多能源儲能系統(tǒng)中三相逆變器故障診斷方法與參數(shù)辨識的研究.pdf

1、“十三五”規(guī)劃首次將儲能以專項(xiàng)規(guī)劃形式納入國家級規(guī)劃，電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進(jìn)行高效控制和轉(zhuǎn)換的新興學(xué)科，是儲能環(huán)節(jié)和用戶端的接口技術(shù)。面向長備用、安全可靠、高效率的防災(zāi)供電需求和風(fēng)電、光電等新能源需求，多能源儲能系統(tǒng)需要具備高的可靠性，并且具有故障診斷和故障預(yù)測的能力，持續(xù)不間斷地工作以減少因故障停機(jī)而帶來的經(jīng)濟(jì)損失。故障診斷技術(shù)和參數(shù)辨識技術(shù)作為提高多能源儲能系統(tǒng)可靠性的有效途徑，已經(jīng)成為該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。研究表

2、明，在多能源儲能系統(tǒng)中，功率變換器尤其是逆變器中的半導(dǎo)體器件和無源器件是容易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)。因此，對多能源儲能系統(tǒng)中三相逆變器的故障診斷技術(shù)和參數(shù)辨識技術(shù)方面的深入研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了適用于故障診斷的三相逆變器電路的電壓解析模型，并提出了基于橋臂中點(diǎn)間電壓和基于橋臂中點(diǎn)電壓的兩種故障診斷方法，提高了診斷速度、診斷準(zhǔn)確性，適用于各種負(fù)載情況?；陔妷毫康墓收显\斷方法能快速地診斷

3、故障，不過需要額外傳感器和硬件電路的支持，但是面向多能源儲能系統(tǒng)的應(yīng)用背景，故障診斷速度和冗余切換快速性是至關(guān)重要的因素。因此本文詳細(xì)分析了三相逆變器電路每一種開關(guān)管開路故障情況下電路特征電壓的變化，提出了適用于故障診斷的三相逆變器電路的電壓解析模型。基于電壓解析模型，提出了兩種電壓型的故障診斷方法，即基于橋臂中點(diǎn)間電壓的故障診斷方法和基于橋臂中點(diǎn)電壓的故障診斷方法。兩種故障診斷方法都具有較強(qiáng)的抗干擾性和魯棒性，基于橋臂中點(diǎn)電壓的故障診

4、斷方法的診斷時間比基于橋臂中點(diǎn)間電壓的故障診斷方法的少，最大診斷時間為1/2個基波周期。所以基于橋臂中點(diǎn)電壓的故障診斷方法是相對較優(yōu)的一種故障診斷方法。⑵提出了基于靈活參考電壓的電壓殘差故障診斷方法。從多能源儲能系統(tǒng)成本角度考慮，基于電流型的故障診斷方法優(yōu)于基于電壓型的故障診斷方法。本文利用閉環(huán)控制系統(tǒng)已有的電壓采樣量作為故障診斷的電氣狀態(tài)量，結(jié)合殘差理論提出了基于靈活參考電壓的三相逆變器故障診斷方法，方便以子程序的形式植入到已有的閉環(huán)

5、控制算法中。通過統(tǒng)計(jì)的方法給出了殘差評價的決策函數(shù)和決策規(guī)則，在故障診斷速度和診斷準(zhǔn)確性兩個性能指標(biāo)之間折中考慮選擇比較閾值，在確保故障診斷準(zhǔn)確性的前提下，提高了故障診斷的速度。⑶研究了多能源儲能系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和多功率模塊并聯(lián)系統(tǒng)故障診斷的需求，首次將蟻群算法思想應(yīng)用到多能源儲能系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域，提出了基于蟻群算法的多功率模塊并聯(lián)系統(tǒng)故障診斷方法。多能源儲能系統(tǒng)中存在多個功率模塊并聯(lián)的情況，包括直流-直流變換多功率模塊并聯(lián)系統(tǒng)和直流-交

6、流變換多功率模塊并聯(lián)系統(tǒng)。系統(tǒng)級的故障診斷技術(shù)相對于電路級的故障診斷技術(shù)，不需要診斷對象的精確模型，并且能夠在不增加診斷對象額外成本的情況下，快速有效得進(jìn)行故障診斷。對多功率模塊并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷建模，提出了一種簡單有效的環(huán)形比較圖結(jié)構(gòu)模型。然后將蟻群算法思想引申到環(huán)形比較圖結(jié)構(gòu)模型中，構(gòu)建了適用于多功率模塊并聯(lián)系統(tǒng)故障診斷的螞蟻系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，提出了基于蟻群算法的多功率模塊并聯(lián)系統(tǒng)故障診斷方法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級的故障診斷。⑷研究了一類

7、大功率應(yīng)用場合下毫亨級的磁粉芯材料功率電感，建立了電感的模型并提出了電感的失效標(biāo)準(zhǔn)，通過最小二乘法實(shí)現(xiàn)了電感參數(shù)的在線辨識，實(shí)現(xiàn)了多能源儲能系統(tǒng)的故障預(yù)測。實(shí)際電感可以等效為理想電感和等效串聯(lián)電阻的串聯(lián)，選擇電感等效電路模型中的電感值作為電感的故障特征參數(shù)，將電感值偏小20％作為判定電感失效的標(biāo)準(zhǔn)。然后在建立多能源儲能系統(tǒng)三相逆變器電路模型的基礎(chǔ)上，探討了一種能有效應(yīng)用于參數(shù)性故障診斷的辨識方法。同時，針對三相逆變器電路中電感參數(shù)隨負(fù)載