逆变器传感器故障和开关管故障综合诊断方法研究
发布时间：2021-07-17 09:41
电力电子变换器在新能源系统、电动汽车、电网等众多领域中发挥着关键作用,但同时也是故障率较高的环节。因此,提高电力电子变换器的可靠性,减少因异常而造成的停机,保证系统不间断运行具有重要的研究意义。快速、准确的故障诊断策略是电力电子变换器在发生故障时能够及时实施保护或容错策略的前提。同时,针对系统中故障类型的不同,采取有效的综合诊断策略能够降低系统的误诊断率、减小故障诊断的复杂度,从而减轻系统的维护成本和负担,具有重要的应用价值。如何在不增加额外硬件成本的基础上,利用已有信号实现宽负载适用、快速且可靠的诊断性能依然是研究的热点。本文以三相逆变器为研究对象,对传感器故障和开关管故障的综合诊断问题进行了研究,并提出了两种诊断方法。首先,本文针对三相逆变器内电流传感器故障和开关管故障,提出了基于双诊断变量的综合诊断方法。将逆变器中各桥臂间电压和三相输出电流之和作为诊断变量,深入分析了各诊断变量在不同故障下的变化特征,并对诊断变量的平均模型进行了详细推导。此外,还针对宽负载范围可能对诊断结果产生的影响进行了研究。定量分析了在不同负载工况下的传感器采样误差、电感非线性偏差、开关管死区和信号延时等因素...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
逆变器传感器故障和开关管故障综合诊断实验平台照片
浙江大学硕士学位论文电流传感器故障和开关管故障综合诊断方法27额定负载下，A相电流传感器故障的诊断结果如图2.7所示。如图中的电压电流双诊断变量偏差的实验波形所示，在无故障发生时，诊断变量的偏差均在阈值范围内，且与阈值之间有足够的裕量，当电流传感器Sa在t1时刻失效时，桥臂间电压偏差ΔuAB,ΔuBC,ΔuCA和三相线电流之和偏差Δis都立即超过了它们各自的诊断阈值，从而使诊断变量偏差极性的组态值[γuAB[n],γuBC[n],γuCA[n],γis[n]]在故障发生时刻由正常运行情况下的[0,0,0,0]变成了[-1,0,1,-1]。根据表2.3中给出的故障定位判据，此时的诊断变量偏差极性对应的诊断结果为A相电流传感器Sa故障。实验结果与理论相符，证明了理论的正确性。图2.7电流传感器故障诊断实验结果
浙江大学硕士学位论文电流传感器故障和开关管故障综合诊断方法29图2.8为额定负载下，逆变器A相上桥臂开关管TAU发生故障的诊断结果。在无故障发生时，诊断变量的偏差均在阈值范围内，且与阈值之间有足够的裕量。不同于图2.7所示的电流传感器故障诊断实验波形，当t1时刻开关管TAU发生故障后，图2.8中所示的桥臂间电压偏差ΔuAB,ΔuBC,ΔuCA立即超过了阈值，而三相线电流之和偏差Δis仍在其阈值范围内，从而使诊断变量偏差极性的组态值[γuAB[n],γuBC[n],γuCA[n],γis[n]]在故障发生时刻由正常运行情况下的[0,0,0,0]变成了[-1,0,1,0]。根据表2.3中给出的故障定位判据，此时的诊断变量偏差极性对应的诊断结果为A相上桥臂开关管TAU故障。实验结果与理论分析一致。由图2.8中的波形可知，开关管故障诊断标志在t2时刻被触发，由0置1，其诊断速度和电流传感器故障诊断速度一样快，仅0.1ms(等于一个开关周期，0.5%的基波周期)。而电流传感器故障诊断标志并未被触发，一直保持为0，表明开关管故障发生时系统没有发生任何误诊断。实验结果证明了所提方法对开关管故障的诊断准确性。图2.7和图2.8所示的实验波形验证了本章所提方法可以同时诊断逆变器的电流传感器故障和开关管故障，对每种故障都能实现准确快速的诊断性能。2.4.3诊断速度验证实验图2.9电流传感器故障和开关管故障发生在基波周期内不同时刻时的诊断时间实验结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数据驱动的变换器故障诊断综述[J]. 黄丽梅,张旗. 电气技术. 2019(02)
[2]基于状态观测器的三电平逆变器故障检测与识别[J]. 朱琴跃,李冠华,吴优,刘涛,吴桐. 电源学报. 2017(05)
[3]三相四线制有源电力滤波器开路故障诊断[J]. 张晓,孙传达,刘娟,张辉. 电网技术. 2016(02)
[4]基于支持向量机的核探测器电路故障诊断方法研究[J]. 易凌帆,颜拥军,周剑良,王庆震. 原子能科学技术. 2015(09)
[5]基于观测器的逆变电路故障检测与诊断研究[J]. 安鹏,唐寅杰,崔博文. 机电技术. 2014(04)
[6]基于希尔伯特黄变换的三相短路故障信息检测[J]. 汪磊,许胜军. 煤矿机械. 2014(04)
