基于混雜系統(tǒng)理論的電力電子電路故障診斷.pdf

1、近年來，電力電子技術(shù)發(fā)展異常迅速，電力電子裝置的市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。電力電子技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、家用電氣、交通運(yùn)輸、通信工程、航空航天、商業(yè)和工業(yè)等諸多領(lǐng)域。而電力電子裝置在這些系統(tǒng)中通常作為電源或電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，對(duì)系統(tǒng)的整體可靠性有極大的影響。隨著人們對(duì)系統(tǒng)的安全性和可靠性的要求越來越高，故障診斷技術(shù)正愈來愈受到重視而成為研究熱點(diǎn)之一。因此研究電力電子電路的故障診斷，有其理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。 電力電子電路可以視為一個(gè)典型的混雜系統(tǒng)

2、，因此可以利用混雜系統(tǒng)相關(guān)理論來研究其故障診斷。本文以混雜系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，對(duì)電力電子電路進(jìn)行了混雜系統(tǒng)建模、故障診斷、事件辨識(shí)以及小波分析等方面的深入研究。具體的研究?jī)?nèi)容主要包括以下五個(gè)方面：(1)建立電力電子電路的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型。 根據(jù)電力電子電路的混雜系統(tǒng)本質(zhì)特性，建立了電力電子電路的統(tǒng)一混雜系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，在模型的基礎(chǔ)上給出了電路的基本事件、控制變遷、條件變遷等基本概念，不同的電力電子電路反映到模型中，只是模型中子系統(tǒng)參數(shù)以及

3、各個(gè)子系統(tǒng)之間離散事件的變遷規(guī)律不同。因此，可以利用該模型來討論電力電子電路的通用故障診斷方法。 (2)提出電力電子電路的通用故障診斷機(jī)理。在統(tǒng)一的混雜系統(tǒng)模型上分析了電力電子電路的基本工作機(jī)理和控制策略，指出電力電子電路結(jié)構(gòu)性故障均表現(xiàn)為存在錯(cuò)誤事件變遷，即電路的期望事件與實(shí)際事件的不相符合，因此通過實(shí)時(shí)辨識(shí)電路的實(shí)際事件，就可以確定電路的故障范圍和故障類型，從而將電路的故障診斷轉(zhuǎn)化為電路的事件辨識(shí)；這一故障診斷機(jī)理，能滿足同

4、時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性故障診斷和參數(shù)性故障診斷的要求，以及通用性要求；利用這一故障診斷機(jī)理，分析得到了一些典型電力電子電路的具體事件變遷規(guī)律和故障診斷基本規(guī)律。 (3)實(shí)現(xiàn)電力電子電路拓?fù)浔孀R(shí)。將電力電子電路進(jìn)行等效，然后將傳統(tǒng)電路拓?fù)浞治龇椒☉?yīng)用于電力電子電路的拓?fù)浞治觯唤o出了電力電子電路的同流拓?fù)?、同壓拓?fù)?、拓?fù)渚€性相關(guān)、拓?fù)湎蛄考白詈?jiǎn)拓?fù)湎蛄俊ⅹ?dú)立回路等基本概念和電流變量拓?fù)渚€性相關(guān)判定、回路獨(dú)立判定、最簡(jiǎn)拓?fù)湎蛄窟x取等基本定理；利

5、用電路中電流拓?fù)潢P(guān)聯(lián)關(guān)系，給出了利用開關(guān)支路電流變量信息的電路事件辨識(shí)方法；而根據(jù)拓?fù)湎蛄烤哂懈鞑幌嗤兓?guī)律的特征，給出了應(yīng)用電流變量和電壓變量的變化規(guī)律信息的事件辨識(shí)方法；分析了這些辨識(shí)方法各自的使用范圍，并利用這些方法，具體分析了一些典型電力電子電路的事件辨識(shí)。 (4)利用殘差分析實(shí)現(xiàn)電路事件辨識(shí)。分析并證明了用殘差發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)電力電子電路事件辨識(shí)的可行性，給出了這一殘差發(fā)生器的基本設(shè)計(jì)要求和構(gòu)建步驟；提出了利用殘差發(fā)生器

6、程序做電路事件辨識(shí)的計(jì)算優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)；為了提高殘差發(fā)生器的魯棒性，從頻域和時(shí)域兩方面分析了魯棒殘差發(fā)生器的基本原理及存在條件，并采用未知輸入觀測(cè)器構(gòu)建了用于事件辨識(shí)的最優(yōu)魯棒殘差發(fā)生器，給出了該觀測(cè)器參數(shù)的設(shè)計(jì)思路。 (5)利用小波分析實(shí)現(xiàn)電力電子電路故障診斷。分析了小波變換在電力電子電路故障信號(hào)濾波方面的應(yīng)用，指出小波變換器用于殘差發(fā)生器的中間環(huán)節(jié)要比直接進(jìn)行殘差濾波的事件辨識(shí)效果要好；分析了應(yīng)用小波變換做故障診斷的主要方法，指