基于模型參考分析的有源電力濾波器開(kāi)關(guān)器件開(kāi)路故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模型參考分析的有源電力濾波器開(kāi)關(guān)器件開(kāi)路故障診斷方法。在建立有源電力濾波器主電路實(shí)際運(yùn)行模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)參考模型；利用每個(gè)采樣周期內(nèi)可測(cè)量的有源電力濾波器輸出三相補(bǔ)償電流，根據(jù)模型參考分析生成電壓殘差；通過(guò)設(shè)定閾值以及2個(gè)判斷標(biāo)志位進(jìn)行殘差評(píng)價(jià)，獲得對(duì)APF開(kāi)關(guān)器件是否發(fā)生開(kāi)路故障的實(shí)時(shí)檢測(cè)；如果有故障發(fā)生，則進(jìn)一步根據(jù)2個(gè)判斷標(biāo)志位診斷出開(kāi)關(guān)器件開(kāi)路故障發(fā)生的具體位置。以有效用于有源電力濾波器的在線監(jiān)控與故障診斷，實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器、無(wú)功補(bǔ)償器等電力電子電能質(zhì)量控制設(shè)備的可靠、安全運(yùn)行。
【專利說(shuō)明】基于模型參考分析的有源電力濾波器開(kāi)關(guān)器件開(kāi)路故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利屬于有源電力濾波器故障診斷領(lǐng)域，涉及一種三相三線制有源電力濾波器開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)路故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著非線性負(fù)載和各種電力電子開(kāi)關(guān)器件在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用的增多，注入電網(wǎng)的諧波污染也日益嚴(yán)重，對(duì)電網(wǎng)效率和其他設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重隱患。有源電力濾波器是一種治理電網(wǎng)諧波、提高電能質(zhì)量的電力調(diào)節(jié)器，已廣泛應(yīng)用于冶金、鋼鐵、交通、化工、通信等領(lǐng)域。
[0003]半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的可靠性是衡量APF系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和安全性的一個(gè)重要指標(biāo)?？焖贉?zhǔn)確檢測(cè)出APF系統(tǒng)是否發(fā)生故障是進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其故障診斷和容錯(cuò)控制的關(guān)鍵。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的短路、開(kāi)路故障是APF運(yùn)行最常見(jiàn)的故障類型，其中開(kāi)路故障，往往會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)不必立刻停機(jī)，可能引發(fā)其他故障而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不可修復(fù)故障，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。
[0004]大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)路故障診斷方法，根據(jù)檢測(cè)量的不同，主要可分為電流檢測(cè)法和電壓檢測(cè)法。主要方法有:
[0005](I)基于測(cè)量直流側(cè)電流并分析直流側(cè)電流頻譜來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)單項(xiàng)開(kāi)路故障方法，但該方法需增加一個(gè)電流傳感器，且檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)；
[0006](2)基于平均電流Park矢量變換的開(kāi)路故障診斷方法，其能正確檢測(cè)出系統(tǒng)的具體開(kāi)路故障的開(kāi)關(guān)位置，但檢測(cè)時(shí)間需要一個(gè)基波周期，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)；
[0007](3)基于小波-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路故障診斷方法，算法計(jì)算較為復(fù)雜，計(jì)算量較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提出一種基于模型參考的APF開(kāi)路故障診斷方法，具有算法簡(jiǎn)單、診斷速度快、診斷正確率高等優(yōu)點(diǎn)，在不需要增加額外的電流電壓傳感器等硬件設(shè)備的情況下，易嵌入到APF系統(tǒng)中，具有很好的實(shí)用性。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0010]一種基于模型參考分析的有源電力濾波器開(kāi)關(guān)器件開(kāi)路故障診斷方法，包括以下步驟:
