障相的励磁,并切换至开路故障模式,从而实现短路容错控制。两种故障容错方法均建立在直接瞬时转矩控制(DITC)的基础上。设计了转速分别为500 r/min和1000 r/min时开路、短路故障实验,仿真结果验证了该容错控制的正确性和有效性。

典型植被触400 V架空线路故障引燃试验分析

为了研究植被触低压配电线路故障是否会威胁林区防火安全,搭建了一个400 V架空线路植被触导线故障模拟试验平台,选取了林区常见的雪松和凤尾竹作为典型的植被样品,同时为了补充试验数据,还增加了葎草和爬山虎进行试验。通过分析故障时流经植被的泄漏电流、植被的温升现象和植被表面的炭化痕迹来研究低压配电线路与不同类型植被接触引燃的可能性。研究表明:雪松触单相导线故障无明显温升现象;含水率高的凤尾竹触单相导线故障温升明显,故障点附近有明显的炭化痕迹,最高温度达到95.3℃时,最大泄漏电流为180 mA;电流的热效应在故障点累积,导致该区域的温度上升和水分蒸发。随着含水率的降低,水分蒸发对植被阻抗的影响逐渐增大,进而导致泄漏电流下降,最终使温度降低直至室温,因此,植被不会自燃,也无法通过电弧引燃附近易燃物,说明低压配电线路植被触单相导线故障不会威胁林区的防火安全。特殊情况下的凤尾竹跨接两相导线故障以及葎草和爬山虎跨接两相导线故障温升明显,且伴有放电现象,在一定条件下,可发展为相间短路,产生的短路电弧会引燃故障点附近的易燃物,威胁林区防火安全。研究结果对穿越林区的低压配电线路预防山火具有重要意义。

光伏发电变换器的功率管故障检测与定位研究

光伏发电变换器容易因为功率器件发生开路故障或短路故障造成系统停机,在并网状态下还会对公共电网造成瞬间冲击。为了有效识别光伏发电变换器存在的功率管故障,提出一种低成本的光伏串联谐振变换器的功率管故障检测与定位策略,可以在变换器输入侧功率管发生短路故障和输出侧功率管发生开路故障时快速实现对故障的精确检测与定位,使系统能够快速检测到故障并及时地应对故障。对于输入侧功率管的短路故障,利用基于光伏组件电压测量的方法来检测短路故障;输出侧的功率管开路故障则通过检测与直流母线共用同一个地的2个底部开关的电压来发现。搭建一台300 W的实验样机对所提方案进行验证,实验结果表明本文方案可以快速精准地识别2种功率管故障,并在检测到故障后及时控制系统使其恢复到可接受的工作状态。

CT二次回路故障检测防误闭锁装置的研究和应用

继电保护装置在发配输环节中必不可少,其电流采样需使用电流互感器(CT)获取。如果CT的端子接线松动、绝缘老化、外皮破损致使其故障以及人为误操作等,就可能造成CT二次回路的短路或开路现象。提出一种CT二次回路故障检测防误闭锁装置,采用了模块化的设计,施工简单,适用于大部分现有保护装置的改造,可适用于各种类型微机保护、自动化以及计量装置的CT二次回路短路故障检测和中性线断线检测,可避免继电保护装置误动作,防范人为误操作和检修质量不到位造成的故障,给操作者提供容错机会。

短路故障对部分接地方式下220kV变压器影响分析

220kV变压器通常采用部分接地方式,因系统容量增加,短路故障引发变压器故障时有发生。分析了220kV变压器中性点绝缘承受过电压的能力,计算了220kV变压器承受短路的限度,以及单相短路时中性点的过电压。结合实例,分析了单相短路和非全相运行时对不接地变压器中性点绝缘的影响,以及各种短路故障时接地变压器的耐热稳定性和耐动稳定性。指出短路故障通常不会直接导致中性点绝缘击穿,但若有其他过电压共同作用,则很可能会引起中性点绝缘击穿;而通过中性点直接接地变压器的短路电流已经很接近其承受短路的限度,建议采取限流措施,或者改变220kV变压器的接地方式。

