基于四分位数的MMC子模块开路故障诊断方法

模块化多电平换流器(MMC)子模块发生故障时,如何快速准确地检测并定位故障是提高换流器运行可靠性的关键。为解决上述问题,提出了一种基于桥臂输出电压误差、子模块电容电流误差四分位数的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开路故障诊断策略。首先,基于桥臂电压实际值和预测值误差,检测故障桥臂和子模块数目。其次,建立子模块电容电流观测方程,计算电容电流实际值和预测值误差,基于误差数据四分位数定位故障具体位置。最后,基于硬件在环(HIL)实验平台进行单相MMC系统实验研究,结果表明,所提方法在20 ms内准确定位IGBT开路故障,且故障定位阈值选取具有鲁棒性强的优点。     

基于多元高斯分布异常检测模型的MMC子模块开路故障诊断方法

模块化多电平换流器（MMC）的子模块开路故障隐蔽性强,可以及时有效地识别故障位置,防止故障蔓延影响其他组件,提高换流系统的可靠性。为了诊断子模块开路故障,该文提出一种基于多元高斯分布异常检测模型的故障检测方法。首先,分析子模块开路故障特性,选择子模块电容电压作为故障检测的关键指标,并提取子模块电容电压的12个特征量组成特征向量用于故障诊断。然后,根据多元高斯分布特性,提出基于多元高斯分布的异常检测模型构建方法,并基于此模型提出子模块开路故障诊断策略,可在故障样本偏少致使样本不均衡时,实现高准确率、高效率的故障诊断。最后,通过仿真和实验验证了所提出的MMC子模块开路故障诊断方法的有效性。     

兼具开路故障诊断能力的MMC电容电压测量方法

模块化多电平换流器在高电压等级、大输送容量场合的应用中,各桥臂大量子模块的电压需要实时采集并维持在允许范围内,但电压传感器配置数量的增加影响了系统的经济性与可靠性。为解决以上问题,提出了一种基于电容电压预估和组电压测量的子模块电容电压测量方法。该方法对桥臂子模块进行了分组,每组仅配备一个电压传感器,从而使传感器数量得以减少。在该测量方法基础上提出了一种子模块开路故障诊断策略,通过比较电压实测值与预估值完成开路故障的快速诊断,并且对传感器设置了故障冗余,在传感器发生故障的情况下系统仍能保持稳定运行。基于PSCAD/EMTDC搭建了21电平基于模块化多电平换流器的高压直流仿真系统。仿真结果表明,所述方法具有与传统方法近似的测量精度,同时能在较短时间内诊断子模块开路故障与传感器故障。     

一种基于桥臂电流畸变及自适应观测的MMC子模块开路故障诊断定位方法

模块化多电平换流器的子模块数量较多,增大了系统发生故障的概率,因此子模块故障的快速诊断和准确定位是保障换流器持续运行的关键。针对MMC子模块开路故障,提出了一种基于桥臂电流畸变及自适应观测的故障诊断和定位方法。通过对故障后桥臂电流的特征提取,判断出故障发生的桥臂以及开路故障的类型;然后利用自适应观测器得到子模块电容电压观测值与实际值的残差,从而实现故障子模块的快速和准确定位;最后利用Matlab/Simulink软件搭建MMC变换器仿真平台,通过对不同相、不同桥臂和不同类型的故障进行仿真,验证了所提故障诊断和定位算法的正确性与有效性。     

基于无监督学习的MMC子模块开路故障诊断方法

模块化多电平换流器(MMC)子模块发生故障时,快速准确地检测并定位故障是提高换流器运行可靠性的关键.目前,机器学习在MMC故障诊断领域得到了一定的应用,但大多需要采集每种故障情况下的样本,而故障样本采集难度较大.针对此问题,提出一种无需采集故障样本,仅根据正常样本训练分类模型即可实现故障检测和定位的无监督故障诊断方法....     

