【摘要】：模塊化多電平變換器(MMC)作為柔性直流輸電系統(tǒng)的核心單元,它含有大量的電力電子子模塊(SM),且每個(gè)子模塊都是潛在的故障點(diǎn)。因此,在子模塊發(fā)生故障的情況下,故障必須及時(shí)診斷。由于MMC擁有大量結(jié)構(gòu)對稱且完全相同的子模塊,使得診斷出哪個(gè)子模塊發(fā)生故障非常具有挑戰(zhàn)性。為了保護(hù)SM電路,以減少SM故障的影響,一些驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路已被集成到子模塊控制器上,如過熱、過流、過載繼電器。但這些保護(hù)電路設(shè)計(jì)復(fù)雜且診斷能力較弱,無法識(shí)別出某些故障,使得保護(hù)容易失效。而深度學(xué)習(xí)是當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),憑借其強(qiáng)大的特征自動(dòng)提取能力,已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域取得了成功,比如圖像識(shí)別、語音識(shí)別等領(lǐng)域。因此,本文基于深度學(xué)習(xí)理論,對模塊化五電平逆變器子模塊開路故障診斷方法進(jìn)行了研究。本文主要研究工作如下:首先,本文研究了模塊化五電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理,基于此,深入分析了模塊化五電平變換器子模塊開路故障的故障特性,并從故障特性分析中確立了以模塊化五電平變換器24個(gè)子模塊電容電壓為特征變量進(jìn)行故障診斷。鑒于輸入深度學(xué)習(xí)模型的數(shù)據(jù)都是圖像或者二維矩陣,所以將24個(gè)子模塊的電容電壓信號(hào)組合成24通道序列信號(hào)。為了開展后續(xù)基于深度學(xué)習(xí)的故障診斷實(shí)驗(yàn),本文以PSCAD/EMTDC為仿真平臺(tái)搭建了模塊化五電平變換器故障仿真模型,通過改變橋臂電抗、子模塊電容值等參數(shù),共收集864個(gè)24通道序列信號(hào)數(shù)據(jù)樣本。其次,針對子模塊出現(xiàn)開路故障時(shí)電容電壓只會(huì)出現(xiàn)微弱變化,使得故障特征不夠明顯,導(dǎo)致通過傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法提取特征比較困難,所以本文提出了基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DCNN)的模塊化五電平變換器子模塊開路故障診斷方法,該方法沿著24通道序列移動(dòng)大小為24×200滑動(dòng)窗口獲得“灰度圖”樣本,緊接著將其輸入到DCNN中進(jìn)行逐層有監(jiān)督特征學(xué)習(xí),自動(dòng)提取原始故障數(shù)據(jù)集的深層特征,最后將深層特征連接到Softmax分類器輸出故障診斷結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,故障診斷平均準(zhǔn)確度達(dá)到98.16%。最后,鑒于模塊化五電平變換器在線監(jiān)測設(shè)備收集的數(shù)據(jù)大都是無標(biāo)簽數(shù)據(jù),本文有提出了一種基于棧式稀疏自動(dòng)編碼器(SSAE)的模塊化五電平變換器子模塊開路故障診斷方法,該方法將模塊化五電平變換器子模塊開路故障檢測與定位問題轉(zhuǎn)化成分類問題,首先沿著24通道序列移動(dòng)大小為24 × 40滑動(dòng)窗口獲得灰度圖,緊接著將其轉(zhuǎn)化為向量輸入到SSAE中進(jìn)行逐層無監(jiān)督特征學(xué)習(xí),構(gòu)建原始故障數(shù)據(jù)集的深層特征簡明表達(dá),最后將深層特征簡明表達(dá)連接到Softmax分類器輸出故障診斷結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提出的故障診斷方法平均準(zhǔn)確度達(dá)到98.09%,且具有較高的魯棒性。
【圖文】：

其中每個(gè)子模塊包括２個(gè)ＩＧＢＴ器件乃和�。病ⅲ矀�(gè)反并聯(lián)二極管Ｄｌ和Ｄ２以及逡逑１個(gè)直流側(cè)電容器ＣＳＭ。為子模塊輸入電流，Ｕｓｍ為子模塊輸出電壓，Ｕｃ為子模塊逡逑的電容電壓，各物理量的參考方向如圖２－１所示。逡逑ＳＭＩ邋Ｉ￣￣Ｊｈ邋ＳＭ９｜￣｜ｄＳＭ１７ｊ邐°邋尸逡逑Ｈ邋ＳＭ２１邋ＨｓｍｉｏＩ邋ＨＳＭ１８｜逡逑Ｌｊ邋ＳＭ３｜邋Ｌ｜ＳＭ１１｜邋￣ｊＳＭ１９｜邐邐１邋ＳＭ邋１逡逑ｚｊ邋ＳＭ４１邋ＨＳＭ１２｜邋ＨＳＭ２0｜邐｜逡逑Ｉ。0邋ｉ０邋＾￣ｌＴ邐，，邐逡逑Ｙ］邋邐邋ｒ￣逡逑ａｆ邋＾邐Ｔｊ＾Ｄ，逡逑廣N邋ｕ逡逑ＨｓＭ１４｜邋ＨｓＭ２２｜邐．邐—．逡逑ｕ－｜逡逑邐ｐｉ＾ｌ邐°邐邐逡逑圖２－１模塊化五電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逡逑２．邋１．２模塊化五電平變換器工作原理逡逑模塊化五電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖２－１所示。在模塊化五電平變換器拓?fù)渲校福玻�，逡逑每個(gè)相單元由８個(gè)子模塊構(gòu)成，而上橋臂擁有４個(gè)半橋型子模塊，下橋臂擁有４個(gè)半橋逡逑型子模塊，如圖２－２所示。在圖２中，實(shí)線主要表示模塊化五電平變換器的上橋臂電壓，逡逑虛線主要表示模塊化五電平變換器的下橋臂電壓，粗實(shí)線表示模塊化五電平變換器的整逡逑個(gè)直流側(cè)電壓。要保證模塊化五電平變換器正常運(yùn)行需要滿足如下兩個(gè)條件［９］：逡逑（１）必須維持模塊化五電平變換器直流側(cè)的電壓恒定。根據(jù)圖２－２，要想維持模塊逡逑化五電平變換器直流側(cè)電壓保持不變

電平變換器子模塊中兩個(gè)開關(guān)器件７；和ｒ２施加開通或關(guān)斷信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)模塊化五電平變逡逑換器子模塊的不同運(yùn)行模式［９，８Ｇ＿８２］。正常運(yùn)行時(shí)，７；和７；不能同時(shí)導(dǎo)通，因此共有三種逡逑運(yùn)行狀態(tài)，分別稱為投入狀態(tài)、切除狀態(tài)和閉鎖狀態(tài)［８３＿８５］，如圖２－３所示。逡逑（１）
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM46

【參考文獻(xiàn)】

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7 馬為民;吳方R

本文編號(hào)：2686715