STATCOM主回路开关器件故障诊断

提出一种针对STATCOM主回路开关器件IGBT和续流二极管的开路故障诊断的新方法。分析发生单管IGBT和续流二极管开路故障时,STATCOM三相电流波形会发生相应的变化和缺失,引出当某相IGBT或二极管开路时,该相电流正(负)半波的无功功率会减小。将每相电流正负半波的无功功率的归一化值Sl^m作为特征值来判断故障所在相,随后引入故障相电流四分之一周期功率差dlx作为辅助特征值进一步区分IGBT和续流二极管的开路故障。最后仿真证明该方法不仅可以区分出单管IGBT和续流二极管的开路故障,还可区分出部分IGBT和续流二极管双管开路故障,且除去轻载状况下,本方法不受负载波动的影响。     

基于CNN的Buck-Boost变流器开路故障诊断

针对三电平Buck-Boost变流器开关管与续流二极管开路故障特征耦合问题,根据功率器件开路故障前后的时频特征变化,提出一种基于一维卷积神经网络(1D-CNN)的功率器件开路故障检测方法。首先,采用变分模态分解(VMD)算法计算开关模态分量瞬时频率特征,构建变流器输入电流、瞬时频率和电容电压差的特征组合。然后,建立1D-CNN模型并通过Matlab/Simulink仿真数据进行训练。最后,在半实物硬件在环测试平台进行实验验证。实验结果表明,功率器件开路故障会使运行电流瞬时频率发生二倍频突变,通过时频特征数据驱动方法能够准确检测IGBT与续流二极管的开路故障,准确率大于98%,而且时频特征组合具有更高的准确率和工况鲁棒性。     

VSC-HVDC系统中IGBT的开路故障特性分析

为了分析研究IGBT开路失效故障对于两电平柔性直流输电系统(VSC-HVDC)造成的危害,首先建立了单侧电压源换流器的IGBT开路故障仿真模型,分析研究了三相交流电流的畸变特性。然后搭建了柔性直流输电系统的IGBT开路故障仿真模型,理论证明了IGBT开路故障情况下系统交流电流、直流电压、直流电流的波形变化规律,并在此基础上提出了一种基于三相交流电流的IGBT开路故障诊断方法。最后给出了柔性直流输电系统IGBT开路故障的实验结果。仿真实验结果和理论推导均表明:当系统发生单只IGBT开路故障时,送端换流器和受端换流器交流电流都包含直流分量,但相比其他相,故障相的交流电流直流分量幅值最大,同时系统直流侧电压、电流都包含基频波动分量。     

VSC-HVDC系统功率开关管故障特性分析与诊断

针对柔性直流输电系统(VSC-HVDC)的IGBT阀的功率开关管开路故障问题,分析了系统IGBT阀开路故障的运行特性,得到了交流故障电流的变化规律,证明了功率开关管开路故障导致网侧电流出现直流分量的原因。提出一种基于故障电流特征的诊断定位方法,通过滑动统计各相电流在一个工频周期内的"0标记"数值可以确定故障所在相,依据故障相电流直流分量的正负号可以判定故障元件的位置。仿真算例的结果表明,文中方法可以实时准确地确定故障位置,且诊断结果不受输电功率大小的影响。     

四象限脉冲整流器IGBT开路故障检测

四象限脉冲整流器广泛应用于电力牵引传动系统。IGBT是脉冲整流器的核心器件,易发生故障,对其开路故障检测进行了研究。首先分析了脉冲整流器IGBT开路故障下的特征。然后用网侧电流平均值除以电流绝对值的平均值,设为检测变量,对各功率等级、各故障下的检测变量进行分析,总结出设置阈值的方法;最后通过硬件在环仿真验证了检测方法的有效性。     

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。     

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。     

基于改进谱峭度与电流均值的牵引整流器开路故障诊断方法

针对动车组牵引整流器IGBT的开路故障诊断问题,以CRH3型动车组的牵引工况为例,提出一种基于改进谱峭度与电流均值的新型诊断方法。分析单个IGBT开路和2个IGBT同时开路故障下牵引整流器的网侧电流突变情况,根据网侧电流的突变特征将其分类;计算网侧电流的改进谱峭度(SK)以检测故障发生类别;结合电流均值法定位故障。所提的改进方法不需要复杂分类器,在实际应用中方便可行,仿真结果表明该方法能有效实现动车组牵引整流器的故障诊断。     

基于IGBT输出功率的逆变器开路故障诊断方法

地铁辅助逆变器故障的及时诊断对于运行和维护都至关重要,特别是在列车运行途中,如果能够及时检测和诊断出列车上的辅助逆变器故障,将能够提高列车运行的安全性和可靠性。针对逆变器中存在的IGBT开路故障,比较了逆变器中各相电流正、负半波部分在正常和故障情况下的流向和对应的功率,提出了通过检测各相电流正、负半波部分对应的功率进而反映各IGBT的输出功率和工作状况的方法,以对逆变器中的IGBT开路故障进行诊断。算例结果表明所提方法的有效性。     