基于支持向量机的模块化多电平换流器子模块开路故障诊断方法

随着模块化多电平换流器（MMC）应用范围越来越广泛,其子模块的开路故障诊断方法成为研究热点。MMC的故障样本少,正常样本多,冗余子模块过多。针对此问题,本文提出基于支持向量机（SVM）的MMC子模块开路故障诊断方法,判断子模块故障发生在区内还是区外,以实现故障子模块的检测和定位。针对MMC子模块开路故障特征,选取子模块电容电压作为样本特征,分析子模块故障对A、B、C相样本的影响,通过赋予A、B、C相正常样本不同的权重系数,提高故障识别的准确率。最后,搭建MMC仿真模型,证明了所提方法的有效性。     

基于多分类相关向量机的MMC多相故障诊断关键技术

模块化多电平转换器拓扑结构复杂,当不同相子模块发生故障时,传统诊断方法只检测单个子模块故障,无法识别多相子模块故障.提出了一种多分类相关向量机算法用于模块化多电平换流器的多相故障诊断,对三相电压的时频数据进行傅立叶变换,以获取三相电压的频域数据,使用频域中的典型低次谐波分量作为故障特征量,采用多分类相关向量机算法进行故...     

基于滑模观测器的MMC IGBT开路故障诊断

为了提高模块化多电平变换器(MMC)系统的可靠性,提出了一种基于滑模观测器的MMC子模块(SM)开路故障诊断方法.首先根据MMC的运行原理设计了滑模观测器.再利用观测器估计的输出与传感器测量的输出构造残差信号,通过对残差信号的分析实现子模块开路故障的检测.然后根据故障子模块输出电压特性确定故障位置.最终,在MATLAB/Simulink中搭建单相MMC仿真模型,模拟其中的一个子模块的IGBT发生开路并进行故障诊断.结果表明提出故障诊断方法的正确性.     

适用多功率的最近电平调制下MMC子模块开路故障诊断策略

模块化多电平换流器（MMC）子模块（SM）发生故障时，快速检测到故障并定位故障SM是提升MMC可靠性的关键。现有研究基于经验的阈值设置在不同运行功率间难以推广。针对于此，提出一种适用于不同运行功率的最近电平调制（NLM）策略下MMC子模块开路故障诊断策略。所提策略通过判断SM电容电压预测值与实际值间的绝对误差是否超出阈值来检测并定位故障。通过数学推导给出了设置阈值的可靠依据，并验证了当运行功率发生改变时无需重新手动设置阈值，与现有研究相比降低了阈值设置难度。此外，所提策略整合了现有策略的优点，包括无需额外硬件，计算负担小，诊断速度快（<20ms），适用于多个SM发生故障的情形等。同时，通过理论分析验证了所提策略不仅适用于NLM策略的情形，在调整SM开关函数的预测方法后可推广至其他MMC调制策略。在硬件在环平台中的实验结果验证了该策略可以在不同功率点准确、快速地诊断出两种MMC子模块开路故障。     

基于平均电容的MMC直流故障电流计算方法研究

MMC直流故障电流计算方法是研究柔性直流电网直流故障暂态特性、实现快速故障隔离的核心与关键。首先,针对两种典型MMC故障等效模型,对比分析了二者的拓扑结构和故障时刻等效电容电压变化规律;其次,考虑MMC各桥臂子模块电容电压均衡机制,提出了MMC平均电容的计算方法,在此基础上提出了基于平均电容的MMC直流故障电流计算方法;最后,通过在PSCAD/EMTDC搭建MMC-HVDC模型进行仿真,验证了提出MMC直流故障电流计算方法的准确性和适用性。     

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。     

基于自适应T-CFSFDP的MMC开路故障定位方法

模块化多电平变流器(MMC)含有大量子模块(SM),及时定位开关器件发生开路故障的SM是MMC系统可靠运行的关键问题之一。这里根据故障SM和正常SM之间电容电压变化的差异性,采用基于自适应截断平均数的快速搜索与发现密度峰值聚类算法(T-CFSFDP),可有效定位MMC中的SM开路故障。所提出的故障定位方法不需要创建复杂的数学模型和手动设置经验阈值,也不需要大量的训练数据样本,可有效定位故障SM。仿真和实验结果表明,提出的基于T-CFSFDP的MMC中SM开路故障定位方法能够快速有效定位开路故障的SM。     

基于观测器的MMC功率模块故障诊断方法

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)功率模块故障问题,采用标称模型观测器进行故障检测与隔离。对功率模块每一种可能的结构性故障构造一个故障模式观测器,对每一个可能发生故障的参数构造一个自适应观测器。通过观察功率模块各个观测器的残差曲线,将发生的故障隔离出来,同时也实现了故障辨识。根据功率模块电容器电容值变化故障的特点,采用李雅普诺夫方法设计自适应观测器,保证状态-参数联合估计的收敛性。采用功率模块硬件电路对所提方法进行实验研究,验证此方法用于功率模块故障诊断的有效性。     

