【摘要】：電力電子系統(tǒng)已在新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車、軌道交通、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著多電/全電飛機(jī)、電力系統(tǒng)電力電子化、電力電子變壓器等概念的提出,各領(lǐng)域?qū)﹄娏﹄娮酉到y(tǒng)可靠性、安全性、保障效能的要求也逐漸提升。為降低由于系統(tǒng)性能降級(jí)或故障造成的危害與經(jīng)濟(jì)損失,故障預(yù)測(cè)與健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)受到了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)及工業(yè)界的極大重視與推廣應(yīng)用,可有效提前預(yù)告故障發(fā)生、預(yù)報(bào)系統(tǒng)剩余使用壽命、最大限度減少計(jì)劃外維護(hù)次數(shù)、降低全壽命周期費(fèi)用。本文研究功率變換器PHM的故障診斷、狀態(tài)監(jiān)測(cè)及健康狀態(tài)評(píng)估技術(shù),主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)包括:(1)研究了基于改進(jìn)深度信念網(wǎng)絡(luò)(DBN)模型的功率變換器結(jié)構(gòu)性故障診斷方法。由于功率變換器故障模式類型較多時(shí)不同故障類型間的故障特征存在相似性,導(dǎo)致傳統(tǒng)淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法難以有效地在該情形下進(jìn)行識(shí)別與定位。為此,基于深度信念網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越模式識(shí)別能力,提出一種基于CSA-DBN的單端初級(jí)電感變換器(SEPIC)結(jié)構(gòu)性故障診斷方法,通過(guò)烏鴉搜索算法(CSA)優(yōu)化隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)以提高DBN網(wǎng)絡(luò)對(duì)故障模式類型較多情形時(shí)的分類性能,從而增強(qiáng)故障檢測(cè)能力以準(zhǔn)確判別故障類型。(2)研究了基于堆棧去噪自動(dòng)編碼器(SDAE)自動(dòng)提取特征的無(wú)刷直流電機(jī)全橋式逆變器開關(guān)管開路故障診斷方法。針對(duì)傳統(tǒng)人工提取特征存在的不確定性及優(yōu)選特征引起的復(fù)雜性等問(wèn)題,即采取何種信號(hào)處理手段進(jìn)行提取特征以及分析何種特征對(duì)各類故障模式較為敏感。鑒于深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)逐層提取特征以及可建立數(shù)據(jù)樣本與故障模式間映射關(guān)系的能力,提出基于SDAE進(jìn)行提取三相電流深層故障特征信息,以實(shí)現(xiàn)逆變器開關(guān)管開路故障類型的準(zhǔn)確識(shí)別與定位。(3)全面考慮關(guān)鍵元器件(二極管、電感、功率MOSFET及電解電容)寄生參數(shù)對(duì)Boost變換器性能退化的影響,推導(dǎo)了Boost變換器以功率MOSFET漏源極電壓及電路輸出電壓為狀態(tài)變量的混雜系統(tǒng)模型。提出一種非侵入式功率變換器參數(shù)性故障辨識(shí)方法,將參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為多變量目標(biāo)函數(shù)尋優(yōu)問(wèn)題,采用混沌鯨魚優(yōu)化算法(CWOA)求解適應(yīng)度函數(shù)以獲取各關(guān)鍵元器件的故障特征參數(shù)值�？朔藗鹘y(tǒng)基于電感電流與輸出電壓為狀態(tài)變量而無(wú)法準(zhǔn)確獨(dú)立辨識(shí)二極管通態(tài)內(nèi)阻、電感內(nèi)阻及功率MOSFET漏源極導(dǎo)通電阻的難題。(4)研究了一種基于改進(jìn)核極限學(xué)習(xí)機(jī)(KELM)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法實(shí)現(xiàn)功率變換器無(wú)源器件特征參數(shù)辨識(shí)目的,采用CSA算法優(yōu)化核函數(shù)超參數(shù)以提高參數(shù)估計(jì)精度與穩(wěn)定性。克服由于元器件與變換器等效電路模型較為復(fù)雜時(shí)而難以準(zhǔn)確依據(jù)數(shù)學(xué)模型描述其動(dòng)態(tài)行為的難題。僅需采集二極管兩端電壓及電路輸出電壓即可辨識(shí)Buck變換器的電感與電解電容特征參數(shù)。(5)針對(duì)工作溫度變化會(huì)導(dǎo)致元器件特征參數(shù)估計(jì)值與失效標(biāo)準(zhǔn)(25℃條件下)不統(tǒng)一,致使健康狀態(tài)評(píng)估結(jié)果不準(zhǔn)確。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究分別建立電解電容特征參數(shù)C、RC及功率MOSFET漏源極導(dǎo)通電阻Ron與工作溫度間的數(shù)學(xué)模型,從而獲得元器件特征參數(shù)歸一化因子模型;同時(shí),基于元器件失效標(biāo)準(zhǔn)提出了可定量評(píng)估電解電容與功率MOSFET健康狀態(tài)的健康指數(shù)HI表達(dá)式。研究了采用無(wú)跡粒子濾波(UPF)動(dòng)態(tài)更新歸一化因子模型參數(shù)的方法,從而實(shí)現(xiàn)變工作溫度下Boost變換器關(guān)鍵元器件健康狀態(tài)評(píng)估。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM46
【圖文】：

基于電解電容中頻段特性的特征參數(shù)RC估計(jì)方法

圖 2.15 堆棧去噪自動(dòng)編碼器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與訓(xùn)練過(guò)程DAE 的三相全橋逆變器故障診斷方法無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖 2.16 所示，其中，T1~T6 二極管，無(wú)刷直流電機(jī)（ Brushless DC Motor ， BLDCM，即采用上管 PWM 調(diào)制，下管恒通的方式[78]，輸入電壓為 48管開路故障情形，因此 BLDCM 驅(qū)動(dòng)電路在包含正常工作狀態(tài)作模式 Fno、T1 管開路故障 FT1、T2 管開路故障 FT2、T3 管開路T5 管開路故障 FT5、T6 管開路故障 FT6。NT1T3TTTT5A相B相C相VinD1D3D5iaibic

按照步長(zhǎng)為 100 逐步增加的方式進(jìn)行改變，同時(shí)設(shè)置第二層隱含層隱含層節(jié)點(diǎn)的一半，即 nh2= nh1/2；另外，噪聲因子 pn設(shè)置為 0.4，基于 SDAE 所得三相逆變器故障診斷結(jié)果的影響。為降低實(shí)驗(yàn)的偶 10 次實(shí)驗(yàn)，即對(duì)訓(xùn)練集和測(cè)試集隨機(jī)選取 10 次進(jìn)行故障診斷實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 2.23 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2743685