Comparison between open phase fault of arc suppression coil and single phase to earth fault in coal mine distribution network

When, in a coal mine distribution network whose neutral point is grounded by an arc suppression coil (ASC), a fault occurs in the ASC, compensation cannot be properly realized. Furthermore, it can damage the safe and reliable run of the network. We first introduce a three-phase five-column arc suppression coil (TPFCASC) and discuss its autotracking compensation theory. Then we compare the single phase to ground fault of the coal mine distribution network with an open phase fault at the TPFCASC using the Thévenin theory, the symmetrical-component method and the complex sequence network respectively. The results show that, in both types of faults, zero-sequence voltage of the network will appear and the maximum magnitude of this zero-sequence voltage is different in both faults. Based on this situation, a protection for the open phase fault at the TPFCASC should be estab-lished.

单相脉冲整流器故障在线智能诊断实验设计

针对高速列车电力牵引系统中单相脉冲整流器的功率器件开路故障和传感器故障,设计了基于数据驱动的故障在线智能诊断实验。首先,对单相脉冲整流器系统进行数学建模,分析功率器件开路故障的故障拓扑和传感器故障的故障机理;然后,基于极限学习机算法和非线性自回归结构设计智能诊断模型,并将故障在线智能诊断实验分为离线训练和在线验证2个阶段;最后,基于RT Box半实物仿真器搭建快速原型控制实验平台,对故障模型和诊断模型进行实验验证。实验结果表明,构建的单相脉冲整流器故障在线智能诊断模型可以在1/4个基波周期内检测到故障的发生,并在3/4个基波周期内识别出具体故障类型。

双三相同步磁阻电机单相开路故障下的容错控制策略

双三相同步磁阻电机(dual three-phase synchronous reluctance motor,DTP-SynRM)转子不含永磁体,没有高温退磁风险,成本较低,且由于其系统自由度高、冗余性强,因此具有较好的容错性能。开路故障是双三相同步磁阻电机系统中最常见的故障类型之一,该文针对一种两套三相绕组中性点相互独立的双三相同步磁阻电机单相开路故障,建立DTP-SynRM矢量空间解耦模型,实现对电压、电流和磁链方程的完全解耦。在开路故障状态下仍将其视为一个正常的双三相电机,分析故障状态对电机的电流约束和信号传递的影响,并指出在开路故障下z2轴电流与β轴电流不再独立,电机由正常运行时的四阶系统降阶为三阶系统,而由于开路故障导致的电压信号传递不准确则会在dq坐标系中引入二次谐波电流,并产生二次和四次转矩波动。该文提出一种同时考虑电流约束和信号传递误差的故障容错方法,电机处于三闭环运行状态,补偿电压信号传递误差,抑制开路故障时电机的转矩波动并降低电流谐波。搭建实验平台进行实验,验证所提容错方法的有效性和可行性。

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。

基于小波包分析和优化KNN的电动开度阀故障检测方法

针对以微控制器MCU为控制核心的电动开度阀控制系统难以集成高效且计算量小的故障检测子系统的问题,基于小波包变换和优化K近邻(K-Nearest Neighbor,KNN)算法提出了一种电动开度阀故障检测方法。对阀门振动信号进行小波包变换,计算小波包节点的能量值与其重构信号的时域特征参数。根据Pearson系数筛选出两种与能量强相关的故障特征参数:峰峰值与均方根,并将两者作为KNN算法的样本评价指标;通过对评价指标进行加权优化了KNN算法的距离计算公式,分别在MATLAB和实验样机中进行故障检测测试,对应最高分类准确率分别为92.5%与86.7%。结果表明:实验测试与仿真分析具有较好的一致性,该故障检测方法的优势在于计算量小、故障识别率较高,并能有效地应用于以MCU为核心的电动开度阀控制系统。

考虑可平移负荷和智能软开关的主动配电网故障恢复方法

在配电网发生故障后,主动配电网能够实现用户侧参与功率的实时供需平衡,满足故障后的负荷恢复。用户参与配电网的调度也是提升故障后负荷恢复比例的途径之一,可平移负荷具有较强的可控性,有效提升了主动配电网的灵活性,智能软开关等新兴可控设备的接入,也使负荷的快速供电成为可能。本文建立了考虑可平移负荷和智能软开关的主动配电网故障恢复模型,并考虑了负荷的重要性系数。通过改进的IEEE 33节点算例进行仿真分析,构建单一故障、多点故障、短时故障的场景,验证了本文所提出方法的有效性以及可控装置对故障后负荷恢复量的提升。

改进残差网络的逆变器开路电路故障诊断

针对传统三相电压源逆变器开路故障诊断方法存在准确率低和鲁棒性差的问题,提出一种用于故障诊断的改进二维卷积神经网络优化方法.该方法首先引入一种新的数据预处理方式,通过马尔可夫变迁场(MTF)将原始时域电压信号数据转换成二维灰度图像,有效保留特征的时空关系;其次,提出采用并行注意力机制对卷积神经网络ResNet18特征提取层提取的特征分别进行通道和空间特征筛选,并完成有效特征融合;最后,融合的特征经ResNet18全连接层和输出层得到故障分类结果.实验结果表明,所提出的改进故障诊断方法能将诊断精度提升至99.80%;在不同噪声条件下均能保持90%以上的分类准确性,验证该方法可有效提高逆变器开路故障诊断性能和鲁棒性.