[0011]步驟一:建立有源電力濾波器即APF的主電路中端電壓與補(bǔ)償電流之間的關(guān)系公式，然后變換為d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的實(shí)際運(yùn)行模型；再采用模型參數(shù)以及與正常運(yùn)行時(shí)相同的輸入信號(hào)構(gòu)建參考模型；
[0012]步驟二:利用每個(gè)采樣周期內(nèi)可測(cè)量的有源電力濾波器輸出三相補(bǔ)償電流和三相電網(wǎng)電壓，結(jié)合步驟一中的實(shí)際運(yùn)行模型和參考模型采用模型參考分析生成電壓殘差；
[0013]步驟三:通過(guò)設(shè)定閾值以及2個(gè)判斷標(biāo)志位對(duì)步驟二中得到電壓殘差進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)時(shí)檢測(cè)出APF開(kāi)關(guān)器件是否發(fā)生開(kāi)路故障，如果有故障則執(zhí)行步驟四，如無(wú)故障則返回步驟一繼續(xù)進(jìn)行故障檢測(cè)；
[0014]步驟四:根據(jù)已設(shè)定的2個(gè)判斷標(biāo)志位診斷出開(kāi)關(guān)器件開(kāi)路故障發(fā)生的具體位置。
[0015]所述的方法，所述步驟一包括以下子步驟:
[0016]步驟1:根據(jù)APF的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立APF主電路中端電壓與補(bǔ)償電流之間數(shù)學(xué)關(guān)系，公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于模型參考分析的有源電力濾波器開(kāi)關(guān)器件開(kāi)路故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:建立有源電力濾波器即APF的主電路中端電壓與補(bǔ)償電流之間的關(guān)系公式，然后變換為d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的實(shí)際運(yùn)行模型；再采用模型參數(shù)以及與正常運(yùn)行時(shí)相同的輸入信號(hào)構(gòu)建參考模型； 步驟二:利用每個(gè)采樣周期內(nèi)可測(cè)量的有源電力濾波器輸出三相補(bǔ)償電流和三相電網(wǎng)電壓，結(jié)合步驟一中的實(shí)際運(yùn)行模型和參考模型采用模型參考分析生成電壓殘差； 步驟三:通過(guò)設(shè)定閾值以及2個(gè)判斷標(biāo)志位對(duì)步驟二中得到電壓殘差進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)時(shí)檢測(cè)出APF開(kāi)關(guān)器件是否發(fā)生開(kāi)路故障，如果有故障則執(zhí)行步驟四，如無(wú)故障則返回步驟一繼續(xù)進(jìn)行故障檢測(cè)； 步驟四:根據(jù)已設(shè)定的2個(gè)判斷標(biāo)志位診斷出開(kāi)關(guān)器件開(kāi)路故障發(fā)生的具體位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟一包括以下子步驟: 步驟1:根據(jù)APF的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立APF主電路中端電壓與補(bǔ)償電流之間數(shù)學(xué)關(guān)系，公式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟二包括以下子步驟: 步驟1:在每個(gè)采樣周期T內(nèi)測(cè)量APF實(shí)際輸出三相補(bǔ)償電流iea、ieb、i。。和電網(wǎng)電壓ea、eb、ec?并將其變換到d_q軸坐標(biāo)系下的電流值icq和電壓值ed、eq，公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟三包括以下子步驟: 步驟1:計(jì)算閾值:根據(jù)APF實(shí)際運(yùn)行時(shí)開(kāi)關(guān)器件的PWM控制時(shí)序邏輯，利用瞬時(shí)最大值原理，設(shè)定故障檢測(cè)閾值Uth為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟四包括以下子步驟: 步驟1:根據(jù)標(biāo)志位Flagk值判斷APF哪一相發(fā)生故障: 當(dāng)FlagA = I時(shí)，A相發(fā)生開(kāi)路故障； 當(dāng)FlagB = I時(shí)，B相發(fā)生開(kāi)路故障； 當(dāng)Flagc = I時(shí)，C相發(fā)生開(kāi)路故障； 步驟2:結(jié)合標(biāo)志位ε k(k = {A, B, C})與標(biāo)志位Flagk (k = {A, B, C}),判斷開(kāi)關(guān)器件發(fā)生開(kāi)路故障的具體位置: 當(dāng)FlagA = I時(shí),若ε a = -1, T1發(fā)生開(kāi)路故障；若ε Α = 1,則T4發(fā)生開(kāi)路故障； 當(dāng)FlagB = I時(shí),若ε B = -1，T3發(fā)生開(kāi)路故障；若ε B = 1，則T6發(fā)生開(kāi)路故障； 當(dāng)Flag。= I時(shí),若ε c =-1，T5發(fā)生開(kāi)路故障；若ε。= 1，則T2發(fā)生開(kāi)路故障。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK103983889SQ201410238270
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】彭濤, 玉華雄, 林志立, 孫堯, 韓華, 羅朝旭, 張維 申請(qǐng)人:中南大學(xué)