逆变器并联系统功率管开路故障诊断研究

三相电压源逆变器功率管开路故障诊断方法
王伟华;牟晓博;高波
【期刊名称】《电力设备管理》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】本文全面探讨了三相电压源逆变器(VSI)的基本工作原理、开路故障的特征及其影响,以及这种故障的诊断方法。

首先,介绍了三相逆变器的概念和工作原理,接着分析了逆变器在正常工作状态下的性能,如输出波形的质量、效率和散热情况。

通过具体案例研究,展示了如何应用这些理论和技术来诊断和解决实际中的开路故障。

案例分析突出了综合运用多种诊断工具和策略的重要性,以及进行定期维护和
监测的必要性。

本文的研究不仅为三相逆变器的故障诊断提供了实用指南,也为电
力电子领域的工程师和研究人员提供了宝贵的理论和实践知识。

【总页数】3页(P289-291)
【作者】王伟华;牟晓博;高波
【作者单位】国能(浙江)能源发展有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM4
【相关文献】
1.基于中点电压信号分析的逆变器功率管开路故障诊断研究
2.基于信息熵的两电平电压源逆变器功率管开路故障诊断
3.基于BP神经网络的三相电压源型逆变器开路
故障诊断4.基于KPCA-Bayes的三相逆变器多功率管开路故障诊断研究5.逆变器功率管开路故障诊断方法综述
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三相逆变器的故障诊断及容错控制研究的开题报告
一、研究背景
随着电力电子技术的飞速发展，三相逆变器已经广泛应用于工业控制、新能源发电等领域中。

然而，在实际应用中，由于逆变器中的电子元件容易发生故障，如电容器老化、晶闸管或IGBT损坏等，会导致逆变器输出异常或无法工作，严重影响系统的性能和稳定性。

因此，对逆变器的故障诊断及容错控制的研究具有重要意义。

二、研究内容
本文主要针对三相逆变器的故障诊断及容错控制进行研究，具体研究内容如下：
1. 分析三相逆变器故障的原因与特征，建立相应的故障诊断模型；
2. 研究三相逆变器的容错控制策略，设计相应的容错控制方案，提高系统的可靠性；
3. 基于Matlab/Simulink仿真平台，进行三相逆变器的故障仿真，验证故障诊断模型和容错控制方案的可行性和有效性；
4. 搭建三相逆变器实验平台，对所提出的故障诊断模型和容错控制方案进行验证，实现对逆变器的实时监控和故障修复。

三、研究意义
1. 提高三相逆变器的性能和稳定性，保障系统的正常运行；
2. 对于逆变器的故障诊断和容错控制研究具有参考价值；
3. 为逆变器的自动化控制、故障处理等领域的研究提供了技术支撑和基础研究。

基于信息爛的两电平电压源逆变器功率管开路故障诊断Open-circuit Fault Diagnosis of Two-level Voltage-source-inverter Based on Information En t ropy华中科技大学光学与电子信息学院缪思佳(Mimo Sijia)华中科技大学入工智能与自动化学院周洋(Zhou Yang)摘要:本文将信息论基本原理引入到逆变器故障诊断中，针对典型的两电平电压源逆变器提出了一种基于信息爛的开路故障诊断方法。

将一个电流周期信息根据信号的幅值划分为若干个事件，统计正常和故障模式下各事件对应概率，实时计算信源信息爛的大小，据此判断逆变器是否发生故障。

该方法原理简单，计算量小，实验结果表明其对负载变化具有良好的鲁棒性。

关键词:信息爛；逆变器；故障诊断Abstract:This paper introduces the basic principle of information theory into the fault diagnosis of inverter,and proposes an open circuit fault diagnosis method based on information entropy for typical two-level voltage source inverter.A current cycle information is divided into several events according to the amplitude of the signal.The corresponding probability of each eve n t un d er no r mal and fault modes is cou n ted,and the informatio n en t ropy of the source is calculated in real time to judge whether the inverter has fault.The principle of the method is simple and the calculation is small.The experimental results show that the method has good robustness to load changes.Key words:Information entropy;Inverter;Fault diagnosis［中图分类号】TM464【文献标识码】B［文章编号】1561-0330(2020)08-0082-051引言功率变换器是变频调速系统的核心部件，在工业生产、电气化交通、家用电器等许多领域应用广泛。

