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基于多通道的二维递归融合图和LMCR模型的NPC型三电平逆变器故障诊断
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作者 毕贵红 王小玲 +3 位作者 陈冬静 赵四洪 陈世语 陈仕龙 《高电压技术》 北大核心 2025年第3期1269-1283,I0002,I0003,共17页
中点钳位(neutral point clamped,NPC)型三电平逆变器并网工作环境恶劣,IGBT面临单管与双管同时故障的挑战,这使得故障特征之间的差异变得非常微弱,进而导致双管故障的识别精度难以有效提升。为此,提出了一种新的故障诊断方法,该方法结... 中点钳位(neutral point clamped,NPC)型三电平逆变器并网工作环境恶劣,IGBT面临单管与双管同时故障的挑战,这使得故障特征之间的差异变得非常微弱,进而导致双管故障的识别精度难以有效提升。为此,提出了一种新的故障诊断方法,该方法结合了多通道的二维递归融合图和轻量化多尺度残差(lightweightmultiscale convolutional residuals,LMCR)网络。首先,通过仿真获取三相电流信号作为故障信号;再利用递归图(recurrence plot,RP)将三相电流信号分别转化为二维图并进行多通道融合,以捕捉时间序列中的周期性、突变点和趋势等特征;最后,将递归融合图作为输入,输入到LMCR模型中进行故障识别,LMCR模型整合多级Inception结构和残差网络,用于提取不同尺度的特征并融合这些特征,从而保证网络的梯度消失和爆炸。实验结果显示,该方法在IGBT故障识别中表现出色,无噪声环境下平均识别准确率达100%,噪声环境中也达到了92.53%,充分证明了该方法具有较强的特征提取能力和优异的抗噪性能。 展开更多
关键词 npc型三电平逆变器 开路故障 递归图 深度学习 多尺度特征
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载波移相调制级联全桥NPC逆变器的并行开路故障诊断方法
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作者 魏新伟 杨玉岗 +4 位作者 张扬 王磊 任春光 陶万宇 郭新宇 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第9期3638-3654,I0031,共18页
针对串行方法易造成算法复杂度和诊断时间的累积问题,提出一种适用于载波移相调制级联全桥中点钳位逆变器的并行开路故障诊断方法,可实现不同子模块内多个故障器件的独立在线诊断,其复杂度与诊断时间随子模块数增加维持不变。分析并对... 针对串行方法易造成算法复杂度和诊断时间的累积问题,提出一种适用于载波移相调制级联全桥中点钳位逆变器的并行开路故障诊断方法,可实现不同子模块内多个故障器件的独立在线诊断,其复杂度与诊断时间随子模块数增加维持不变。分析并对比正常与故障工况下子模块电容电压变化与发散趋势,总结电压异常偏差与故障器件的对应关系,根据输出电流与电压偏差实现故障检测,同时缩小故障定位范围。考虑容值差异与直流电压低频波动,推导电压异常变化高精度提取,采用假设、验证方法计算待定器件引起的电压偏差,与提取结果对比后实现故障定位。最后,在包含3个子模块的实验样机上验证所提方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 级联逆变器 开路故障诊断 载波移相调制 中点钳位逆变器 并行计算
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NPC三电平中IGBT焊料层多物理场耦合失效分析 被引量:5
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作者 何怡刚 周健波 李兵 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2019年第4期71-78,共8页
针对传统的多物理耦合分析建模方式需要试验来提取参数,同时电物理参数的提取难度大,静态功耗的计算正确性难以保证、耗费了人力物力等问题,提出一种利用IGBT动态模型来分析焊料层多物理场耦合失效的方法。首先对IGBT模块进行动态仿真,... 针对传统的多物理耦合分析建模方式需要试验来提取参数,同时电物理参数的提取难度大,静态功耗的计算正确性难以保证、耗费了人力物力等问题,提出一种利用IGBT动态模型来分析焊料层多物理场耦合失效的方法。首先对IGBT模块进行动态仿真,使用Simplorer软件计算NPC三电平逆变器的动态功耗;然后使用动态功耗在ANSYS软件中进行三维有限元建模;最后利用三维有限元模型求解出电-热-力多物理耦合失效分析的解。分析功耗仿真结果可知,逆变器内侧IGBT的功耗要比外侧IGBT高,有限元分析结果验证了动态模型可以准确仿真三电平逆变器功耗不均衡问题。分析三维有限元耦合仿真结果可知,与传统IGBT电-热耦合仿真相比,结温仿真模型误差减小了10%。电-热-力多物理场耦合模型可以更好的显示IGBT焊料层存在缺陷时的多场应力状态。研究结果表明,该方法操作简单,动态功耗求解结果和多物理耦合应力分析结果准确度较高。 展开更多
