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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 被引量:1
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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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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:5
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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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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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三电平空间矢量调制的FPGA实现 被引量:6
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作者 胡海兵 姚文熙 吕征宇 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期116-122,128,共8页
提出了一种适合硬件实现的三电平空间矢量调制优化算法。该算法利用三电平空间矢量图的几何对称性,把三电平空间矢量的计算集中在一个扇区内完成,有效地减少三电平空间矢量的计算量,从而降低了算法实现所需硬件资源的需求。根据该优化算... 提出了一种适合硬件实现的三电平空间矢量调制优化算法。该算法利用三电平空间矢量图的几何对称性,把三电平空间矢量的计算集中在一个扇区内完成,有效地减少三电平空间矢量的计算量,从而降低了算法实现所需硬件资源的需求。根据该优化算法,本文采用硬件描述语言在单片现场可编程序逻辑阵列上实现三电平空间矢量调制,同时给出具体设计步骤和关键设计考虑。仿真和实验验证了该算法的正确性以及硬件实现的快速性。 展开更多
关键词 空间矢量调制 现场可编程序逻辑阵列 中点钳位型三电平电路拓扑
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基于瞬时功率的三电平ANPC变流器开路故障检测方法 被引量:3
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作者 张波 葛琼璇 +1 位作者 王晓新 李耀华 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期4070-4078,共9页
为了检测三电平有源中点箝位(ANPC)变流器开路故障,通过对该拓扑在不同调制方式下每个开关器件开路时的故障表现进行了分析,提出了一种基于瞬时功率的故障判断与定位方法,仿真和实验结果表明该故障检测方法不仅能够准确检测三电平ANPC... 为了检测三电平有源中点箝位(ANPC)变流器开路故障,通过对该拓扑在不同调制方式下每个开关器件开路时的故障表现进行了分析,提出了一种基于瞬时功率的故障判断与定位方法,仿真和实验结果表明该故障检测方法不仅能够准确检测三电平ANPC变流器在不同调制方式下的开路故障,并且可以检测并定位多个器件同时发生开路故障的情况,同时该方法能够在1个基波周期内检测出开路故障,提高了三电平ANPC变流器开路故障检测的准确性和快速性,对变流器的安全可靠运行提供了重要的保障。 展开更多
关键词 高压电器 有源中点箝位 开路故障检测 三电平 瞬时功率 脉宽调制
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多电平有源中点钳位逆变器串联IGBT均压方法 被引量:5
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作者 李科峰 肖飞 +2 位作者 刘计龙 高山 麦志勤 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期163-170,共8页
针对多电平有源中点钳位逆变器中串联绝缘栅双极型晶体管(IGBT)存在的不均压问题,提出一种串联IGBT的均压方法。对于多电平有源中点钳位逆变器的每个桥臂,采用单输入、多输出的隔离电源生成钳位电压,跨接在串联工作的IGBT上;同时,在施... 针对多电平有源中点钳位逆变器中串联绝缘栅双极型晶体管(IGBT)存在的不均压问题,提出一种串联IGBT的均压方法。对于多电平有源中点钳位逆变器的每个桥臂,采用单输入、多输出的隔离电源生成钳位电压,跨接在串联工作的IGBT上;同时,在施加钳位电压的位置上添加钳位电容,用于钳位电压的保持,最终实现串联IGBT的动静态均压。由于逆变器换流回路不经过钳位电容,隔离电源只需很小功率即可维持钳位电容电压稳定。所提方法简单可靠、均压精度高且易于工程实现,一方面取消了传统的无源缓冲电路,减少额外损耗的同时降低了成本,另一方面无须引入复杂的主动闭环控制,避免了闭环控制的稳定性问题。最后,通过有源中点钳位五电平逆变器样机对所提均压方法进行了实验验证。 展开更多
