有源電力濾波器的故障診斷技術(shù)研究.pdf

1、作為電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有源電力濾波器(Active Power Filter，APF)以電力電子變流器為核心，采用脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)技術(shù)和雙閉環(huán)控制策略治理諧波電流和補償無功功率，有效地改善了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。但是，有源電力濾波器具有電力電子開關(guān)器件本身的脆弱性，并且長期工作在高頻、高壓和高溫下，存在易于發(fā)生短路和開路故障等問題;經(jīng)驗表明，IGBT和直流側(cè)電容故障占到故障總數(shù)的50％以上，極大

2、地影響了有源電力濾波器系統(tǒng)的可靠性。因此，本文通過機理建模和系統(tǒng)辨識等技術(shù)手段對有源電力濾波器系統(tǒng)的IGBT和直流側(cè)電容的故障進行快速診斷和精確定位，為有源電力濾波器系統(tǒng)的高可靠容錯控制奠定基礎(chǔ)。
　　首先闡述了IGBT的故障機理和故障類型，重點研究了短路故障和開路故障后的具體原因和電參數(shù)的變化;采用系統(tǒng)辨識的方法分析了故障條件下電壓和電流的特點，分別從診斷時間、算法復(fù)雜度、定位準(zhǔn)確性以及可靠性等角度探討了開路故障的診斷方案;從逆

3、變器的故障診斷領(lǐng)域介入，改進了下管電壓法和平均電流法;在總結(jié)電壓法和電流法各自特點的基礎(chǔ)上提出了基于電流殘差的故障診斷方案，并通過數(shù)學(xué)模型分析了其診斷原理;建立了一套電力電子故障診斷算法的綜合評價體系，并對五種典型故障診斷方法從六個維度進行深入分析和全面評估，并基于仿真實驗驗證了電流殘差法的優(yōu)越性。
　　其次剖析了直流側(cè)電容的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和失效機理，建立了直流側(cè)電容的等效電路和數(shù)學(xué)模型;分析了等效串聯(lián)電阻和等效電容與電容失效之間的數(shù)量

4、關(guān)系，給出了直流側(cè)電容的失效判定依據(jù)，并通過理論分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立了剩余壽命預(yù)測模型;提出了基于非工頻正弦電流激勵的電容實時在線檢測方法，設(shè)計了非工頻帶通和帶阻濾波器，通過研究激勵下電容兩端電壓和電流的同頻響應(yīng)，在不影響系統(tǒng)運行特性的基礎(chǔ)上能夠在線測量出電容值，為壽命預(yù)測模型的驗證奠定了基礎(chǔ)。
　　最后設(shè)計了有源電力濾波器的雙閉環(huán)PI控制器，建立了MATLAB/Simulink環(huán)境下的仿真平臺。仿真結(jié)果表明，基于電流殘差的故障解決