五相容错电励磁双凸极电机容错特性分析

针对在高可靠性应用场合而提出一种五相容错电励磁双凸极发电机(fault-tolerant doubly salient electro-magnet generator,FTDSEG)结构。在对比分析了五相非容错电励磁双凸极发电机(non-fault-tolerant doubly salient electro-magnet generator,NFTDSEG)与五相FTDSEG的结构特点基础之上,推导出了从五相NFTDSEG到五相FTDSEG的定转子极数比的变化,并由此得出五相FTDSEG输出正负电动势各占144电角度。利用有限元分析软件,对五相NFTDSEG和五相FTDSEG的磁链和电势进行了对比仿真分析,特别对五相FTDSEG故障运行状态进行了分析。研究了不同励磁电流下4种故障运行时的输出电压以及电机的外特性和功率特性,得出了故障运行对输出电势以及输出功率的影响规律。分析了在饱和时单相短路故障的输出电压比开路故障时大的原因。最后对样机进行实验,证实了该电机具有良好的容错性能。

低压系统短路电流快速分断控制实现的研究

本文分析了实现低压系统短路故障早期检测的主要难题,设计了基于短路故障早期检测模型的短路电流快速分断控制系统并进行了有效验证,解决了短路故障早期检测理论的实际应用问题。同时,为开发智能型保护电器提供了一个有效的试验验证方法。

双绕组永磁容错电机的余度电驱动系统

提出一种基于双绕组永磁容错电机的余度电驱动系统,其电机本体采用转子磁钢离心式对称六相十极永磁容错电机,定子中包含两套相互独立的三相绕组。系统采用了基于矢量控制的热备份余度容错控制策略,同时采取故障诊断与余度通信策略。对基于双绕组永磁容错电机的余度电驱动系统进行了一相绕组断路和一相绕组短路故障态的仿真验证,并搭建了系统试验平台对其进行了试验验证。仿真和试验表明,当系统发生断路或短路故障后,电机输出性能仍可保持不变,实现了系统断路或短路故障容错,证明了电机设计的合理性及余度容错控制策略的正确性。

同杆双回线断相故障计算的解耦相分量法

按照仅保留双回线的原则选取同杆双回线首末节点作为边界节点,在相坐标下将同杆双回线进行解耦处理,建立同杆双回线的解耦等值电路。避免了直接在相坐标下进行计算时各相之间的耦合,根据简单的电路理论即可分析复杂的同杆双回线完全或者非完全断相故障。此方法避免了同杆双回线断相故障计算中复杂的序网连接,可以方便、精确地模拟同杆双回线断相故障,且方便计及非完全断相时的断相口故障阻抗。算例表明该方法是分析计算同杆双回线断相故障的一种十分有效的方法。

用于多相无刷励磁机开路与短路故障检测的磁极探测线圈设计

多相无刷励磁机已广泛应用于大容量核电机组,但现阶段对常见故障缺乏可靠的检测及保护措施。该文设计了一种用于无刷励磁机故障检测的磁极探测线圈,并研究了不同磁极下探测线圈的组合联结方式。针对多相环形绕组无刷励磁机的励磁绕组匝间短路、二极管开路、电枢绕组断线和内部短路等常见故障,分析了正常运行和各种故障工况下多相电流及其产生的合成电枢反应磁场的特点,推导出各种故障在磁极探测线圈端口引起的电压谐波特征,并通过样机实验进行了验证。理论分析与实验结果表明,应用该文设计的组合磁极探测线圈,可根据探测线圈端口电压的频率特征,检测并区分各种故障,为提高多相无刷励磁机的安全可靠性提供了新思路。

柔性直流输电系统中IGBT阀的故障诊断方法

基于两电平VSC-HVDC系统拓扑图,分析了IGBT阀开路故障时交流侧三相电流的变化情况,得到了故障相电流直流分量的变化规律,进而研究了系统传输功率突变对三相交流电流基波分量相位的影响,从而提出一种运算简便且快速的故障阀定位方法。该方法首先根据各相电流基波分量相位差判断系统状态,在排除功率突变的前提下再以直流分量标幺值为诊断变量对故障元件进行定位。最后模拟系统潮流反转后某IGBT阀发生失效开路故障的情况,利用所提出的方法进行故障诊断,结果表明该方法可快速准确的确定故障位置,并能避免因功率突变而引起的误诊问题。