关键词 有源中点钳位逆变器 多电平逆变器 串联绝缘栅双极型晶体管 电压均衡 钳位电源 均压缓冲电路 反激电路
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三电平ANPC-DAB的零电压软开关特性与损耗均衡方法 被引量:4
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作者 关清心 张宇 +1 位作者 赵焕蓓 康勇 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第13期4603-4615,共13页
采用多电平电路来构建双有源桥(dual active bridge,DAB)直流变换器可实现更高的电压等级与功率密度及更好的性能。基于半桥有源中点钳位型(active neutral point clamped,ANPC)三电平电路构建半桥ANPC-DAB电路,通过分析开关状态切换过... 采用多电平电路来构建双有源桥(dual active bridge,DAB)直流变换器可实现更高的电压等级与功率密度及更好的性能。基于半桥有源中点钳位型(active neutral point clamped,ANPC)三电平电路构建半桥ANPC-DAB电路,通过分析开关状态切换过程中零电压开通(zerovoltage switching,ZVS)的软开关特性,得出使全部12个开关管实现ZVS开通的条件。在此基础上,通过分析零电平开关状态对损耗分布的影响,提出一种能够有效改善开关管损耗分布的调制方法。为验证DAB的损耗分布及效率,对半桥ANPC-DAB建立损耗模型,对开关管的损耗分布及DAB的效率进行仿真分析。最后,通过1.5k W的实验样机完成实验验证。仿真与实验结果表明,所提出的调制方法在全部开关管实现ZVS的同时,有效地改善了功率器件的损耗分布。 展开更多
关键词 双有源桥DC/DC变换器 有源中点钳位型三电平电路 器件损耗的均衡分布 软开关 零电压开通
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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:27
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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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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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基于有源中点钳位五电平电路的双有源桥DC/DC变换器 被引量:6
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作者 高娜 张宇 +1 位作者 关清心 邱增广 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期1950-1960,共11页
采用多电平电路构建的双有源桥(dual active bridge,DAB)DC/DC变换器可适用于更高的电压等级并能显著地提高功率密度及性能。基于九开关管五电平有源中点钳位(five-level active neutral point clamed,5L ANPC)电路构建DAB变换器,消除... 采用多电平电路构建的双有源桥(dual active bridge,DAB)DC/DC变换器可适用于更高的电压等级并能显著地提高功率密度及性能。基于九开关管五电平有源中点钳位(five-level active neutral point clamed,5L ANPC)电路构建DAB变换器,消除传统的八开关管5L ANPC电路所存在的电平跳变问题。通过分析开关状态之间的切换过程,选取的零开关状态实现所有高压开关管的软开关运行;通过分析不同开关序列对飞跨电容电压和直流侧中点电压的影响,提出一种飞跨电容电压的平衡控制方法。基于1kW样机的实验结果表明,该文构建的5L ANPC DAB变换器获得了优良的性能。 展开更多
关键词 双有源桥DC/DC变换器 有源中点钳位型五电平电路 死区效应 调制方法 软开关 飞跨电容电压平衡
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单相级联中点箝位整流器IGBT和传感器的统一故障诊断方法 被引量:3
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作者 晋明波 葛兴来 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期97-103,共7页
