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基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开关管和电流传感器故障诊断

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1 黄金阳光 发表于 2024-10-4 00:57 | 查看全部 阅读模式
文档摘要:为提高中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性,针对其开关管开路故障和电流传感器故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法.该方法首先针对3L-NPC并网逆变器,设计一种收敛速度快且能显著抑制抖振的自适应滑模观测器来精确估计正常状态下的三相电流值;其次,利用实际电流和估计电流设计了故障检测变量;同时,利用实际三相电流之和以及估计三相电流之和来区分开关管故障和电流传感器故障;在此基础上,构造开关管故障定位变量和电流传感器故障识别变量,实现开关管开路故障的准确定位以及电流传感器故障类型的快速识别.实验结果验证了该文所提诊断算法的有效性和鲁棒性.

Abstract:Thegrid-connectedthree-levelneutral-pointclamped(3L-NPC)inverteriswidelyusedingrid-connectedsystemsfornewenergygenerationduetoitsadvantagessuchaslowoutputvoltageandcurrentharmonics.However,anopen-circuitfaultinpowerswitchorafaultinthecurrentsensorwithintheinvertercanleadtoadecreaseinsystemperformanceandmayeventriggersignificantsafetyincidentswithinthepowergrid.Nowadays,mostofthefaultdiagnosismethodsfor3L-NPCinvertersfocusonsingle-faultdiagnosis.Therefore,thispaperpresentsasimultaneousfaultdiagnosismethodforboththepowerswitchopen-circuitfaultandcurrentsensorfaultin3L-NPCinverterbasedonanadaptiveslidingmodeobserver.Firstly,anadaptiveslidingmodeobserverwithfastconvergencespeedandsignificantchatteringsuppressionisdesignedtoaccuratelyestimatethethree-phasecurrentvalueinnormalstate.Then,faultdiagnosisvariablesaredesignedusingestimatedandactualcurrents.Intheabsenceofafaultintheinverter,thefaultdetectionvariabledxstayswithintheadaptivethresholdrange.However,intheeventofafault,thedetectionvariabledxrapidlysurpassestheadaptivethreshold.Thefaultyphasecanbedeterminedbasedontheabsolutemaximumvaluesofthefaultdetectionvariablesra,rbandrc.Additionally,ifthesumofthethree-phasecurrentsfallswithintheadaptivethresholdrange,itsignifiesapowerswitchopen-circuitfaultonthefaultyphase.Conversely,itindicatesasensorfaulthasoccurredonthefaultyphase.Onthebasisofcompletingthefaultdetection,wefurthercarryoutfaultidentification.Intheeventofapowerswitchopen-circuitfaultintheinverter,thespecificlocationofthefaultypowerswitchcanbedeterminedusingthefaultlocalizationvariablewx.Incasesofacurrentsensorfaultwithintheinverter,arapididentificationofthetypeofcurrentsensorfaultcanbeachievedbycombiningthefaultlocalizationvariablewxwiththefaultidentificationvariableBx.Throughtheestablishmentofahardware-in-the-loopexperimentalplatform,wehavesuccessfullyvalidatedtheeffectivenessofthefaultdiagnosticalgorithmpresentedinthispaper.ThediagnosticalgorithmdemonstratesaremarkabletraitofnotproducingfalsealarmsevenunderconditionsinvolvingDC-sidevoltagefluctuations,gridvoltagefluctuations,andinductiveparameterimbalances,showcasingitsrobustness.Inconclusion,afterconductingexperimentalverificationandanalysis,itcanbeaffirmedthatthefaultdiagnosismethoddevisedinthispaperpossessesthefollowingadvantages:(1)Thesimultaneousdiagnosismethodofpowerswitchopen-circuitfaultsandcurrentsensorfaultsof3L-NPCinverterisproposed,whichnotonlypreventsfalsefaultreportsarisingfromthemutualinfluenceofthesetwofaulttypesinasinglediagnosisbutalsofacilitatespromptimplementationoffollow-upmaintenancemeasuresafterdetectingthefaults.(2)Throughthedesignofaninnovativeadaptiveconvergencelaw,wehaveconstructedanadaptiveslidingmodeobserverwithrapidconvergenceandsubstantialjittersuppression.Thisenhancementresultsinmoreprecisecurrentobservations,therebyensuringtheeffectivenessofthefaultdiagnosismethod.(3)Anovelfaultdetectionandidentificationmethodisintroduced.Throughtheutilizationofonlyactualandestimatedcurrentvalues,withouttheneedforintricatedataprocessingoradditionalhardwareconfigurations,faultdetectionanddiagnosticvariableshavebeendesigned,enablingrapidandaccuratefaultdiagnosis.

作者:许水清   许晓凡   何怡刚   柴毅 Author:XuShuiqing   XuXiaofan   HeYigang   ChaiYi
作者单位:合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009武汉大学电气与自动化学院武汉430072输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学)重庆400044
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(13)
分类号:TM464
关键词:中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器  开关管开路故障  电流传感器故障  自适应滑模观测器  
Keywords:Grid-connectedthree-levelneutral-pointclamped(NPC)inverter  powerswitchopen-circuitfault  currentsensorfault  adaptiveslidingmodeobserver  
机标分类号:TM464TP277TM711
在线出版日期:2024年7月22日
基金项目:国家重点研发计划,国家自然科学基金,国家自然科学基金,国家自然科学基金,国家自然科学基金,国家自然科学基金基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开关管和电流传感器故障诊断[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(13)许水清  许晓凡  何怡刚  柴毅为提高中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性,针对其开关管开路故障和电流传感器故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法.该方法首先针对3L-NPC并网逆...参考文献和引证文献
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关键词:中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器,开关管开路故障,电流传感器故障,自适应滑模观测器,

2024-10-4 00:56 上传
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