基于MLD模型的神经网络三电平逆变器开路故障诊断研究

摘要

本文对处于风电系统并网核心部位的并网逆变器进行研究分析，从三电平逆变器结构拓扑及其工作原理出发，以二极管钳位型（NPC）三电平逆变器为对象，深入分析各桥路IGBT导通逻辑与输出端电压、电流之间的相互关系。针对同一相上桥臂（下桥臂）处于中间部位的IGBT单管故障和上桥臂（下桥臂）两个IGBT同时故障时两种故障模式的输出电压、电流波形相同情况；同时针对驱动失效或器件自身断路两种原因导致的开路故障输出特征相同情况，提出一种对IGBT故障进行准确定位并判定导致其故障发生原因的方法。
　　构建三电平逆变器的MLD（Mixed Logical Dynamic）模型，并且在Simulink中，对其进行有效性验证。为了能准确诊断出故障并定位失效驱动部位，对逆变器的 MLD模型表达式进行等效变换，得到逆变器的 DMLD（Diagnosis Mixed Logical Dynamic）模型，使其正常工作时输出电压电流与仿真相同，故障情况下输出与仿真不同，用来有效定位失效脉冲。
　　其次，以DMLD模型和实际仿真模型二者输出的线电流残差为故障信号源，以残差最大值Max、最小值Min、Add=Max+Min和App=Max-Min作为IGBT触发脉冲失效的特征表述。利用FFT（Fast Fourier Transformation）分析钳位二极管两端钳位电压的谐波含量，以1次、2次、4次和6次谐波含量作为器件断路诊断的有效特征。并将两种特征重新组合，生成新的同时包含触发失效状态和器件状态的特征集。以三层BP神经网络，识别故障特征集，结果表明本文提出的故障诊断办法真实有效。

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 逆变器故障诊断思想

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究的主要内容和方法

第二章 三电平逆变器故障模式仿真分析与研究

2.1 三电平逆变器拓扑结构

2.2 NPC三电平逆变器

2.3 NPC三电平逆变器分析及故障模式仿真研究

2.4 本章小结

第三章 三电平逆变器的MLD模型构建与仿真

3.1 MLD模型建模原理及过程

3.2 NPC三电平逆变器的MLD模型

3.3 本章小结

第四章 基于MLD模型的神经网络故障诊断与隔离

4.1 基于FFT的故障特征提取

4.2 基于电流残差的故障特征提取

4.3 故障诊断特征矩阵

4.4 基于MLD模型的神经网络逆变器故障诊断与隔离

4.5 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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