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基于DPWM调制的T型三电平变换器故障诊断与容错控制思考

  • 论文价格:150
  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:41520
  • 论文编号:
  • 日期:2024-12-22
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?本文通过查阅大量的国内外文献,深入了解故障诊断和容错控制两方面的研究热点以及存在的问题,了解到当前的故障诊断方法在面临复杂的动态系统难以根据有效的实时信息即时进行故障定位。

1.绪论

1.2 开关管开路故障诊断方法研究现状

关于开关管故障诊断技术的研究一直是电力电子领域的一个重要课题,故障诊断技术能够及时发现系统中的故障并快速做出响应,通过迅速定位并处理故障,可以防止故障扩大,提高系统的可靠性和稳定性。由于风电、光伏系统的运行环境多处于环境恶劣地区,而过压、过流、过热、振动、湿度过大等原因会造成功率器件的损坏,致使系统的输出出现异常。如果不能即时诊断出故障点位,那么功率开关器件的故障可能会造成系统中其他器件的过压或过流,对设备造成二次伤害,扩大故障范围,造成更大程度的损失。故研究故障诊断技术应用于三电平变换具有重大实际意义。

而变换器的故障诊断过程就是通过对变换器故障运行时的电压和电流信息进行采集分析,与正常运行时的信息比较,判断比较的故障信号变量是否超出了正常范围来实现对故障点的定位。目前,根据采集的电压和电流信号,故障诊断方法主要分为电压诊断[17-32]和电流诊断[33-48]两大类。


3. 考虑降低开关损耗与中点电压平衡的单管容错控制方法

3.1 DPWM箝位状态选取分析

由于T型三电平变换器每一相都有三种开关状态,这三种开关状态又分别对应了三种输出电压,所以T型三电平变换器也存在27种开关状态,并根据前文表2-1分析得到的输出电压与开关管开通关断情况,得到输出电压的空间电压矢量图,如图3-1所示。 

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依据图3-1所示的空间电压矢量图,同时由前文对DPWM调制波生成的分析以及图2-4所示的DPWM调制策略下的调制波形可以得到各个扇区的箝位模式,由于DPWM序列按对称分布,以A扇区为例,其空间矢量分布图如图3-2(a)所示。通常的矢量合成规则是基于扇区中的参考矢量由其三个最接近的相邻电压空间矢量合成而来,而在小扇区的矢量合成中,两个小矢量总共有四种开关状态,可能存在冗余矢量同时工作的情况,在这种情况下,通常选择具有较低共模电压的矢量用于合成,所以将A扇区重新划分为如图3-2(b)所示的六个区域。

5. 仿真与实验验证

5.1 仿真验证

如图5-1所示为MATLAB/Simulink中搭建的T型三电平变换器主功率电路以及变换器的MLD模型,并搭建了基于瞬时电压误差法的单管故障诊断模型、基于电流残差的双管故障诊断模型、基于模型预测的单管容错控制模型,具体仿真参数见表5-1。

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5.2 实验与分析

为了验证本文研究内容在实际变换器控制中可行性与有效性,在T型三电平平台上对所提研究内容进行验证,其中包括基于电压瞬时误差法的单管开路故障诊断、基于MLD模型的电流残差法的同相双管与异相双管开路故障诊断方法以及在引入模型预测后的容错控制策略研究,通过实验验证本文研究内容在故障诊断方面的快速性、准确性,以及在容错控制方面的降低开关损耗、交流侧电流THD以及维持中点电压平衡。

5.2.1 基于RT Box的T型三电平变换器实验平台

本课题的实验平台由Plexim公司的半实物平台RT Box系统、上位机、T型三电平变换器系统构成。其中T型三电平变换器系统由主电路、信号采样调理电路、保护电路组成。上位机通过PLECS软件对RT Box进行指令控制从而实现PWM发波,控制T型三电平变换器来实现系统的输出,并按照PLECS当中的控制程序实现开关管的故障诊断与容错控制。如图5-13所示为T型三电平变换器控制半实物实验平台系统框图。

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6. 总结与展望

6.2 展望

本文以T型三电平功率变换器为研究对象,探讨了该变换器的故障诊断策略和容错控制策略等问题,那么由于受限于个人水平,仍有一些研究工作需要完善。

(1)本文所采取的故障诊断方法,虽然结合有关相电压、线电压以及电流残差的多个判断变量进行故障定位,但是目前只能针对单管、双管的故障,所以在双管以上的故障诊断方面有所欠缺。同时对于单管和双管的故障诊断采用了不同的诊断模型,可以对诊断模型进行统一处理,这样不仅可以提高系统的鲁棒性和可靠性,同时简化了诊断模型的设计,更便于维护。

(2)对于单管故障可以通过容错控制策略维持运行,但是针对多管开路故障的容错运行方面仍然有所欠缺,同时对于动态响应测试需要进行深入研究。

参考文献(略)


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