【摘要】：本文主要研究的是多重升壓變換器的開路故障診斷問題。多重升壓斬波器的結(jié)構(gòu)和動態(tài)特性使它在風(fēng)機、光伏發(fā)電、電動汽車等大功率應(yīng)用上尤其具有優(yōu)勢。通過若干個相同支路的交錯并聯(lián),該拓撲結(jié)構(gòu)具有電流波紋小、傳輸效率高以及功率因數(shù)小等優(yōu)點。然而,當(dāng)多重升壓斬波電路的某支路發(fā)生開路故障時,輸入電流紋波幅值會增大,電路性能會大幅下降。因此故障檢測診斷對于提高多重升壓斬波器電路的整體穩(wěn)定性有重要意義。另外對于多重化結(jié)構(gòu)而言,然而目前大部分的診斷方法都只針對單故障,多相故障診斷是本文重點解決的問題。首先本文以四相升壓斬波器為例,分析了多重升壓斬波器的結(jié)構(gòu)特點、工作原理,特別是故障過渡過程中電路輸入及各支路電流的變化,為后面診斷算法的設(shè)計提供先驗知識。搭建了基于MATLAB的仿真平臺,以及硬件電路實驗平臺,用于所提出方法的有效性驗證和性能比較。接著本文提出一類簡單而有效的基于模型的開路故障診斷方法,根據(jù)輸入電流和支路電流之間的關(guān)系獲得線性模型,通過一次模型參數(shù)的辨識,即可在一個開關(guān)周期內(nèi)檢測出所有支路的狀態(tài),實現(xiàn)多相并發(fā)故障檢測。在建模的過程中需要預(yù)測正常狀態(tài)下的支路電流,根據(jù)電路的先驗知識本文提出基于預(yù)存電流和輸出電壓兩種方法,實驗證明這兩種方法均能較好地估計出相電流。另外,數(shù)據(jù)驅(qū)動方法由于其具有不需要精確的數(shù)學(xué)模型和易于實現(xiàn)等優(yōu)點,近年來也成為故障診斷領(lǐng)域的熱點。結(jié)合輸入數(shù)據(jù)在時間上的關(guān)聯(lián)性,本文提出了基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)的故障診斷方法。仿真和實驗均表明,三種所提出的算法能準確,快速地診斷多相故障。最后本文從診斷方法的準確率、召回率、AUC等性能指標出發(fā),比較了三種所提出方法的性能。除此之外,本文還比較了所提出的方法對于不同的負載、噪聲強度和PWM控制信號占空比下的魯棒性。結(jié)果表明數(shù)據(jù)驅(qū)動方法從指標上看更優(yōu),然而該方法計算量相較于基于模型的方法更大,而且需要訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時間較長,而基于模型的方法在性能指標上差距不遠,在實際應(yīng)用中這類方法需要的計算能力更小,診斷速度更快,實現(xiàn)更簡單。另外,基于模型的方法運用的是多重交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)中普遍存在的關(guān)系,因此該方法具有可擴展性,可以推廣到任意相數(shù)的交錯并聯(lián)式DC-DC斬波器,而無需重新建模。對于其他的多重化交錯并聯(lián)的結(jié)構(gòu),本文所提出的基于模型的方法也有直接的參考意義。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM46
【圖文】：

廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文大，如果采用單全控型開關(guān)（IGBT）模塊的升壓變換器，則 IGBT 和二關(guān)器件會承受過大的電流，相應(yīng)的電容電感等儲能原件的容量和體積也、價格較高。多重化電路結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)則很好地解決了上述問題。個三相交錯并聯(lián)升壓斬波器的結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。通過在電源和負載之入多個相同的基本斬波單元，使得輸入的母線電流為各個支路電流之著減小電流諧波分量。此外，實施容錯控制的重要前提是設(shè)備在硬件上性，多重化結(jié)構(gòu)中各斬波電路單元可以互為備用，當(dāng)某個斬波單元發(fā)生余單元可以在短時間內(nèi)繼續(xù)運行，不僅提高了系統(tǒng)整體的可靠性，也為后的容錯控制提供了可能。

...--圖 2-4 完全對稱的多相結(jié)構(gòu)Figure 2-4 Fully symmetrical multi-phase structure一般性，下文的原理分析和建模以四相升壓斬波器為代表展開，電路結(jié)-5 所示。交錯并聯(lián)的四個斬波器單元在結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)上是相同的，即感的電感值大小都為L,每個模塊的 PWM 控制信號在時間上保持相同的支路控制信號占空比都為D，因此各相支路的電流是平衡的對稱的。為，電路的第k 支路用kP (k=1, 2, 3, 4)表示，全控開關(guān)記作kS 。與單相斬，隨著占空比的改變，支路電流在一個周期內(nèi)可能會斷流。與單相電路據(jù)支路電流是否連續(xù)，多重升壓變換器的工作模式可以分為連續(xù)導(dǎo)通模續(xù)導(dǎo)通模式。

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本文編號：2734990