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基于ICRLS与扰动滑模观测器的未知参数条件下并网三相逆变器多开关开路故障诊断
Multiple Open-Switch Fault Diagnosis of Grid-Connected Three-Phase Inverters Under Unknown Parameter Conditions Using ICRLS and Disturbance Sliding Mode Observer
| 作者 | Shuiqing Xu · Zhiqin Zheng · Lei Wang · Hai Wang · Yi Chai · Mingyao Ma |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年2月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 三相逆变器 故障诊断 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 三相逆变器 开路故障诊断 输入补偿递推最小二乘法 离散扰动滑模观测器 故障识别 |
语言:
中文摘要
针对并网三相逆变器在参数未知情况下的开路（OS）故障诊断问题，本文提出了一种将输入补偿递推最小二乘法（ICRLS）与离散扰动滑模观测器（DSMO）相结合的方法。首先，引入了 ICRLS 方法，该方法通过补偿未知扰动来提高参数辨识的准确性，从而提升故障诊断的可靠性。随后，提出了一种新型 DSMO 用于快速、精确地估计三相电流。然后，基于这些观测值设计了自适应故障检测变量，确保了检测算法的鲁棒性。最后，通过构建故障相识别和故障类型识别机制，该方法实现了对并网三相逆变器 21 种不同类型 OS 故障的精确识别。硬件在环测试结果验证了所提方法的有效性和鲁棒性。
English Abstract
In addressing the issue of open-switch (OS) fault diagnosis for grid-connected three-phase inverters under unknown parameter conditions, a method combining input-compensated recursive least squares (ICRLS) and a discrete disturbance sliding mode observer (DSMO) is proposed in this article. First, an ICRLS approach is introduced, which enhances the accuracy of parameter identification by compensating for unknown disturbances, thereby improving fault diagnosis reliability. Subsequently, a novel DSMO is presented for the rapid and precise estimation of three-phase currents. Then, adaptive fault detection variables are designed based on these observations, ensuring the robustness of the detection algorithm. Finally, by constructing a fault phase identification and fault identification mechanism, the method achieves precise identification of 21 different types of OS faults in grid-connected three-phase inverters. The effectiveness and robustness of the proposed method are validated through hardware-in-the-loop testing results.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项针对并网三相逆变器开关故障诊断的技术研究具有重要的工程应用价值。该技术通过结合输入补偿递推最小二乘法（ICRLS）和离散扰动滑模观测器（DSMO），在参数未知条件下实现了21种开关故障的精确识别，这对提升光伏逆变器和储能变流器的可靠性与智能运维能力具有直接意义。
在实际应用层面，该技术的核心价值体现在三个维度：首先，通过补偿未知扰动提高参数辨识精度，能够适应阳光电源产品在全球不同电网环境下的复杂工况，这对于公司在弱电网、微电网等场景的解决方案尤为关键。其次，基于自适应故障检测变量的设计增强了算法鲁棒性，可显著降低误诊率，减少不必要的设备停机和维护成本。第三，精确的故障定位能力可与公司现有的智能运维平台深度集成，实现从故障预警到精准维修的闭环管理。
从技术成熟度评估，该方法已通过硬件在环测试验证，具备较高的工程化可行性。但实际部署仍面临挑战：一是算法在大规模分布式光伏电站中的实时性能需进一步验证；二是与现有IGBT模块、驱动电路的兼容性需要系统级测试；三是在储能双向变流器等更复杂拓扑中的适用性有待扩展。
建议阳光电源将此技术纳入下一代逆变器产品的故障诊断模块开发路线图，特别是在工商业储能和大型地面电站领域优先试点，结合公司在功率电子和控制算法方面的技术积累，打造差异化的智能运维竞争优势，同时探索与设备全生命周期管理和预测性维护服务的协同创新。