直流變換器故障診斷的方法

摘 要直流變換器在計算機(jī)、通信系統(tǒng)、新能源發(fā)電等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。它們的正常運(yùn)行對保證整個系統(tǒng)的安全、高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行意義重大。通過在線實時診斷直流變換器的故障，可以有效的提高系統(tǒng)的可靠性。本文對現(xiàn)有直流變換器故障診斷方法進(jìn)行了總結(jié)，指出了各種直流變換器故障的優(yōu)缺點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】直流變換器 可靠性 故障診斷

1 引言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)以及其它邊沿技術(shù)的不斷發(fā)展，直流變換器技術(shù)有了突破性的發(fā)展。目前，直流變換器以其體積小、重量輕、效率高、輸出形式多樣、穩(wěn)壓范圍寬等特點(diǎn)，在計算機(jī)、通信系統(tǒng)、新能源發(fā)電、航天航空和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。它們的正常運(yùn)行對保證整個系統(tǒng)的安全、高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行意義重大。通過在線實時診斷直流變換器的故障，迅速切除故障以及采取合適的容錯控制策略，可以有效的提高系統(tǒng)的可靠性。因此，對直流變換器的故障診斷研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值[1]。

雖然直流變換器結(jié)構(gòu)繁多，但其基本上是由單管直流變換器、全橋變換器以及多電平衍生而來，相應(yīng)的故障診斷方法可以推廣。因此本文主要對單管變換器、全橋變換器以及多電平直流變換器的診斷方法進(jìn)行了總結(jié)，并指出各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

2 直流變換器故障診斷

2.1 單管變換器

Boost變換器是最基本的單管直流變換器，應(yīng)用廣泛。文獻(xiàn)[2]針對Boost變換器提出了一種基于電感電流斜率的故障診斷方法。Boost變換器的電感電流作為系統(tǒng)控制變量，因此無需額外引入新的測量元件。數(shù)字控制器每半個開關(guān)周期采樣一次電感電流值，通過比較相鄰三個采樣值的大小實現(xiàn)開關(guān)管開路和短路故障的診斷。該診斷方法可以在不到兩個開關(guān)周期的時間內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)管故障的診斷。但是，該方法容易受到負(fù)載擾動的影響。

2.2 全橋變換器

全橋ZVS變換器因其高效率在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。針對全橋ZVS變換器，文獻(xiàn)[3]通過檢測直流側(cè)電流實現(xiàn)開關(guān)管開路和短路的診斷。直流側(cè)電流可以通過脈沖變壓器測量獲得，從而避免了昂貴的霍爾器件。同時通過比較直流側(cè)電流峰值和積分值，實現(xiàn)開關(guān)管開路和短路故障的診斷。該診斷方法可以利用簡單硬件電路實現(xiàn)，因此大大降低了診斷系統(tǒng)的成本。但是，該診斷方法不能實現(xiàn)故障開關(guān)管的定位，而且診斷時間較長。文獻(xiàn)[4]通過測量ZVS全橋變換器變壓器原邊電流、各橋臂下管電流實現(xiàn)故障開關(guān)管的開路和短路的故障定位。該方法需要引入較多的測量元件，診斷時間較長。文獻(xiàn)[5]以全橋變換器輸出電壓、原邊電壓和整流橋輸出電壓及作為診斷依據(jù)，基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)開關(guān)管的故障診斷。診斷算法較為復(fù)雜，同時診斷時間較長。

2.3 多電平變換器

多電平直流變換器可以廣泛應(yīng)用在大功率工業(yè)中。針對三電平boost直流變換器，文獻(xiàn)[6]也提出了相應(yīng)故障診斷方法，通過比較用于MPPT控制的輸出電容電壓的誤差實現(xiàn)開關(guān)管故障的診斷。文獻(xiàn)[7]針對半橋三電平變換器，通過觀察飛躍電容電壓的大小，可以實現(xiàn)功率開關(guān)管的故障檢測。該診斷方法不需要引入昂貴的測量元件和數(shù)字處理系統(tǒng)，僅依靠簡單的硬件電路即可實現(xiàn)。

3 結(jié)論

直流變換器的正常運(yùn)行關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對直流變換器的故障診斷備受研究者的關(guān)注。本文對現(xiàn)有直流變換器的故障診斷方法進(jìn)行了介紹、總結(jié)，指出了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對直流變換器故障方法的研究具有一定的指導(dǎo)意義。

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作者簡介

聶松松（1986-），男，現(xiàn)為湖北襄陽供電公司調(diào)控中心工程師，從事電網(wǎng)繼電保護(hù)管理工作。

作者單位

湖北襄陽供電公司調(diào)控中心 湖北省襄陽市 441000