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电动汽车驱动 IGBT 故障诊断 ★ 5.0

基于 horizon-自适应周期校正的电机驱动电压源逆变器开路故障诊断方法

An Open-Circuit Fault Diagnosis Method Based on Horizon-Adaptive Period Correction for Voltage Source Inverter in Motor Drive

作者 Naizhe Diao · Xiaoqing Zhang · Yingwei Zhang · Xiaoqiang Guo · Xianrui Sun
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2024年9月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 IGBT 故障诊断
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 IGBT开路故障诊断 水平自适应周期校正 电压源逆变器 多维特征提取 支持向量机
语言:

中文摘要

本文针对电压源逆变器(VSI)提出了一种基于水平自适应周期校正(HaPC)的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开路(OC)故障诊断方法,该方法能够在频率变化条件下实现任意 IGBT 开路故障的诊断与定位。首先,提出了水平自适应周期提取(HaPE)方法,用于在频率变化时准确获取电流信号的周期。HaPE 将信号从时域转换到相位域,以间接获取电流信号的周期,同时使每个周期内的采样点数相同。其次,提出了基于虚拟时域周期校正(VTDPC)的多维特征提取方法,该方法能够实现不同周期特征的一致性,从而大幅减少训练数据量。最后,采用支持向量机(SVM)算法进行分类以定位故障。与其他故障诊断算法相比,所提方法不受频率变化引起的幅值和周期变化的影响,能够准确地定位故障。仿真和实验验证了所提故障诊断方法在 VSI 开路故障诊断中的准确性和有效性。

English Abstract

In this article, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) open-circuit (OC) fault diagnosis method based on horizonadaptive period correction (HaPC) is proposed for voltage source inverter (VSI). It can achieve the diagnosis and location of any IGBT OC fault under frequency variation conditions. First, a horizon-adaptive period extraction (HaPE) method is proposed, which is used to accurately obtain the period of the current signal as the frequency changes. HaPE converts the signal from the time domain to the phase domain to indirectly obtain the period of the current signal, while making the number of sampling points in each period the same. Second, a multidimensional characteristic extraction based on virtual time domain period correction (VTDPC) method is proposed. It can achieve the identity of different period characteristics, thereby greatly reducing the amount of training data. Finally, support vector machine (SVM) algorithm is used for classification to locate faults. Compared with other fault diagnosis algorithms, the proposed method is not affected by the amplitude and period changes caused by frequency changes, and can accurately locate faults. Simulation and experiments verify the accuracy and effectiveness of the proposed fault diagnosis method in VSI OC fault diagnosis.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于水平自适应周期校正的IGBT开路故障诊断技术具有重要的工程应用价值。作为核心功率器件,IGBT的可靠性直接影响光伏逆变器和储能变流器的系统稳定性,而开路故障是最常见的失效模式之一。

该技术的核心创新在于解决了变频工况下的故障诊断难题。传统方法在电网频率波动或MPPT动态调整时容易产生误判,而本文提出的HaPE方法通过时域到相域的转换,实现了不同频率下采样点数的归一化处理,这对于应对光伏发电的间歇性和储能系统的频繁充放电切换场景极具针对性。VTDPC方法进一步实现了多维特征的周期校正,大幅降低了训练数据需求,这在实际产品开发中可显著缩短算法调试周期和降低标定成本。

从技术成熟度评估,该方法采用成熟的SVM分类算法,具备较好的工程化基础,但仍需关注几个关键问题:一是复杂环境下(如温度剧变、电网谐波干扰)的鲁棒性验证;二是算法的实时性能否满足微秒级故障响应要求;三是与现有保护系统的协同设计。

对阳光电源而言,这项技术可整合到智能诊断平台中,提升产品的预测性维护能力,特别是在大型地面电站和工商业储能项目中,能够显著降低非计划停机损失。建议重点评估其在1500V高压系统和多电平拓扑中的适用性,并探索与数字孪生技术的融合,构建更完善的全生命周期健康管理体系。