H桥驱动下的单绕组无轴承薄片电机功率系统故障分析及容错控制

针对由H桥驱动的单绕组无轴承薄片电机因功率系统开关管发生故障导致电机无法正常运行的问题,以六相单绕组无轴承薄片电机为例,分析了开关管发生开路和短路故障时H桥的工作模态以及故障对系统造成的影响。在故障分析的基础上,对电机短路电流数学模型进行了推导,提出统一的故障容错控制方法。该方法通过非故障相电流重构,补偿功率模块故障对系统造成的影响,提供电机稳定运行所需悬浮力与转矩。通过有限元分析,验证了短路电流模型的正确性及故障容错方法的有效性。以1相和2相绕组功率开关管发生开路或短路故障为例,在一台原理样机上实验验证了理论分析与仿真结论。

五相圆筒永磁电机统一容错矢量控制

为使五相圆筒永磁电机(tubularpermanentmagnet motor,TPMM)在发生相开路故障和相短路故障时,仍然具有优良的动态性能,同时提供平滑的推力,该文提出一种统一容错矢量控制策略。根据非故障相容错电流推导降阶正交变换矩阵;利用相短路电流和反电势的关系设计电压补偿器,建立TPMM相开路和相短路故障状态下的统一数学模型。在此基础上,为提高TPMM在相开路和相短路故障下的稳态和动态性能,同时为简化控制策略,将降阶正交变换矩阵代替传统矢量控制策略中的克拉克变换矩阵,并且对两相静止坐标系上的电压进行补偿。实验结果验证了所提控制策略的可行性。

少环配电网短路故障计算新方法

通过网络变形,构造出对环网解环及短路故障进行模拟的新端口,给出了环网解环及短路故障模拟的统一方法。以新端口为边界,将故障后的少环配电网分解成辐射状对称网络和模拟环网解环及短路故障的不对称网络2部分。在此基础上,推导了边界端口注入电流的计算公式;基于辐射状网络节点注入电流、支路电流及节点电压间的关联关系,完成了非故障处支路电流、节点电压的计算,提出一种少环配电网短路故障计算的新方法。该方法具有以下特点:环网解环及短路故障的模拟方法统一,可以方便地模拟任意复杂故障,包括两点接地故障;利用辐射状网络的支路阻抗参数完成故障计算,故障计算效率高;能够自动适应网络操作;非故障处的支路电流、节点电压的计算简单直观。算例分析表明,该算法具有良好的计算效率和精度。

含限流器的电力系统断相加短路故障计算相补偿法

基于多端口网络理论,提出采用相补偿法进行含固态限流器的电力系统断相加短路故障计算。该方法可以方便地模拟断相加短路故障中固态限流器以及短路点接触电阻的影响,避免了序坐标下复杂的序网连接。算例分析验证了该方法的有效性。

电机定子绕组故障容错控制概述

简要介绍定子绕组主要故障及其失效机制,重点介绍了容错电机本体的研究进展以及电机定子绕组断路故障、端部短路故障的主要容错控制方法。容错技术将向相隔离、多相化、高性能化、智能化发展。

基于内部故障仿真的可变速抽水蓄能发电电动机定子侧主保护优化配置研究

大型可变速抽水蓄能机组具有交流励磁和变速恒频发电的特点,研究其内部故障仿真建模方法对明确其主保护最优配置方案有实用意义。首先,基于分支电压方程和磁链方程建立可变速抽水蓄能发电电动机的通用数学计算模型,能够实现对并网满载工况下定子绕组内部短路故障和开焊断线故障的暂态仿真。仿真结果中两类故障的故障特征与理论分析一致,验证了该数学计算模型的正确性。然后,根据定子绕组的绕线规律分析可能发生的短路故障和断线故障情况,利用所建立的数学模型对所有故障情况进行仿真计算。最后,经定量化分析比较,发现主保护配置方案为:“零序横差电流保护+裂相横差电流保护+完全纵差电流保护”时保护覆盖范围最大。