级联式DSTATCOMIGBT开路故障诊断策略研究

对配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)的主开关器件IGBT发生开路故障时主要参数的变化特性进行研究。选择直流电容电压信号作为故障诊断信号,并基于小波多分辨率分解对故障信号的特征向量进行提取,将基于粒子群算法优化的最小二乘支持向量机应用于IGBT故障诊断中,并对故障进行分类,最后基于低压DSTATCOM,对该故障诊断策略的有效性进行了验证。     

基于Prony算法的三电平逆变器开路故障诊断方法

针对传统基于信号分析的中性点箝位(NPC)逆变器故障诊断方法存在频谱易泄露,及难以分析非稳态、非线性故障信号的问题,提出一种基于Prony算法的三电平逆变器开路故障诊断方法。首先,采用小波变换对原始测量信号去噪预处理,克服Prony法对噪声敏感的缺点。其次,通过Prony分析拟合逆变器的三相电流信号,提取其幅值、频率、相位、衰减因子四维故障特征。然后,应用支持向量机(SVM)对中性点箝位逆变器故障进行分类。最终,在仿真平台上验证文中所提算法,仿真结果表明,对中性点箝位逆变器开路时瞬变非线性电流信号可以有效的提取故障特征,实现单、双管的开路故障诊断。     

基于电流相角的三相整流器开路故障诊断方法

分析了三相桥式脉宽调制(PWM)整流器的开关管单管和多管开路故障现象,包括对应相电流部分变零和直流侧电压脉动,讨论了多管开路故障和系统参数对电流为零区域的影响。在此基础上提出一种基于网侧电流相角的开关管开路故障诊断方法,给出具体实现和参数选取方法。该方法对单管和多管同时开路故障均能实现有效检测和定位,算法简单,无需增加硬件电路,对瞬变状态鲁棒性高。最后通过实验验证了其有效性。     

基于最小二乘支持向量机的机车轴承故障诊断

针对神经网络故障诊断存在的诸多问题,提出了基于最小二乘支持向量机的机车轴承故障诊断方法。采用最小二乘支持向量机方法建立多类故障分类器,对输入的特征向量信息进行分类,完成故障诊断功能。仿真证明了最小二乘支持向量机在小样本情况下比神经网络具有更强的泛化能力,用于故障诊断时在识别准确率和抗干扰能力方面有明显的优势。     

一种模块化多电平换流器子模块开路故障的快速检测与诊断方法

基于模块化多电平换流器（MMC）子模块（SM）开关器件故障引起的电容电压异常变化问题,该文提出一种故障快速检测与诊断方法。首先通过局部离群因子（LOF）算法分析桥臂中所有子模块对应的电容电压逐段求和值,从而同时实现对故障子模块的快速检测与定位;之后通过判断故障子模块所在桥臂中正常子模块电容电压的变化趋势快速识别故障开关器件,完成故障分类。由于所提方法具有局部异常特征分析的特性,可适用于单一故障、同桥臂多故障及不同桥臂多故障发生的全部故障类型。同时,该方法不受系统参数不确定性的影响,适用性强,且相较于传统方法具有更快的诊断速率。仿真与实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于LS-SVM的列车牵引电机电流实时估计

为满足列车牵引传动系统在牵引电机状态监测、异常诊断与预测等领域对牵引电机定子电流准确估计的需求,提出了一种基于多工况最小二乘支持向量机（LS-SVM）模型的牵引电机电流实时估计方法。该方法结合牵引电机参数和转矩转速试验测量数据,利用牵引电机机理模型计算得到定子电流估计值;然后根据列车运行规律将其分为多个运行工况,基于历史运行数据的相关变量建立各工况下定子电流的LS-SVM估计模型并研究列车不同运行工况对模型精度的影响,基于多工况模型实现牵引电机全工况下电流的实时有效估计。通过实际运行数据验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于贝叶斯推断LSSVM的滚动轴承故障诊断

针对传统最小二乘支持向量机分类器的参数选择具有随意性和不确定性等不足,采用贝叶斯推断方法通过三级分层推断优化确定最小二乘支持向量机的各参数,有效提高了最小二乘支持向量机的建模效率.将基于贝叶斯推断最小二乘支持向量机分类方法应用于滚动轴承故障诊断中,实验仿真结果表明该方法能有效地识别滚动轴承的故障,且训练时间和测试时间均小于传统最小二乘支持向量机方法。