微电网的出现有效解决了分布式电源大规模接入电网的问题,随着微电网的广泛应用,其运行的可靠性得到越来越多的关注。在微电网系统中,逆变器是分布式电源与电网的重要连接装置,多电平逆变器具有逆变效率高、输出电信号谐波含量低、功率开关管应力低、电磁干扰问题小等优点备受青睐,然而多电平逆变器拓扑结构复杂,可靠性较低容易发生故障影响整个微电网系统的正常运行,因此研究微电网系统中多电平逆变器的故障诊断具有重要意义。本课题分析了中点钳位型(Neutral Point Clamped,NPC)三电平逆变器工作原理,总结了NPC三电平逆变器故障类型,研究了微电网中分布式电源控制方式,在此基础上建立微电网中三电平并网逆变器故障诊断模型,并通过仿真实验验证模型的正确性,为接下来的故障诊断算法验证提供仿真实验平台。分析了近些年逆变器故障诊断中涉及到的故障特征提取方法和故障辨识方法。提出了小波包变换和支持向量机、信号稀疏表示和支持向量机两种故障诊断方法。其中小波包变换和信号稀疏表示是故障特征提取方法,用于提取微电网中三电平并网逆变器三相电感电流信号的特征信息,得到不同故障类型的特征向量组成数据样本。接着用支持向量机方法进行故障辨识,数据样本分为训练样本和测试样本两部分,训练样本用于训练支持向量机,得到多分类支持向量机分类器,用测试样本进行预测,分析故障诊断效果。通过实验表明,两种故障诊断方法对微电网中三电平并网逆变器故障诊断均有较好的诊断效果,而信号稀疏表示故障提取方法诊断正确率更高,效果更好。进一步建立了微电网中两台三电平并网逆变器并联系统故障诊断模型,在微电网整体控制策略采用对等控制,各分布式电源采用PQ控制方式的情况下,通过深入分析微电网并联系统的工作特性和故障表现,得出了各逆变模块运行具有独立性的结论,可以对各逆变模块分别进行故障诊断,诊断结果与单台并网逆变器故障诊断结果具有一致性,而且大大减少故障诊断的复杂度。因此可将微电网中单台并网逆变器的故障诊断推广到多台并网逆变器并联系统的故障诊断,提高故障诊断效率。
对电气设备的局部放电现象进行准确检测关系着电力系统的安全与稳定运行。油中局部放电源所产生的超声信号为宽频信号,但目前所使用的阵列信号处理方法多数是针对窄带信号,一些处理宽带信号的方法效果也不尽人如意。因此,有必要寻找新的处理宽频信号的方法,提高对局放源的检测能力。本文在国家自然科学基金(51307060)“局部放电超声阵列信号的提取策略研究”、中央高校基本科研业务费专项资金项目(2014MS84)“局放超声阵列传感器声学特性分析及结构优化”和新能源电力系统国家重点实验室开放基金项目(LAPS14011)“多局部放源的超声阵列定位方法研究”的资助下,重点研究了信号稀疏表示理论在局部放电超声阵列检测中的应用。首先研究了基于接收数据稀疏表示的波达方向估计(Direction of Arrival,DOA)方法,并建立了能提高运算速度的分步过完备字典用于对待分解量进行稀疏表示。仿真结果表明,分步过完备字典可以提高运算速度,节省信号处理的时间。基于接收数据直接稀疏表示的测向方法对于三种平面型满阵超声阵列传感器及稀疏结构均可实现对宽频局放信号准确的测向,从而提高了后续的基于三阵列定位方法的定位精度。然后,提出了基于特征向量稀疏表示的测向方法。这种方法首先将接收到的宽频局放信号进行聚焦处理得到单一频率的协方差矩阵,然后把协方差矩阵特征分解后求得最大特征值对应的特征向量,并以此作为待分解量,这种方法可以进一步降低噪声的干扰。仿真结果表明,基于特征矢量稀疏表示的测向方法对于三种平面型满阵超声阵列传感器及稀疏结构均可实现对宽频局放信号准确的测向,从而提高了后续的基于三阵列定位方法的定位精度。最后,搭建实验平台,将所研究的基于信号稀疏表示的测向方法用于对实验室实测宽频局放超声阵列信号的处理,并利用满阵及稀疏阵列分别采集局放超声信号。实验结果验证了基于接收数据稀疏表示以及基于特征矢量稀疏表示两种测向方法无论是对于满阵还是稀疏阵列,均可实现波达方向的准确估计,进而提高了下一步定位的精度,为实际应用当中的设备检修提供重要的指导信息。
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