关键词 npc三电平 动态仿真 焊料层失效 电-热-力耦合 三维有限元
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基于DenseNet和ViT的三电平中点钳位型逆变器功率器件栅极驱动开路故障诊断方法
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作者 阎彦 张思仪 +2 位作者 李晨 吴家奇 史婷娜 《电工电能新技术》 北大核心 2025年第6期1-14,共14页
栅极驱动开路故障是功率器件的一种典型故障,准确诊断此类故障有助于提升电力电子变换器的运行可靠性。针对已有故障诊断方法的不足,本文提出基于DenseNet-ViT网络的逆变器功率器件栅极驱动开路故障诊断新方法。首先,对采样数据做归一... 栅极驱动开路故障是功率器件的一种典型故障,准确诊断此类故障有助于提升电力电子变换器的运行可靠性。针对已有故障诊断方法的不足,本文提出基于DenseNet-ViT网络的逆变器功率器件栅极驱动开路故障诊断新方法。首先,对采样数据做归一化和增强处理,形成训练集、验证集和测试集等三类数据集;其次,构建DenseNet-ViT模型以实现故障特征的增强和提取,并采用故障数据训练该模型;最后,用验证集实施模型测试,遴选最佳模型。所述方法被应用于一台三电平中点钳位型(NPC)逆变器,基于这一特定功率变换器拓扑,介绍了其调制原理和故障诊断模型建模过程,说明了模型训练过程中采用的随机梯度下降函数,并搭建了实验平台进行实验验证。实验结果表明,与其他主流诊断方法相比,本文所提方法在浮点计算量、模型参数量和算法运行时间等方面具有一定优势。 展开更多
关键词 故障诊断 视觉变换器 密集卷积网络 三电平npc逆变器 栅极驱动开路故障
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一种三电平NPC逆变器IGBT开路判别方法 被引量:3
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作者 邱世广 李梅 《工矿自动化》 北大核心 2014年第9期99-102,共4页
针对现有三电平NPC逆变器IGBT开路判别方法计算量大的问题,对各种IGBT开路情形进行了仿真,并分析了母线中点电压偏移的原因,进而提出了一种简单的判别IGBT开路的方法。该方法通过检测母线中点电压与逆变器三相输出电流实现IGBT开路判断... 针对现有三电平NPC逆变器IGBT开路判别方法计算量大的问题,对各种IGBT开路情形进行了仿真,并分析了母线中点电压偏移的原因,进而提出了一种简单的判别IGBT开路的方法。该方法通过检测母线中点电压与逆变器三相输出电流实现IGBT开路判断,无需附加硬件电路。仿真结果验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 三电平npc逆变器 开路IGBT 功率开关器件 中点电压平衡
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面向残差评价的中点钳位型逆变器开路故障诊断方法
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作者 陈超波 代佳伟 +2 位作者 孙天誉 张彬彬 高嵩 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第21期6877-6895,共19页
在基于解析模型的故障诊断系统中,为了显化残差信号所包含故障信息的能力,提出一种面向残差评价的中点钳位型三电平三相逆变器快速开路故障诊断方法。首先,构建诊断观测器获取三相电流观测值并通过观测矩阵计算电流残差;其次,通过引入... 在基于解析模型的故障诊断系统中,为了显化残差信号所包含故障信息的能力,提出一种面向残差评价的中点钳位型三电平三相逆变器快速开路故障诊断方法。首先,构建诊断观测器获取三相电流观测值并通过观测矩阵计算电流残差;其次,通过引入基于范数的标准评价函数,计算残差性能指标与阈值,将残差转换为可用的特征信号并与阈值相比较实现高效实时的故障检测;再次,推导不同功率开关器件开路故障状态下的电流残差特性,并依据此特性实现精准的故障隔离;最后,在仿真平台及半实物实验平台上验证了该文所提算法的有效性与可行性。仿真与实验平台结果表明,相较于传统基于信号与知识的诊断方法,残差性能评价的引入使得诊断速度提高80%以上。针对NPC型三电平三相逆变器常见的四种开路故障情况,均可实现快速且精准的故障检测及定位。 展开更多
关键词 中点钳位(npc)型三电平三相逆变器 开路故障诊断 残差评价 阈值 诊断观测器
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适用于有源区域电磁波时程精细积分仿真的大时间步长矩阵数值积分方法 被引量:1
