【摘 要】
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随着全球能源需求迅速增加,传统化石能源的存量急剧下降且温室效应等问题日益显著,寻找清洁、储量高的新能源成为关注的焦点以及研究的对象。其中光伏发电凭借其污染小以及便利的优点成为目前发展最快的新能源应用技术。但基于统计数据,作为光伏系统的核心,光伏并网逆变器的可靠性较低,其中的功率管易发生故障,进而影响光伏系统的发电效率以及可靠性。因此,研究提高并网逆变器可靠性,研究故障诊断方法,对提高光伏发电系统效
【基金项目】
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国家科技支撑计划（2015BAA09B01）； 河北省自然科学基金（E2019202481）；
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随着全球能源需求迅速增加,传统化石能源的存量急剧下降且温室效应等问题日益显著,寻找清洁、储量高的新能源成为关注的焦点以及研究的对象。其中光伏发电凭借其污染小以及便利的优点成为目前发展最快的新能源应用技术。但基于统计数据,作为光伏系统的核心,光伏并网逆变器的可靠性较低,其中的功率管易发生故障,进而影响光伏系统的发电效率以及可靠性。因此,研究提高并网逆变器可靠性,研究故障诊断方法,对提高光伏发电系统效率,降低损失具有重要意义。设计并搭建三相光伏并网系统仿真模型,结果表明仿真模型的输出符合GB/T37408-2019标准要求。理论分析和仿真研究不同IGBT开路故障后三相逆变器输出电流和IGBT模块结温特性,归纳故障特征,证明故障诊断的必要性及基于三相输出电流进行故障诊断的可行性。利用逆变器冗余拓扑,提出三相两电平逆变器动态冗余控制方法。设计四桥臂换相开关轮回切换方案,通过对三相IGBT控制信号再分配实现动态冗余控制策略;设计基于动态冗余控制策略的逆变器,仿真验证动态冗余控制策略在IGBT结温峰值抑制方面的有效性。基于优化极限学习机（ELM）和改进的灰狼算法（IGWO）提出逆变器多管开路故障的IGWO-ELM辨识模型。对逆变器故障输出电流的归一化峭度和归一化脉冲指标进行对比研究,确定开路故障七维特征向量[Ia-kur,Ib-kur,Ic-kur,Ia-f,Ib-f,Ic-f,α];以开路故障七维特征向量为输入、逆变器开路故障编号为输出构建逆变器功率管故障的极限学习机辨识模型;引入改进的灰狼算法（IGWO）优选优化极限学习机（ELM）的初始值;仿真和实验验证IGWO-ELM辨识模型的有效性。对无冗余桥臂逆变器、非动态冗余控制逆变器和动态冗余控制逆变器,分别构建相应可靠性模型,计算部件的失效率和逆变系统可靠度,验证动态冗余控制逆变器的系统可靠性有所提高;以热安全度来定量表征IGBT模块及逆变器的热安全性,验证动态冗余控制逆变器的热安全性有所提高;构建基于逆变工况的功率管寿命模型,通过某地一月份光照度及环境温度数据仿真逆变IGBT模块的工作结温,并计算累积损伤和剩余寿命,验证动态冗余控制逆变器有更好的耐久性。
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