电力电子牵引变压器(PETT)含有大量易故障的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以及传感器,导致系统可靠性和稳定性降低。以PETT前端的输入级——单相级联中点箝位整流器(SPCNPCR)为对象,研究了一种IGBT与传感器故障的统一故障诊断方法。首先,建... 电力电子牵引变压器(PETT)含有大量易故障的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以及传感器,导致系统可靠性和稳定性降低。以PETT前端的输入级——单相级联中点箝位整流器(SPCNPCR)为对象,研究了一种IGBT与传感器故障的统一故障诊断方法。首先,建立SPCNPCR的混合逻辑动态模型,并通过此模型估计得到网侧输入电流和输入电压;然后,通过比较测量得到的输入电流、电压实际值和混合逻辑动态模型得到的估计值计算出残差以及残差变化率。进一步地,将电压残差用于定位发生IGBT开路故障的整流器模块,将电流残差用于检测模块中具体的故障IGBT和故障的传感器。该诊断方法可定位发生故障的整流器模块且实现该模块内单个或多个IGBT的开路故障定位,同时也可有效区分网侧电流传感器的增益故障、偏移故障和漂移故障诊断。最后,通过硬件在环测试系统验证了所提诊断方法的有效性。 展开更多
关键词 单相级联中点箝位整流器 IGBT开路故障 传感器故障 电压残差 电流残差
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基于开关状态的三电平NPC整流器开路故障诊断 被引量:3
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作者 陈铭芸 何怡刚 赵莹莹 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2023年第7期62-71,共10页
为了降低三电平中点钳位型(NPC)整流器故障诊断算法的复杂度和成本,本文提出基于开关状态的开关开路故障诊断方法。首先,选取某些开关状态在半个电流周期的累计值作为诊断变量,并结合自适应阈值及电流相位实现故障桥臂的检测。其次,执... 为了降低三电平中点钳位型(NPC)整流器故障诊断算法的复杂度和成本,本文提出基于开关状态的开关开路故障诊断方法。首先,选取某些开关状态在半个电流周期的累计值作为诊断变量,并结合自适应阈值及电流相位实现故障桥臂的检测。其次,执行基于无功电流注入的外开关故障容错控制并对阈值进行更新。最后,在容错期间基于诊断变量的变化情况,实现故障开关的定位。所提出的方法能够同时实现单和双开关开路故障诊断,而无需额外的传感器以及复杂的计算和诊断规则,具有实现简单和成本低的优点。实验结果验证了所提出方法的有效性和鲁棒性。 展开更多
关键词 故障诊断 中点钳位型整流器 开路故障 开关状态
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矿用NPC三电平逆变器开关管开路故障诊断方法 被引量:2
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作者 梁宏 《工矿自动化》 北大核心 2022年第10期142-150,共9页
矿井提升机、带式输送机中电动机驱动系统的变频器大多采用中点钳位式(NPC)三电平逆变器,该逆变器开关管数量多、运行频率高,在短时间内高频率切换开关工作状态和在复杂工作环境下容易出现开关管开路故障,且故障信号具有非平稳特性。现... 矿井提升机、带式输送机中电动机驱动系统的变频器大多采用中点钳位式(NPC)三电平逆变器,该逆变器开关管数量多、运行频率高,在短时间内高频率切换开关工作状态和在复杂工作环境下容易出现开关管开路故障,且故障信号具有非平稳特性。现有NPC三电平逆变器开关管故障诊断方法存在故障特征提取困难、计算量大、故障准确率较低等问题。针对上述问题,提出了一种基于概率神经网络(PNN)的矿用NPC三电平逆变器开关管开路故障诊断方法。首先利用示波器采集逆变器三相相电压信号,并对相电压信号进行去噪、归一化等处理。然后利用Clark与Park变换将三相相电压转换为两相旋转(d−q)坐标系电压,利用经验模态分解(EMD)将d轴电压分解为多个本征模态分量(IMF),对于不同的开路故障,计算各IMF的方差贡献率,得出第2、第3、第8个IMF的方差贡献率相差较大,以这3个IMF代表不同的开路故障,并计算出它们的均值、均方差和方差,作为逆变器开关管开路故障特征向量。最后将特征向量输入PNN中进行训练与分类,实现NPC三电平逆变器开关管开路故障诊断。实验结果表明,与基于卷积神经网络(CNN)和支持向量机(SVM)的故障诊断方法相比,基于PNN的矿用NPC三电平逆变器开关管故障诊断方法具有更高的故障诊断准确率,平均故障诊断准确率达97.75%。 展开更多
关键词 矿用逆变器 中点钳位式三电平逆变器 开关管开路故障 故障诊断 概率神经网络 经验模态分解
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