← 返回
基于滑模观测器的储能系统双向交错变换器鲁棒开关故障诊断
Sliding Mode Observer-Based Robust Switch Fault Diagnosis of Bidirectional Interleaved Converters for Energy Storage System
| 作者 | Shengrong Zhuo · Yuqi Ma · Ruixin Zhang · Yigeng Huangfu · Fei Gao |
| 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 DC-DC变换器 故障诊断 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 直流-直流功率变换器 故障诊断 滑模观测器 储能系统 双向交错式升降压变换器 |
语言:
中文摘要
与储能系统相连的直流 - 直流功率变换器的可靠运行对于许多关键任务应用至关重要,而可靠的故障诊断在此类应用中必不可少。本文提出了一种基于滑模观测器的鲁棒开关开路故障诊断方法,并将其应用于储能系统的双向交错式降压/升压变换器。该方法利用滑模观测器生成残差,然后将残差发送至评估模块以做出故障决策。由于滑模控制算法具有鲁棒性,所生成的残差将开关故障与不确定性和干扰解耦。因此,该方法对电路参数不确定性和负载干扰具有很强的抗干扰能力。此外,由于作为诊断变量的电感电流处于闭环控制系统内,无需额外的传感器。仿真和实验结果均验证了所提出的故障诊断方法的有效性和鲁棒性。
English Abstract
Reliable operation of the dc–dc power converter interfaced with the energy storage system is vital for many mission-critical applications, where a reliable fault diagnosis is essential. In this article, a robust switch open-circuit fault diagnosis method based on sliding mode observer is proposed and then applied to a bidirectional interleaved buck/boost converter for the energy storage system. It uses the sliding mode observer to generate the residual, which is then sent to the evaluation module to make the fault decisions. Thanks to the robustness of the sliding mode control algorithm, the generated residual decouples the uncertainties and disturbances with the switch faults. Therefore, it shows strong immunity to the circuit parameter uncertainties and load disturbances. Furthermore, as the diagnosis variables, namely, the inductor currents, are within the closed-loop control system, the extra sensors are not needed. The effectiveness and robustness of the proposed fault diagnosis method have been demonstrated by both the simulation and experimental results.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务视角来看,这项基于滑模观测器的开关故障诊断技术具有显著的应用价值。该技术针对双向交错式Buck/Boost变换器的开路故障诊断问题,与我司储能变流器(PCS)的核心拓扑结构高度契合,可直接应用于大规模储能电站的功率变换单元。
该技术的核心优势在于三个方面:首先,滑模控制算法的固有鲁棒性使故障诊断能够有效解耦电路参数不确定性和负载扰动的影响,这对于应对储能系统复杂工况(如频繁充放电切换、电网波动)至关重要;其次,诊断变量利用闭环控制系统中已有的电感电流信号,无需额外传感器,符合我司降本增效的产品策略;第三,交错式拓扑的故障诊断能力可提升系统容错性,在单管故障时实现降额运行,避免整机停机,这对工商业储能和电网侧储能项目的可用性指标具有直接价值。
从技术成熟度评估,滑模观测器理论已较为成熟,但工程化应用仍需关注几个挑战:滑模控制的抖振现象可能影响诊断精度,需要优化边界层设计;多管并联的交错式系统在相电流不平衡工况下的诊断可靠性需进一步验证;此外,该方法目前聚焦于开路故障,短路故障和器件老化等渐变性故障的诊断能力有待扩展。
对于阳光电源而言,该技术可与现有的功率器件健康管理系统整合,提升储能产品的智能运维能力,特别是在高可靠性要求的调频、黑启动等应用场景中形成差异化竞争优势。建议开展工程样机验证,重点评估极端温度、高湿度等环境条件下的诊断鲁棒性。