基于觀測(cè)器的方法在三相逆變器故障診斷中的應(yīng)用
1引言
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/162438.htm近年來(lái),隨著控制理論的不斷完善,控制系統(tǒng)的故障診斷方面的研究越來(lái)越引起了人們的重視[1][2],并且相繼取得了很多研究成果[3][4][7]。然而,正如文獻(xiàn)1中所提到,動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障診斷技術(shù),目前取得的成果主要集中在線性系統(tǒng)上,而針對(duì)非線性系統(tǒng)的研究則鮮見(jiàn)于文獻(xiàn)。更為重要的是,由于理論研究中對(duì)模型所做的假設(shè)在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常得不到滿足,因此給故障診斷技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了巨大的困難。文獻(xiàn)7從理論上對(duì)這種應(yīng)用難度進(jìn)行了探討和歸納,對(duì)基于模型(尤其是通過(guò)觀測(cè)器來(lái)進(jìn)行)的故障診斷方法的設(shè)計(jì)方向和性能評(píng)價(jià)提供了有意義的指導(dǎo)。由于應(yīng)用上的難度和電力電子本身存在的非線性等因素,電力電子作為現(xiàn)代控制中的重要技術(shù)手段,對(duì)其進(jìn)行故障診斷方面的研究卻遲遲沒(méi)有進(jìn)行。本文從理論和實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā),先對(duì)電力電子系統(tǒng)的故障進(jìn)行了分析,然后針對(duì)具體的某一類故障,設(shè)計(jì)出一種基于模型的故障診斷方法。仿真結(jié)果表明,文中提出的方法是行之有效的。
2電力電子系統(tǒng)的故障分析
電力電子系統(tǒng)中故障的來(lái)源是多方面的,下面以一個(gè)常用的電壓反饋型逆變器控制系統(tǒng)為例來(lái)分析主要故障。
圖1電力電子控制系統(tǒng)的常見(jiàn)故障
圖1中列出了這個(gè)電力電子控制系統(tǒng)中通??赡艹霈F(xiàn)的8種故障Fi(i=1,2,…,8),其中除F5故障用開(kāi)關(guān)斷開(kāi)表示外,其它故障用開(kāi)關(guān)閉合來(lái)表示。這些故障是:
SF1輸入電壓?jiǎn)蜗嘟拥毓收希?/p>
SF2整流二極管短路故障;
SF3直流接地故障;
SF4直流濾波電容短路故障;
SF5GTR基極開(kāi)路故障(無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào));
SF6GTR短路故障;
SF7電動(dòng)機(jī)線間短路故障;
SF8電動(dòng)機(jī)單相接地故障。
上面列出的故障沒(méi)有考慮電機(jī)內(nèi)部的故障。事實(shí)上,在電力電子裝置的實(shí)際設(shè)計(jì)中會(huì)加上許多保護(hù)電路,如短路保護(hù),過(guò)電流/電壓保護(hù)等。然而,從容錯(cuò)控制和保護(hù)器件的角度出發(fā),系統(tǒng)對(duì)這些故障進(jìn)行檢測(cè)和分離是十分有意義的研究工作。文獻(xiàn)6中對(duì)其中最為重要的四種故障(F1、F2、F5、F6)在電路理論上進(jìn)行了分析,但其分析只是概述性的,還有更多具體的工作需要進(jìn)一步的研究。例如,如果GTR出現(xiàn)單臂基極開(kāi)路故障,系統(tǒng)是能夠繼續(xù)降性能運(yùn)行的,此時(shí)由于相電壓中產(chǎn)生很大的直流分量,在電機(jī)上將產(chǎn)生直流脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩,對(duì)系統(tǒng)是有害的,因此要及時(shí)分離出故障臂,排除故障。
31三相逆變器的Kalman模型
三相逆變器在正常工作時(shí),其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖中Qi(i=1,2,3,4,5,6)是開(kāi)關(guān)器件,電阻R為負(fù)載,電感L、電容C組成濾波電路(這樣的負(fù)載在UPS中很常用),Us為直流側(cè)的供電電源,在圖1中為濾波電容兩端電壓Ud。
取電路中uc1,uc2,uc3,iL1,iL2,iL3作為狀態(tài)量,U1,U2,U3作為控制量,iL1,iL2,iL3作為輸出量,則系統(tǒng)可采用下面的Kalman模型進(jìn)行描述:
x=Ax+Bu
y=Cx
式中:x∈R6,u∈R3,y∈R3,
A=∈R6×6,
B=∈R6×3,
C=∈R3×6,I3∈R3×3
評(píng)論