H桥逆变器IGBT开路故障诊断方法研究杨晓冬;王崇林;史丽萍【摘要】针对H桥结构的逆变器中功率器件(insulated gate bipolar transistor,IGBT)开路故障的特点,提出了基于小波多分辨率分析、核主成分分析和最小二乘支持向量机的故障诊断方法.此方法选取半个基波周期的电容电压平均值为原始信号,避免了负载变化对故障诊断的影响.首先利用小波多分辨率分析对原始信号进行多尺度分解提取出特征向量,然后利用核主成分分析方法来实现特征降维,最后建立了基于最小二乘支持向量机的故障分类器.在一台660 V低压静止同步补偿器试验样机上进行了试验和分析,结果表明该方法具有良好的准确性和实时性.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2014(018)005【总页数】7页(P112-118)【关键词】H桥逆变器;绝缘栅双极型晶体管;核主成分分析;最小二乘支持向量机;故障诊断【作者】杨晓冬;王崇林;史丽萍【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】TP277近年来，基于H桥结构的逆变器因其模块化、易于安装、扩展方便等优点，在变频调速、无功补偿等领域得到了广泛应用。

具有容错控制能力的逆变器系统能通过及时诊断系统中的故障，并在故障后主动重构系统的软硬件结构，从而确保装置在不损失性能指标或部分性能指标降低的情况下安全运行，近年来已经成为研究的热点［1－5］，目前对于逆变器的容错控制研究大都集中在拓扑结构和控制策略方面，而实现容错控制系统的前提是准确定位故障，据此才能实现系统的容错控制功能。

绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）是构成逆变器的核心器件，其发生故障将直接影响系统运行效果。

太阳能发电系统中逆变器故障诊断与维护研究太阳能发电系统旨在将太阳能转化为可用的电能，以满足人们日常生活和工业生产的需求。

在太阳能发电系统中，逆变器作为核心设备，起着将直流电转换为交流电的关键作用。

然而，逆变器在长期运行过程中，可能会出现不同类型的故障，给系统的稳定运行和效能产生严重威胁。

因此，针对太阳能发电系统中逆变器的故障诊断与维护问题进行研究和探讨是非常重要的。

一、逆变器故障的种类和特征逆变器故障的种类多样，主要包括直流侧故障、交流侧故障和控制系统故障。

1. 直流侧故障：主要包括开路、短路、过温等故障。

这些故障会导致直流电压异常，直接影响到逆变器的正常运行。

2. 交流侧故障：主要包括输出电压异常、频率异常、波形失真等故障。

这些故障会导致逆变器输出电能的质量下降，甚至无法正常供电。

3. 控制系统故障：主要包括通信故障、反馈信号异常等故障。

这些故障会导致逆变器无法正确地进行控制和保护，从而降低逆变器的性能和安全性。

二、逆变器故障的诊断方法对太阳能发电系统中逆变器故障的诊断，可以采用传统的故障树分析、故障模式和影响分析、支持向量机等方法，也可以运用智能化算法和监控系统实现故障的自动诊断。

1. 传统方法：传统方法主要是基于故障树分析和故障模式和影响分析的思路，通过对逆变器系统的结构和原理进行分析，对故障的产生原因和可能的后果进行推理。

2. 智能化方法：智能化方法主要是运用机器学习和数据挖掘算法，从太阳能发电系统中获取的大量数据中寻找故障的特征和规律，建立逆变器故障模型，并进行故障的自动诊断。

3. 监控系统：监控系统可以对太阳能发电系统中逆变器的运行状态进行实时监测和记录，一旦发现异常情况，系统会自动报警并提供详细的故障信息，方便维护人员及时进行处理。