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作者 迟明珺 马西奎 +1 位作者 马亮 朱晓杰 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第21期6604-6613,6895,共11页
时程精细积分(PITD)法是一种全波电磁数值方法,具有相当宽松的数值稳定性条件,且数值色散误差几乎不受时间步长的影响,因而近年来在电磁学领域中受到广泛关注。在有源区域的电磁数值模拟中,PITD法需要计算激励源添加引入的非齐次项所产... 时程精细积分(PITD)法是一种全波电磁数值方法,具有相当宽松的数值稳定性条件,且数值色散误差几乎不受时间步长的影响,因而近年来在电磁学领域中受到广泛关注。在有源区域的电磁数值模拟中,PITD法需要计算激励源添加引入的非齐次项所产生的矩阵积分,其计算或存在矩阵求逆运算,易不稳定,或难以在大时间步长下保证计算结果的精度,这使得PITD法的推广应用受到一定限制。该文将响应矩阵法引入有源区域的电磁波PITD仿真中,不仅避免了矩阵的求逆运算,并且能够在保证计算结果精度的条件下,增大时间步长的选择范围,提高算法的计算效率。最后,进行了实例计算,并与直接近似积分方法和数值积分方法的结果进行了对比,验证了该文所提方法的实用性和有效性。 展开更多
关键词 电磁波数值模拟 矩阵积分 矩阵求逆问题 响应矩阵法
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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 被引量:4
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作者 许水清 许晓凡 +1 位作者 何怡刚 柴毅 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第13期4066-4078,共13页
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... 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。 展开更多
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
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基于SMA-VMD和优化神经网络的逆变器开关故障诊断 被引量:3
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作者 李冉 邢砾云 +2 位作者 庞娜 沈建强 王策 《电子测量技术》 北大核心 2024年第10期1-9,共9页
为解决基于电流的中点箝位式三电平逆变器开路故障诊断易受负载变化影响的问题,本文从提升故障特征区分度入手,首先,基于SMA优化VMD的最佳模态数K及惩罚系数α,改善模态混叠现象,提高了故障特征的独立性。其次,基于小波包能量分布相对平... 为解决基于电流的中点箝位式三电平逆变器开路故障诊断易受负载变化影响的问题,本文从提升故障特征区分度入手,首先,基于SMA优化VMD的最佳模态数K及惩罚系数α,改善模态混叠现象,提高了故障特征的独立性。其次,基于小波包能量分布相对平稳,能有效克服负载影响的特点,将各IMF的两层小波包能量最大值作为故障特征量,在克服负载影响的同时,使时频特征信息更集中,进一步提高了故障特征区分度。最后,将上述故障特征应用于神经网络进行训练,并引入SSA对模型的权值和阈值进行优化,解决了模型局部最优问题,提升了故障辨识的准确性。通过NPC三电平逆变电路模拟17种开路故障的仿真实验,结果表明,该方法的诊断准确率达到98.99%,适用于变负载工况下NPC三电平逆变器在线故障诊断。 展开更多
关键词 npc三电平逆变器 开路故障诊断 VMD 小波包能量 神经网络
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一种适用于大容量中点钳位型三电平逆变器的绝缘栅双极型晶体管吸收电路研究 被引量:9
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作者 孟庆云 晏明 +3 位作者 潘启军 薛高飞 李卫超 汪光森 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期755-764,共10页
绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT),关断过压问题始终是设计者亟待解决的主要问题。单单依靠合理的多层复合母排设计不足以消除中点钳位型(neutral point clamped,NPC)三电平IGBT逆变器大换流路径杂散电感所... 绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT),关断过压问题始终是设计者亟待解决的主要问题。单单依靠合理的多层复合母排设计不足以消除中点钳位型(neutral point clamped,NPC)三电平IGBT逆变器大换流路径杂散电感所引起的IGBT关断电压尖峰。因此,必须设计有效的IGBT吸收电路。