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。

三有源桥变换器开关开路故障诊断与容错运行策略

作为一种典型多端口变换器,三有源桥(triple active bridge,TAB)DC-DC变换器广泛应用于分布式直流系统中,其开关器件开路故障将严重影响系统运行。为降低开关故障带来的影响,该文提出TAB变换器开路故障诊断方法与容错运行策略。首先,分析TAB变换器正常运行特性以及开关管开路故障暂态过程,提出利用TAB变换器各桥臂中点电压平均值实现开路故障定位。通过闭锁故障开关所在桥臂的驱动信号消除开路故障导致的直流偏置;然后,分析闭锁状态下TAB变换器的运行特性,确定能够保证TAB变换器实现开路故障容错运行的移相角范围,当开路故障发生于直流母线侧,调节移相角使得直流母线吸收功率,当开路故障发生于储能侧时,调节移相角使故障储能切除。实验结果验证所提方法可准确快速实现各开关管开路故障诊断,并实现容错运行,提升TAB变换器的可靠性。

基于模型参数辨识的逆变器故障诊断方法

三相逆变器因已广泛应用于现代工业、交通、航空航天等领域,而具有举足轻重的地位。为解决实际应用中三相逆变器的开路故障严重影响系统正常稳定运行的情形,提出一种基于模型参数辨识的逆变器开路故障的检测和定位方法。该方法通过采集逆变器三相输出电流,将三相电流值进行Clarke变化和归一化处理后,构建逆变器参数模型。将快速递归算法与参数模型结合,对逆变器进行实时参数估计,并将估计的参数组成故障诊断向量,对应逆变器的不同类型的21种开关故障可以形成基准向量矩阵库。正常运行时,监测到的向量和基准模型向量之间的欧氏距离接近于0,而当逆变器发生开路故障时,向量间的欧氏距离将迅速超过一个阈值,据此变化可以检测逆变器是否发生开关开路故障的发生。在检测到开路故障后,对故障开关进行精准定位,通过实时对比与基准模型库向量欧拉距离值得到最小距离所对应的故障标签,通过查询故障分类表,可以定位发生开路故障的开关。在半实物仿真平台开展了逆变器故障的实验,验证方法的有效性和准确性。实验展开了对不同负载下,不同类型的三相逆变器开关管开路故障的诊断,实验结果证明了方法能精确地定位到不同的类型的三相逆变器开路故障,同时也对不同负载运行情况下的故障诊断表现出高鲁棒性。

用户侧储能两电平换流器开关管开路故障诊断

随着新型配电网发展,用户侧储能已成为配电网中的重要环节之一。储能设备的换流器是储能与电网的接口设备,其开关管是故障率较高的器件,且开路故障隐蔽性较强。针对配电网用户侧复杂的电能质量环境,在两电平换流器充电与放电过程中开关管开路故障机理研究基础上,提出了基于扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter,EKF)与宽度学习系统(broad learning system,BLS)的开关管开路故障诊断方法。该方法通过EKF动态提取故障谐波的特征,BLS识别特征并诊断故障。通过仿真与实验证明在0.2~3(标幺值)的负载波动、5%~10%的系统谐波与±0.5 Hz频率偏移等配电网常见扰动下,单管开路故障与双管开路故障准确诊断与定位的准确率为100%,为用户侧储能系统监测提供有效支持。

适用小样本的并网光伏阵列故障诊断方法

该文提出一种适用小样本的并网光伏阵列故障诊断方法。首先,使用光伏阵列的稳态输出电信号时间序列构建特征向量,论证该特征向量可以表征正常、开路故障、短路故障、阴影等不同状态。其次,针对光伏阵列运行环境多变的情况,提出一种将实际气象条件下光伏阵列输出值转换到统一工况下的数据处理方法。然后,为适用小样本情况,将线性判别分析方法与有偏差的协方差估计、公共奇异值分解相结合,解决样本高维低量导致的样本协方差矩阵估计奇异和判别函数求解困难的问题。最后,在上海市某高校楼顶搭建实验平台,采集光伏阵列不同状态下的实验数据,验证了所提数据处理方法对使用稳态电信号的必要性,及该故障分类算法在小样本场景中的有效性。