三、逆变器故障的维护方法逆变器故障的维护需要维护人员具备一定的专业知识和技能，维护方法应根据具体故障的类型和原因进行相应的处理。

1. 直流侧故障的维护：针对直流侧故障，维护人员需要检查电缆连接情况、检测电池状态、清理散热器等，保证逆变器的正常运行。

光伏微逆变器电流传感器和功率管开路故障诊断计划（“八六三”计划）（2012AA051601）；长沙市科技局计划（K130102111）作者简介：李舟（1991—），女，湖南娄底人，硕士研究生，研究方向为光伏微逆变器故障诊断，（Email）landzhou423@163；彭涛（1965—），女，湖南汉寿人，教授，博导，博士，研究方向为复杂系统、设备的故障诊断，（Email）pandtao@0引言近年来，微逆变器以具有单个组件最大功率跟踪、低直流电压、扩展灵活、即插即用、可靠性高等一系列优点，成为光伏逆变器研究的热点.微逆变器的主流研究方向有效率改善、功率解耦和波形质量等，少有学者关注微逆变器的可靠性运行问题.微逆变器长期工作于高温湿热的恶劣环境条件下，而微逆变器的可靠性要求高，一般要求与光伏组件相匹配的使用寿命为25 a [6]，因此实时监测微逆变器系统的运行状态、及时检测故障并处理故障是提高光伏并网微逆变器可靠性和产品寿命的关键.传感器是微逆变器系统中必不可缺少的组件之一.良好的控制系统在很大程度上取决于传感器的精确测量，当传感器出现性能蜕化、故障或失效时，会严重影响系统控制，甚至可能使得系统偏离稳定状态，引起系统崩溃.此外，反激变换器中的功率管长期处于高频调制下，承受高电压和大电流，开关损耗较大、发热较为严重，也极易发生故障.当一路反激变换器功率管出现开路故障时，会造成另一路过流，导致其功率管和高频变压器超过额定功率而过热损坏，特别是长时间运行后，会严重影响系统的运行性能和设备使用寿命.目前，传感器和功率管的故障诊断已经引起不少学者的关注，但研究都集中在感应电机、无刷电机、风力发电、矩阵变换器和变频器等电力电子系统上，对光伏微逆变器中传感器和功率管故障诊断问题还未足够重视.因此，对光伏微逆变器中传感器和功率管故障诊断研究具有十分重要的意义.常用的基于解析模型的故障检测方法有状态估计方法、等价空间方法和参数估计方法等.基于观测器的故障诊断基本思想是利用系统解析模型和可测信息设计观测器，重建系统某一可测变量，然后由该值与系统实际输出的差值构造残差，再对残差进行分析处理，以实现系统的故障诊断.该方法能够实时监测系统的工作状态，快速进行故障诊断，目前已广泛应用于各种电力电子系统故障诊断中.基于观测器的方法用于光伏微逆变器传感器与功率管的故障诊断未见报道.本文提出一种基于状态观测器的光伏微逆变器电流传感器和功率管故障诊断方法，实时监测微逆变器系统运行状态，及时诊断不同故障类型的发生，以有效提高光伏产品的可靠性和使用寿命.1微逆变器系统光伏并网微逆变器主要由两路交错并联反激变换器、逆变桥和输出滤波器等3部分组成，拓扑结构见图1，其中：CS1和CS2分别为检测两路反激变换器原边电流的传感器，CS3为检测输出并网电流的传感器；Spv1和Spv2为交错反激式变换器中的2个主开关；upv 为光伏板直流侧电压.反激式变换器将光伏阵列模块输出的直流电采用高频调制变换成2倍工频的直流馒头波式正弦波，再经过逆变桥后，将馒头波变成100 Hz的正弦波，最后通过滤波电路将电流变换为与电网同频同相的交流电，与电网进行并联.两路反激变换器模型见图2.3仿真验证在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真电路模型，仿真参数为：直流侧电压为36 V，交流侧电压为220 V，电网频率为50 Hz，高频变压器原边绕组与副边绕组的匝数比为1∶7，2路高频变压器原边励磁电感值分别为58 μH和57.5 μH，2个功率管开关频率均为56 kHz，系统运行额定功率为200 W.CS1故障仿真结果见图4.图中flag1为原边电流传感器故障标志位，flag2为并网电流传感器故障标志位，flag3为功率管开路故障标志位.当第一路反激变换器电流传感器CS1故障时，第一路反激变换器原边电流实际值变大，第一路残差r1大于阈值Jth1+=0.3，第二路反激变换器原边电流实际值变小，第二路残差r2小于阈值Jth1-=-0.3，故原边电流传感器标志位flag1置1，验证故障发生在第一路原边电流传感器.CS3故障仿真结果见图5.CS3发生故障时，两路反激变换器原边电流值均变大，第一路残差r1大于阈值Jth2+=0.8，第二路残差r2大于阈值Jth2+=0.8，此时并网电流传感器故障标志位flag 2置1，验证故障发生在并网电流传感器.Spv1开路故障仿真结果见图6.Spv1发生开路故障时，第一路反激变换器原边电流实际值变为零，第二路反激变换器原边电流实际值变为原来的2倍，第一路残差r1小于阈值Jth2-=-0.8，第二路残差r2大于阈值Jth2+=0.8，此时功率管开路故障标志位flag3置1，验证故障发生在第一路反激变换器功率管.4结束语针对不同位置的电流传感器和功率管故障状态下微逆变器的运行状态进行分析，提出一种基于状态观测器的故障诊断方法，利用观测器对两路变换器中电流大小进行估计，并与两路变换器实际电流值进行比较，根据生成的残差大小判断是否有故障发生，并通过设定阈值诊断故障发生的类型，定位故障发生点.该方法原理简单，能快速准确地诊断电流传感器故障和功率管开路故障，不受闭环控制策略的影响，性能可靠且具有良好的适应性.参考文献：[1]KJAER SB，PEDERSEN JK，BLAABJERG F. A review of singlephase gridconnected inverters for photovoltaic modules[J]. IEEE Trans Industry Applications，2005，41（5）：12921306.