[發(fā)明專(zhuān)利]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

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410238270.6
• 申請(qǐng)日: 2014-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103983889B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭濤;玉華雄;林志立;孫堯;韓華;羅朝旭;張維
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R31/02
• 分類(lèi)號(hào): G01R31/02
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所43114
• 代理人: 歐陽(yáng)迪奇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專(zhuān)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)

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。

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)。快速準(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(lèi)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。

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：

(1)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)；

(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)；

(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

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。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

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：

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。

所述的方法，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：

公式1

其中，i_ca、i_cb、i_cc分別為a、b、c三相補(bǔ)償電流，u_AO、u_BO、u_CO分別為APF輸出a、b、c三相電壓相對(duì)O點(diǎn)的相電壓，e_a、e_b、e_c分別為a、b、c三相電網(wǎng)電壓，L_f為APF輸出濾波電感；

步驟2：將公式1變換為d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)描述即APF實(shí)際運(yùn)行模型：

公式2

其中，i_cd、i_cq分別為APF補(bǔ)償電流i_ca、i_cb、i_cc在d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d-q軸電流，u_d、u_q分別為APF相電壓u_AO、u_BO、u_CO在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d-q軸電壓，e_d、e_q分別為電網(wǎng)電壓e_a、e_b、e_c在d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d-q軸電壓，ω為電網(wǎng)電壓基波角頻率；

步驟3：采用公式2中的模型參數(shù)ω、L_f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：

公式3

其中，分別為參考模型的d-q軸電流，分別為參考模型的d-q軸電壓。

所述的方法，所述步驟二包括以下子步驟：