该文将Undeland吸收电路在NPC三电平逆变器中进行扩展应用,结合NPC三电平逆变器运行模式,详细分析LRCD吸收电路工作原理。研究LRCD吸收电路与逆变器电路性能之间的定量关系与影响,给出了数学表达式,提出吸收电路参数设计原则。通过仿真与实验验证了分析与参数设计的正确性。将LRCD吸收电路成功应用于1.4MW级NPC三电平逆变器原理样机。研究结果表明,LRCD吸收电路在NPC三电平逆变器中实现了主开关器件IGBT和钳位二极管的"软"开通与"软"关断,通过对吸收参数的合理设计能够定量的控制主开关管的开通电流的变化率(di/dt)和关断电压的变化率(dv/dt),有效抑制开关器件的关断过压尖峰,优化开关管的瞬态特性。该吸收电路适合大容量NPC三电平IGBT逆变器应用。 展开更多
关键词 中点钳位 三电平逆变器 吸收电路 LRCD 绝缘栅双极型晶体管
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考虑二极管非理想特性的中点钳位三电平电路的分析 被引量:9
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作者 孟庆云 马伟明 +1 位作者 孙驰 揭贵生 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期40-46,54,共8页
功率二极管非理想特性表现为较高的正向恢复电压与反向恢复电流。本文在分析二极管非理想特性产生机理的基础上,研究了功率二极管在中点钳位(NPC)三电平电路中不同工作状态下的瞬态行为及其对三电平电路主开关管工作性能的影响。通过Sa... 功率二极管非理想特性表现为较高的正向恢复电压与反向恢复电流。本文在分析二极管非理想特性产生机理的基础上,研究了功率二极管在中点钳位(NPC)三电平电路中不同工作状态下的瞬态行为及其对三电平电路主开关管工作性能的影响。通过Saber仿真软件建立了具有正向与反向恢复特性的二极管功能模型,并通过NPC三电平电路的仿真,验证了该模型对于定量分析三电平电路是可行的。实验结果进一步证明了理论分析与仿真分析的正确性。 展开更多
关键词 功率二极管 正向恢复 反向恢复 npc三电平电路
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高压大功率三电平逆变器主电路改进与脉宽调制安全稳定关键技术 被引量:4
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作者 刘健 尹项根 +3 位作者 张哲 熊卿 王存平 张斌 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第8期28-34,共7页
高压大功率三电平逆变器在主电路结构、脉宽控制以及安全运行机制方面存在一些新问题需要解决,唯有在多学科(电力电子技术、智能技术)交叉中,对主电路、脉宽控制理论进行完善和创新,才能推动该项技术更好的向前发展。本文结合已有的成果... 高压大功率三电平逆变器在主电路结构、脉宽控制以及安全运行机制方面存在一些新问题需要解决,唯有在多学科(电力电子技术、智能技术)交叉中,对主电路、脉宽控制理论进行完善和创新,才能推动该项技术更好的向前发展。本文结合已有的成果,以设计新型三电平拓扑电路为重点,以提高三电平脉宽调制安全稳定性能为核心,对其中的关键技术问题展开研究,揭示问题产生机理,并提供解决办法,为最大限度提高三电平逆变器输出容量、控制性能以及系统安全稳定性奠定理论与应用基础。 展开更多
关键词 高压大功率 三电平逆变器 主电路拓扑 脉宽调制 安全稳定
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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路故障诊断 被引量:25
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作者 许水清 黄文展 +2 位作者 何怡刚 胡友强 程庭莉 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期1010-1022,共13页
为提高中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器故障诊断的准确性和鲁棒性,该文针对其开关管单管和双管故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开路故障诊断方法。该方法首先建立逆变器在正常状态和开关管故障状态下的混合逻辑动态模型;其次设计... 为提高中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器故障诊断的准确性和鲁棒性,该文针对其开关管单管和双管故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开路故障诊断方法。该方法首先建立逆变器在正常状态和开关管故障状态下的混合逻辑动态模型;其次设计收敛速度快且显著抑制抖振的自适应滑模观测器精确估计正常状态下的三相电流值;然后利用实际系统和观测器的输出电流提出基于电流形态因子的故障检测方法;最后根据电流残差来构造故障定位变量进行故障定位。在此基础上,通过建立前次故障状态的自适应滑模观测器实现双开关管开路故障诊断。该文提出的方法能够同时实现单管和双管开路故障诊断,诊断速度快、鲁棒性强,且避免增加额外传感器。实验结果验证了该文所提诊断方法的鲁棒性和有效性。 展开更多