MMC子模块开关器件开路故障诊断策略

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)内部开关器件发生开路故障时,会导致输出电流畸变,相间环流增大,严重危害设备的安全稳定运行。准确判断开关器件开路故障发生的子模块是MMC系统稳定运行的关键,分析了IGBT和续流二极管发生开路故障时的故障特征,提出了一种基于电容电压增量比值判断的IGBT开路故障诊断方法,准确判断发生IGBT开路故障的子模块;利用二极管发生开路故障时桥臂电流和开关函数的关系,提出了基于周期性故障特征累计分析的续流二极管开路故障诊断方法,准确判断发生二极管开路故障的子模块,并设计了冗余控制方案。基于RTDS仿真平台搭建了MMC整流级模型,所提出的故障诊断策略能准确判断故障器件与故障子模块,解决了开关器件开路故障难以诊断的问题。

计及二次侧开关开路故障的半有源桥变换器多模式容错运行策略

半有源桥(S-DAB)变换器广泛适用于电动汽车充电、光伏发电等仅需单向功率流的多种场景。针对二次侧开关开路故障,为了提高S-DAB的可靠性,需要采取容错运行策略抑制故障电流保证高可靠性运行。该文分析S-DAB正常运行模式的工作原理。在此基础上,提出S-DAB变换器二次侧开关发生开路故障时故障诊断与容错单有源桥(SAB)运行方法。所提出的故障诊断策略只需要一个额外的电压传感器能够识别二次侧故障开关位置。在实现故障定位后,基于所提容错SAB方法,能够保证开路故障后,变换器仍具备一定的功率传输能力。所提方法能够以较低的成本提高变换器容错运行的可靠性。实验结果验证了所提出的故障诊断策略与容错SAB模式的有效性。

天山胜利隧道敞开式TBM钢管片支护作用效果研究

针对TBM穿越断层破碎带地层洞壁围岩松动掉块严重的问题,依托乌尉天山胜利隧道,采用数值模拟的方法,通过对比研究传统支护方式与新型钢管片支护方式下围岩变形和围岩塑性区情况,研究钢管片支护的作用效果;同时,为说明不同支护的适用条件,采用现场调研方法开展不同支护方式下施工效率和经济性对比分析。结果表明:1)断层破碎带地层中,当围岩出露护盾后,变形量与塑性区范围增大,围岩破坏程度加剧,以锚杆和钢拱架为主的传统支护方式无法较好地控制围岩变形和塑性区发展。2)断层破碎带地层中,钢管片支护较传统支护的围岩累计沉降值降低53%,围岩变形收敛快,能更好地控制围岩变形和发展。3)钢管片支护较传统支护的围岩塑性区范围小,其中边墙的最终塑性区缩小44%,且钢管片支护可实现早封闭、及时支护,塑性区均匀,更有利于围岩的稳定。4)一般地层中,传统支护方式的经济性和效率更佳;断层破碎带地层中,钢管片支护方式可提供安全作业空间,减小钢拱架+喷锚支护作业量,较传统支护经济性和施工效率更佳。

基于迁移学习的齿轮箱开放集跨工况故障诊断

随着工业与航空航天技术的不断发展,齿轮箱等旋转机械的工况与故障模式逐渐趋于多样化、复杂化,可靠性与安全性问题日益突出,大量工况数据缺乏故障标签,且不同工况间故障模式不对称,迫切需要研究有效的故障诊断方法。以齿轮箱为案例验证对象,设置跨工况和开放集故障诊断场景,针对目标工况故障标签匮乏的问题,提出利用迁移学习将源工况的知识迁移到目标工况,利用交叉熵分类损失函数对已知故障类型进行识别的方法;针对跨工况条件下故障模式不对称的开放集问题,提出利用卷积神经网络提取工况间的相似数据特征,利用二分类损失函数对目标工况的已知类与未知类进行分类的方法。提出联合损失函数,训练诊断模型,实现故障特征从源域到目标域的联合迁移。案例分析结果表明:所提方法能够实现开放集情况下的跨工况故障诊断,且平均诊断准确度在90%以上。

模块化多电平变流器IGBT开路故障诊断与定位方法综述

随着模块化多电平变流器(modularmultilevel converter,MMC)在工程领域中广泛应用,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)开路故障问题日益突出,并成为制约其稳定运行的主要因素。IGBT开路故障诊断与定位方法作为及时识别开路故障,保证MMC持续稳定运行的主要手段而被广泛研究。文中首先对MMC的基本结构及IGBT开路故障特征进行介绍和分析,阐明故障子模块电流路径及电容电压变化趋势;其次,以定位故障IGBT使用的方法和手段为依据,对国内外相关主要文献进行分类和归纳,总结不同类型故障诊断方法的优点和不足;最后,对MMC开路故障诊断与定位方法的未来发展方向和趋势进行展望,指出基于硬件、基于模型和基于人工智能的3类诊断方案分别在降低硬件复杂度、提高故障诊断准确率和降低计算量等方面应该重点解决的主要问题和思路。