[7]卡尔曼滤波器参数分析与应用方法研究[J]. 王学斌,徐建宏,张章. 计算机应用与软件. 2012(06)
博士论文
[1]非侵入式逆变器功率开关管故障和电流传感器故障诊断方法研究[D]. 李战.浙江大学 2019
[2]多能源储能系统中三相逆变器故障诊断方法与参数辨识的研究[D]. 王禹玺.浙江大学 2016
[3]三相电机驱动系统中逆变器障诊断与容错控制策略研究[D]. 安群涛.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3287923
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
逆变器传感器故障和开关管故障综合诊断实验平台照片
浙江大学硕士学位论文电流传感器故障和开关管故障综合诊断方法27额定负载下，A相电流传感器故障的诊断结果如图2.7所示。如图中的电压电流双诊断变量偏差的实验波形所示，在无故障发生时，诊断变量的偏差均在阈值范围内，且与阈值之间有足够的裕量，当电流传感器Sa在t1时刻失效时，桥臂间电压偏差ΔuAB,ΔuBC,ΔuCA和三相线电流之和偏差Δis都立即超过了它们各自的诊断阈值，从而使诊断变量偏差极性的组态值[γuAB[n],γuBC[n],γuCA[n],γis[n]]在故障发生时刻由正常运行情况下的[0,0,0,0]变成了[-1,0,1,-1]。根据表2.3中给出的故障定位判据，此时的诊断变量偏差极性对应的诊断结果为A相电流传感器Sa故障。实验结果与理论相符，证明了理论的正确性。图2.7电流传感器故障诊断实验结果
浙江大学硕士学位论文电流传感器故障和开关管故障综合诊断方法29图2.8为额定负载下，逆变器A相上桥臂开关管TAU发生故障的诊断结果。在无故障发生时，诊断变量的偏差均在阈值范围内，且与阈值之间有足够的裕量。不同于图2.7所示的电流传感器故障诊断实验波形，当t1时刻开关管TAU发生故障后，图2.8中所示的桥臂间电压偏差ΔuAB,ΔuBC,ΔuCA立即超过了阈值，而三相线电流之和偏差Δis仍在其阈值范围内，从而使诊断变量偏差极性的组态值[γuAB[n],γuBC[n],γuCA[n],γis[n]]在故障发生时刻由正常运行情况下的[0,0,0,0]变成了[-1,0,1,0]。根据表2.3中给出的故障定位判据，此时的诊断变量偏差极性对应的诊断结果为A相上桥臂开关管TAU故障。实验结果与理论分析一致。由图2.8中的波形可知，开关管故障诊断标志在t2时刻被触发，由0置1，其诊断速度和电流传感器故障诊断速度一样快，仅0.1ms(等于一个开关周期，0.5%的基波周期)。而电流传感器故障诊断标志并未被触发，一直保持为0，表明开关管故障发生时系统没有发生任何误诊断。实验结果证明了所提方法对开关管故障的诊断准确性。图2.7和图2.8所示的实验波形验证了本章所提方法可以同时诊断逆变器的电流传感器故障和开关管故障，对每种故障都能实现准确快速的诊断性能。2.4.3诊断速度验证实验图2.9电流传感器故障和开关管故障发生在基波周期内不同时刻时的诊断时间实验结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数据驱动的变换器故障诊断综述[J]. 黄丽梅,张旗. 电气技术. 2019(02)
[2]基于状态观测器的三电平逆变器故障检测与识别[J]. 朱琴跃,李冠华,吴优,刘涛,吴桐. 电源学报. 2017(05)
[3]三相四线制有源电力滤波器开路故障诊断[J]. 张晓,孙传达,刘娟,张辉. 电网技术. 2016(02)
[4]基于支持向量机的核探测器电路故障诊断方法研究[J]. 易凌帆,颜拥军,周剑良,王庆震. 原子能科学技术. 2015(09)
[5]基于观测器的逆变电路故障检测与诊断研究[J]. 安鹏,唐寅杰,崔博文. 机电技术. 2014(04)
[6]基于希尔伯特黄变换的三相短路故障信息检测[J]. 汪磊,许胜军. 煤矿机械. 2014(04)
[7]卡尔曼滤波器参数分析与应用方法研究[J]. 王学斌,徐建宏,张章. 计算机应用与软件. 2012(06)
博士论文
[1]非侵入式逆变器功率开关管故障和电流传感器故障诊断方法研究[D]. 李战.浙江大学 2019
[2]多能源储能系统中三相逆变器故障诊断方法与参数辨识的研究[D]. 王禹玺.浙江大学 2016
[3]三相电机驱动系统中逆变器障诊断与容错控制策略研究[D]. 安群涛.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3287923
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