基于級(jí)聯(lián)變換器的貫通式牽引供電系統(tǒng)故障診斷與系統(tǒng)重構(gòu)策略研究.pdf

1、新型貫通式牽引供電系統(tǒng)中，變電所采用了級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換器。相比于我國(guó)既有鐵路三相-兩相牽引供電系統(tǒng)，可以完全取消電分相裝置，并且顯著提高牽引供電系統(tǒng)的供電能力并改善電能質(zhì)量。本文主要研究用于貫通式牽引供電系統(tǒng)變電所的級(jí)聯(lián)變換器的故障診斷方法與故障處理策略，并通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論的可行性，以期提高該級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的可靠性。
　　本文首先對(duì)貫通式牽引供電系統(tǒng)變電所所采用的三相-單相級(jí)聯(lián)變換器的工作原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及控制與調(diào)制策略進(jìn)行簡(jiǎn)要介

2、紹。分析了三相PWM整流器在dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型;分析了基于二極管鉗位三電平拓?fù)涞募?jí)聯(lián)變換器的工作原理和數(shù)學(xué)模型，以及電壓閉環(huán)控制策略;介紹了載波層疊CD-SPWM調(diào)制策略和載波移相CPS-SPWM調(diào)制策略，分析了二極管鉗位三電平單相逆變器直接采用載波移相調(diào)制時(shí)所存在的不確定態(tài)問題，并對(duì)變換器在采用不同的調(diào)制策略時(shí)，其輸出電壓諧波特性進(jìn)行了比較。在此基礎(chǔ)上分析了適用于貫通供電系統(tǒng)級(jí)聯(lián)變換器拓?fù)涞恼{(diào)制策略。
　　由于級(jí)聯(lián)變換器器采

3、用了較多的功率開關(guān)器件，開關(guān)器件的故障會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性造成不利影響。多模塊級(jí)聯(lián)的變換器，可設(shè)置冗余模塊，若可實(shí)現(xiàn)對(duì)變換器故障在線實(shí)時(shí)診斷，通過旁路切除級(jí)聯(lián)故障模塊，可使級(jí)聯(lián)變換器繼續(xù)運(yùn)行并保持良好的輸出特性，從而提高裝備運(yùn)行的可靠性。本文首先從獨(dú)立的單相三電平模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理入手，通過理論和仿真分析并總結(jié)了主電路功率開關(guān)器件的典型故障類型、故障機(jī)理及其特征。其次，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單相級(jí)聯(lián)變換器故障診斷方法，通過傅里葉變換提

4、取橋臂輸出電壓信號(hào)的特征次諧波幅值和相位，作為故障診斷的特征向量。通過總結(jié)的故障特征樣本數(shù)據(jù)和合適的訓(xùn)練算法，建立了三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。將特征向量輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到準(zhǔn)確的故障診斷結(jié)果，通過仿真驗(yàn)證了該故障診斷方法的準(zhǔn)確性。通過對(duì)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)各模塊設(shè)置并行的診斷單元，可實(shí)現(xiàn)器件級(jí)故障診斷。
　　針對(duì)該級(jí)聯(lián)變換器調(diào)制策略與輸出性能的關(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)合故障診斷的研究?jī)?nèi)容，提出了針對(duì)NPC模塊級(jí)聯(lián)的單相逆變器的系統(tǒng)重構(gòu)策略。通過合適的模塊

5、冗余性能設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)該級(jí)聯(lián)逆變系統(tǒng)在故障狀態(tài)下及時(shí)切除損壞的功率模塊，進(jìn)入容錯(cuò)運(yùn)行狀態(tài)，并保持裝置輸出電壓在故障后具有良好的諧波特性。在Matlab/Simulink仿真平臺(tái)上，搭建了帶故障診斷單元并可實(shí)現(xiàn)故障條件下系統(tǒng)重構(gòu)的四模塊級(jí)聯(lián)變換器模型，在各種類型功率開關(guān)故障情況下，進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)在多種故障類型下均可實(shí)現(xiàn)故障實(shí)時(shí)診斷，并能對(duì)故障快速響應(yīng)，容錯(cuò)運(yùn)行狀態(tài)下輸出電壓波形質(zhì)量較好。仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的針對(duì)NPC