关键词 npc三电平并网逆变器 开路故障 自适应滑模观测器 电流形态因子
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三电平逆变器的开关管开路故障诊断策略 被引量:8
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作者 沈艳霞 苗贝贝 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第8期3058-3065,共8页
开关管故障诊断是实现三电平逆变器在开关管故障下系统可靠运行的前提。针对二极管中点钳位型(NPC)三电平逆变器的简单开路故障,提出了一种在线和离线诊断相结合的开路故障诊断方法。利用桥臂相电压的平均值进行故障相的检测,针对时域... 开关管故障诊断是实现三电平逆变器在开关管故障下系统可靠运行的前提。针对二极管中点钳位型(NPC)三电平逆变器的简单开路故障,提出了一种在线和离线诊断相结合的开路故障诊断方法。利用桥臂相电压的平均值进行故障相的检测,针对时域内可以区分的故障,利用负载相电压的最大值、最小值定位故障开关管,针对时域内难以区分的故障,经快速傅里叶变换(FFT)提取故障信号谐波的幅值,利用BP神经网络实现简单开路故障诊断。仿真验证该诊断方法,大大减少了对故障数据进行学习训练的工作量,提高了故障诊断的准确性。 展开更多
关键词 npc三电平逆变器 开关管开路故障 桥臂相电压平均值 负载相电压最值 FFT BP神经网络 故障诊断
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适用于分布式光伏接入中压直流配网的三电平零电流开关变换器 被引量:2
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作者 吴健 Syed Waqar Azeem +3 位作者 朱小明 夏峰 连建阳 宁光富 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第12期4486-4494,共9页
提出了一种工作于电流断续模式的新型三电平零电流开关变换器,包含一个传统中性点箝位型三电平电路(neutral point clamped three-level circuit,NPC-TLC)和一个简单的辅助控制电路,共6个开关管和2个变压器。通过辅助控制电路的斩波调... 提出了一种工作于电流断续模式的新型三电平零电流开关变换器,包含一个传统中性点箝位型三电平电路(neutral point clamped three-level circuit,NPC-TLC)和一个简单的辅助控制电路,共6个开关管和2个变压器。通过辅助控制电路的斩波调制可以实现NPC-TLC的零电流开关(zero-current-switching,ZCS)。由于绝大部分的功率是由NPC-TLC传递至负载侧,所以实现其ZCS可以大幅降低本文变换器的开关损耗。文中还重点讨论了辅变压器变比对开关管电流大小的影响,提出了变比优化方法,并基于PLECS软件的仿真模型进行了验证。最后,利用300~1500 V/1500 W的实验平台对理论分析和仿真结果的正确性进行了验证。 展开更多
关键词 中性点箝位型三电平 零电流开关
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基于Park变换的三电平逆变器开路故障诊断 被引量:17
16
作者 任晓红 万红 +1 位作者 俞啸 丁恩杰 《工矿自动化》 北大核心 2020年第5期82-86,93,共6页
针对现有二极管钳位式(NPC)三电平逆变器开路故障诊断方法存在计算量大、准确率受噪声和负载等影响的问题,提出了一种基于Park变换的三电平逆变器开路故障诊断方法。对三电平逆变器三相输出电流进行Park变换,计算平均电流Park矢量;利用... 针对现有二极管钳位式(NPC)三电平逆变器开路故障诊断方法存在计算量大、准确率受噪声和负载等影响的问题,提出了一种基于Park变换的三电平逆变器开路故障诊断方法。对三电平逆变器三相输出电流进行Park变换,计算平均电流Park矢量;利用滑动窗口取得单周期电流信号,根据逆变器电路结构分析IGBT故障时输出电流变化;采用迭代法确定平均电流Park矢量模值的阈值,结合相角和模值进行三电平逆变器功率管13种开路故障的识别和定位。仿真结果表明,该方法故障诊断准确率达到了98.31%。与传统的开路故障诊断方法相比,该方法不需要对13种开路故障数据进行学习和训练,大大减少了计算量,提高了故障诊断效率和准确率。 展开更多
关键词 npc三电平逆变器 IGBT功率管开路故障 PARK变换 平均电流Park矢量
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