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。     

功率开关故障情况下MMC型电力电子变压器的故障穿越运行策略

基于模块化多电平结构的电力电子变压器输入级、隔离级和输出级均包含大量的IGBT和续流二极管。针对各层级IGBT和续流二极管在开路故障和短路故障下的电路拓扑和故障特性进行了分析,根据电力电子变压器各层级的特点,设计了相应的冗余方案以实现故障穿越:输入级采用子模块热备用冗余;隔离级首先对双有源桥进行了改进,通过在其串联电容侧并联半桥模块以便于单级双有源桥的切除,以此为基础为隔离级配置了热备用的冗余;输出级逆变器采用桥臂冗余。最后,通过仿真验证了所提故障穿越运行策略的有效性。     

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18相风力发电系统容错控制策略研究

针对一种18相风力发电系统的绕组结构特点,对多相风机的故障工况进行了分析,多相电机系统可能出现的故障可以直接看作开路故障,等效为电机的缺相运行。通过分析机侧、网侧能量传输机理,对系统中绕组开路及变流模块故障后的三相不控整流器的输出电流参考值进行重新整定,提出相应的容错控制方法。最后,通过仿真对变流模块故障的电流重分配控制策略及直流短路故障控制策略的有效性进行了验证。     

三电平有源电力滤波器IGBT开路故障诊断方法研究

针对三电平中点钳位式(Neutral Point Clamped,NPC)有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)中功率器件IGBT开路故障的诊断问题,提出采用小波包分析故障信号,提取各频段能量系数作为故障特征,并利用网格搜索支持向量机(Support Vector Machine,SVM)进行分类的诊断方法。将所提方法应用于三个测试点进行测试,分别为逆变输出侧三相补偿电流、直流侧电容电压、电源侧三相电流,然后针对各信号的特点完成故障特征提取与故障类型识别,最后在谐波源三相整流桥触发角变化时进行了适应性实验,结果表明所提出的方法可分别基于三个测试点实现故障诊断,并且基于直流侧电容电压的测量方式对谐波源变化有良好的适应性。     

基于残差变化率的单相级联H桥整流器IGBT开路故障诊断

为实现单相级联H桥整流器(SPCHBR)的IGBT开路故障实时诊断,提出一种基于残差变化率的IGBT开路故障诊断方法。首先建立SPCHBR的混合逻辑动态模型(MLD),生成网侧电流残差。然后从理论和仿真分析IGBT故障时的残差特征,结合电流残差变化率,定义不同开关信号隔离下的归一化诊断变量。通过设定阈值可以实现不同模块单个或双IGBT开路故障的检测和定位。所提方法不需要额外的传感器,诊断信号来自于控制系统,且诊断速度较快,在其他参数不变的前提下不受网压、负载和运行工况变化的影响。最后,通过硬件在环(HIL)测试系统验证了该诊断方法的有效性和可行性。     

多功能固态限流器自故障诊断与恢复

为实现对多功能固态限流逆变侧三相四桥臂故障进行有效诊断,提出了一种不需经过帕克变换的半周期单桥臂平均电流检测法,同时对整流侧三桥臂故障也适用。在实现快速准确诊断多功能限流器自身绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)开路故障的基础上,提出一种能在双管IGBT同时故障状态下,通过组选开关控制备用桥臂来实现系统故障桥臂物理替换,同时将故障相控制信号赋给备用桥臂,实现多功能限流器自故障快速恢复的方法。仿真和试验验证了检测和故障快速恢复方法的可行性与正确性。     

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。     

开关磁阻起动/发电系统功率变换器故障诊断仿真研究

针对开关磁阻起动/发电系统中不对称半桥功率变换拓扑,对功率开关管故障进行研究。基于角度位置控制方法,分析发电状态下单相开关管开路及短路故障时各相及母线电流的变化规律。结合三相开关管驱动信号及相电流,定义励磁及续流母线电流逻辑表达式,并以此作为参考值来实现在线故障诊断。最后搭建输出电压闭环有限元仿真平台对故障状态进行模拟,验证了该方法的可行性。     

VSC-HVDC送端换流器IGBT开路故障诊断方法

为了实现VSC-HVDC系统送端换流器IGBT开路故障的在线诊断,首先基于送端换流器拓扑结构得到了换流器开关函数模型,给出了基于开关函数的三相电压残差定义;然后推导了2类单桥臂IGBT开路故障和4类双桥臂IGBT开路故障下的三相电压残差计算公式,分析了IGBT开路故障的电压残差特征。基于此,通过设定电压残差阈值和IGBT故障标志,提出了基于电压残差的送端换流器IGBT开路故障诊断方法。最后,对所提诊断方法进行了半实物实验验证,实验结果表明,所提方法能够准确诊断出各类单桥臂IGBT开路和双桥臂IGBT开路故障,且具有一定的抗干扰性能。     

一种PWM整流器IGBT开路故障诊断方法

以三相电压型PWM整流器为研究对象,研究了在主回路IGBT开关管发生开路故障后整流器的故障特征,通过比较正常和故障工作方式下门极信号和交流侧线电压的变化情况,建立故障特征向量,由此提出了依靠检测门极信号和交流侧线电压在功率器件发生开路故障后的变化作为诊断策略的方法,经仿真验证,该方法能准确地诊断和定位出发生故障的功率开关器件,并对于单管故障和多管同时故障的检测都有显著的效果。