[2]LI Q，WOLFS P. A review of the single phase photovoltaic module integrated converter topologies with three different DC link configurations[J]. IEEE Trans Power Electron，2008，23（3）：13201333.[3]KIM Y H，JI Y H，KIM J G，et al. A new control strategy for improving weighted efficiency in photovoltaic AC moduletype interleaved flyback inverters[J]. IEEE Trans Power Electron，2013，28（6）：26882699.[4]HU H，HARB S，KUTKUT N H，et al. A singlestage microinverter without using eletrolytic capacitors[J]. IEEE Trans Power Electron，2013，28（6）：26772687.[5]KIM Y H，JANG J W，SHIN S C，et al. Weightedefficiency enhancement control for a photovoltaic AC module interleaved flyback inverter using a synchronous rectifier[J]. IEEE Trans Power Electron，2014，29（12）：64816493.[6]ZHANG P，WANG Y，XIAO W，et al. Reliability evaluation of gridconnected photovoltaic power systems[J]. IEEE Trans Sustainable Energy，2012，3（3）：379389.[7]SHAHBAZI M，JAMSHIDPOUR E，POURE P，et al. Open and shortcircuit switch fault diagnosis for nonisolated DC–DC converters using field programmable gatearray[J]. IEEE Trans Ind Electron，2013，60（9）：4136 4146.[8]KIM S C，NGUYEN T H，LEE D C，et al. Fault tolerant control of DClink voltage sensor for threephase AC/DC/AC PWM converters[J]. J Power Electron，2012，14（4）：18.[9]于泳，蒋生成，王高林，等. 基于状态观测器的感应电机速度传感器故障诊断及容错控制[J].中国电机工程学报，32（18）：123130，2012.YU Yong，JIANG Shengcheng，WANG Gaolin，et al. Fault diagnosis and tolerant control for speed sensors based on state observers in induction motor drives[J]. Proc CSEE，2012，32（18）：123130.[10]张昌凡，黄宜山，邵瑞. 基于观测器的感应电机故障检测方法及应用[J]. 仪器仪表学报，2011，32（6）：13371343.ZHANG Changfan，HUANG Yishan，SHAO Rui. Fault detection method and application of induction motor based on observer[J]. Chin J Sci Instrum，2011，32（6）：13371343.[11]周东华，胡艳艳. 动态系统的故障诊断技术[J]. 自动化学报，2009，35（6）：748758. ZHOU Donghua，HU Yanyan. Fault diagnosis techniques for dynamic systems[J]. Acta Automatica Sinica，2009，35（6）：748758.[12]DING S X. Modelbased fault diagnosis techniques design schemes，algorithms，and tools[M]. Berlin：SpringerVerlag，2008：12102.[13]SHUAI Shao，WHEELER P W，CLARE J C，et al. Fault detection for modular multilevel converters based on sliding mode observer[J]. IEEE Trans Power Electron，2013，28（11）：48674872.[14]NAJAFABADI T A，SALMASI F R，JABEHDARMARALANI P. Detection and isolation of speed，DClink voltage，and currentsensor faults based on an adaptive observer in inductionmotor drives[J]. IEEE Trans Industry Electron，2011，58（5）：16621672.（编辑武晓英）感谢您的阅读！。