← 返回
储能系统技术 储能系统 ★ 5.0

利用宇称-时间对称性超灵敏监测变频供电电机线端线圈绝缘退化

Ultra-Sensitive Monitoring of Line-End Coil Insulation Degradation in Inverter-Fed Machine Using PT Symmetry

作者 Hao Li · Helong Yang · Dawei Xiang · Jinyu Chen
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 线端线圈绝缘 早期监测 宇称 - 时间对称 阻尼率分裂 超高灵敏度
语言:

中文摘要

线端线圈绝缘是绕组绝缘中的薄弱环节,承受着较高的瞬态电压应力和更大的击穿风险,因此对其进行早期监测既具有重要意义又颇具挑战。为提高线端线圈绝缘早期监测的灵敏度,本文提出了一种基于宇称 - 时间(PT)对称的新方法,利用一个与系统高频共模(HFCM)开关振荡磁耦合的外部谐振器。该方法利用奇异点(EP)附近阻尼率分裂的效应,以更高的灵敏度检测线端线圈绝缘的早期劣化。首先,将逆变器供电电机系统中的 HFCM 开关振荡视为内部谐振器,并分析其模态特征。随后,设计一个外部谐振器使其工作在 PT 对称的奇异点,利用提取的 HFCM 开关电流的阻尼率特征进行在线监测。实验结果表明,该方法能够有效识别绝缘电容劣化,灵敏度约为 0.8%,至少是利用谐振频率特性的传统方法的六倍。该方法具有非接触安全、超高灵敏度和鲁棒性等特点。

English Abstract

The line-end coil insulation, a vulnerable point in winding insulation, is subjected to higher transient voltage stress and a greater risk of breakdown, making it both attractive and challenging to monitor at an early stage. To improve the sensitivity of early line-end coil insulation monitoring, this article proposes a novel approach based on parity-time (PT) symmetry, utilizing an external resonator magnetically coupled with the system's high-frequency common-mode (HFCM) switching oscillation. The effect of damping rate splitting near the exceptional point (EP) is used to detect early degradation of line-end coil insulation with enhanced sensitivity. Initially, the HFCM switching oscillation in the inverter-fed machine system is considered an internal resonator, and its modal features are analyzed. Subsequently, an external resonator is designed to operate at the EP of PT symmetry, and the extracted damping rate feature of the HFCM switching current is explored for online monitoring. Experimental results demonstrate that insulation capacitance degradation can be effectively identified with a sensitivity of approximately 0.8%, which is at least six times greater than that achieved by the conventional method utilizing resonant frequency characteristics. This method is characterized by its noncontact safety, ultra-sensitivity, and robustness.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于PT对称性的线端绕组绝缘监测技术具有重要的战略应用价值。在光伏逆变器和储能变流器系统中,电机绕组绝缘失效是导致系统故障的主要原因之一,尤其是线端绕组承受的瞬态电压应力更大,传统监测方法灵敏度不足,难以实现早期预警。

该技术的核心创新在于利用逆变器固有的高频共模开关振荡作为内部谐振器,通过外部谐振器的磁耦合构建PT对称系统,在例外点附近通过阻尼率分裂效应实现超灵敏监测。实验验证显示,其对绝缘电容退化的检测灵敏度达到0.8%,比传统谐振频率法提升至少六倍,这对于阳光电源产品的预测性维护具有突破性意义。

从应用前景看,该技术的非接触式、高灵敏度和鲁棒性特征与阳光电源的智能化运维战略高度契合。在大型光伏电站和储能系统中,可实现对逆变器驱动电机(如跟踪系统、冷却系统)的在线健康监测,显著降低非计划停机风险。此外,该技术可集成到阳光电源的iSolarCloud智慧能源管理平台,为客户提供增值服务。

技术挑战主要体现在工程化实施层面:需要针对不同功率等级的逆变器优化外部谐振器设计,确保在复杂电磁环境下的稳定性;PT对称系统对参数匹配精度要求较高,需要开发自适应调谐算法。建议阳光电源与学术机构合作,在实验室环境验证后,选择典型应用场景进行中试,逐步积累工程数据,将其纳入下一代智能逆变器的健康管理子系统,强化产品差异化竞争优势。