TELKOM NIKA , Vol.14, No .4, Dece mbe r  2016, pp. 12 84~129 1   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v14i4.4033    1284      Re cei v ed Ma y 23, 201 6; Revi sed  No ve m ber 1, 2016 ; Accepte d  Novem b e r  16, 2016   Fault Diagnosis in Medium Voltage Drive Based  on Combination of Wavelet Tr ansform and Support  Vector Machin     Xudong Ca o * , Shaozhe Z hou, Jingze  Li, Shaohua Zhang   F ault y   of Geop h y s i cs an d Info rmation En gin e e rin g Chin a U n iversit y  of Pet r ole u m, Beiji ng , China   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : cao x ud on g07 07@ 163.com       Ab stra ct  Now adays, M e diu m   Volta g e   Drive (MV D) h a s b een  w i de l y  ap pli e d  in  th e fie l of h i gh- pow ered   motor  sp eed-r egu latio n . T h e s e types  of co nverter  use  a l o t of i n sul a ted   gate  bip o l a r transl a tors (IGBT s ).   So it is very i m portant to fin d   an effective w a y to  dia gnos e I G BT  open-circ uit faults. T h is  study descr ibe s  a   meth od  of dia g nosis for IGBT  ope n-circuit fa ults in MVD  w hose to pol ogy  is cell ser i es of  mu lti-lev e l. T h is  meth od  co mb i nes w a ve let tr ansfor m  (W T )  and  sup port v e ctor  mach in (SVM). T he w a vel e t transfor m   is  used to  extract  fault featur es  and SVM  is us ed to cl assify  the fau l t states  of a si n g le  pow er un it. T hen, the  traine d SVM cl assifier is  use d  to scan  all  p o w e r uni ts of  MVD seq uenti a lly. Res u lts of  simulati on  on  the   platfor m  of MA TLAB/Simuli nk  show  that this me th od h a s a  good  dia g n o si s capab ility. It can di ag nose t he  IGBT open-cir c uit faults of the w hole i n ve rter syst em, and di agn osis  accuracy is u p  to 96%. So, this   meth od h a s a  goo d ap plic atio n prosp e ct.    Ke y w ords Insulated gate bipolar  transistors, m u ltilev el system s,  Support vector  m a c h ines, Wavelet   transform   Copy right  ©  2016 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1 Introduc tion   In re cent yea r s, MV D ha been  obtain e d  lar ge-scale  appli c ation. It has the a d vantag e s   of high  output  voltage, lo conte n t of ha rmoni cs, low  swit chin g fre q uen cy and  so  on. Th e thre e- pha se voltag e outp u ts of  MVD a r gen erated  by  series power  mo dule s Every power modul e i s   comp osed of  rectifier-b r id ge and  H-b r i dge. One  H- bridg e  is com posed of four IGBTs. It me ans  that there a r e  a lot of IGBTs which are u s ed i n  t he inv e rter. But IG BT is the flim sie s t com pon ent  in a MVD sy stem. So, it  is very important to  kno w  if they h a ve  problem  o r   not for MVD’ reliability and  powe r  mod u l e  repla c e m en t online te ch n o logy. There alway s  are  o pen-ci rcuit fault  and  sho r t-circuit fault stat es  whe n  IGB T s a r e b r o k e n . As for  sho r t-ci rcuit fault  state, there  is  alrea d y prop er  way to di agno se. T h e  voltage bet wee n  colle ctor a nd emitt e r of IGBT i s  often  measured to  figure out whether thi s  ki nd of  fault happe ned o r  not. But for IGBT open -ci r cuit  fault, its imp a c t is not  a s  bi g a s  the  form er. Th e m o tor may  still ru whe n  IGBT  o pen-ci rcuit fa ult  occur.  However, the output wa ve of MVD will get  distortion and it will also introduce DC  comp one nt a nd lead to i n crea sing  of ha rmoni cs, insulation failure, heating p r o b l e m and  so  on . It  even lead s to  some  othe r bigge r proble m  if this pr obl em is n o t trea ted in a timel y  way [1]. There   is still no  proper  way to deal with thi s   kind of pr obl em for MVD.  So it is  necessary to research  some effe ctive detectio n  method s.  There are so me method su ch a s  expe rt sy stem, ne ural n e two r ks, current me a s uri n g   method an d  polarity detection meth o d  to diagno se IGBT ope n-ci rcuit fault. Expert system  method [2 -3]  is ba se d on  accumul a tion  of experie nces. It need s t o  list all po ssible fault stat es,  summ ari z e  th e rule s a nd  establi s h  a  knowl edge  d a taba se.  Whe n  failures o c cur, it ju dge s t h e   fault state by  queryin g  the  databa se.  Ho wever, thi s  m e thod h a so me we akne ss. It is difficult  to   establi s h a complete data base. Artificial neural net  te chni que is u s ed to identify  fault state in the   neural n e two r k met hod. It  doe sn’t n eed  the mat hem atical m odel   of the di agn o s is obj ect, a n d  it  also ha s som e  other advan tages  such a s  powerful  pa rallel processi ng ability, self-lea rnin g abili ty  and g ood fa u l t-tolera nt abil i ty [4]. But  this meth od ha s blin dne ss i n  its st ru cture de signi ng  and  fall into the  l o cal  minim u m point  too  easy [5].  Cu rre nt me asuri ng m e thod  i s  b a sed  on  the  analysi s  of system’s outp u t current. It  derive s  aver a ge cu rrent pa rk vect or met hod [6-7], sin g le   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Fault Diagnosis in Medium  Voltage Dri v e Bas ed on Com b ination of Wavelet... (Xudong Cao)  1285 curre n t tran sducer  metho d  [8], cu rrent  slop  metho d  [ 9 ] and  so  on.  Ho weve r, th ese  metho d are  sen s itive to t he loa d . Voltage  cu rre nt p o larity jud g m ent metho d  i s  to u s e th polarity of P W inverter’ s  o u tput to diag no se IGBT o p e n -ci r cu it fault. This m e thod  has th e adv antage s of ra pid   diagn osi s , hi gh reli ability. But, it is only appli c able   to the two - lev e l or th ree - le vel inverter.  For  multi-level inverter, it is hard to identify  faul t states [10]. M.  A. Rodrígue z-Blan co and  A.  Vázqu e z-Pé rez [11]  pro p o s ed  a fa st fau l t detection  scheme fo r IGB T  ope n ci rcuit usin g ad apti v e   threshold s  du ring the turn -on tran sient. This ap pr o a ch use s  a lot of compon ent for dete c tion. So,   it is not suite d  for medium  voltage ca scaded mult ilev e l inverters. In [12], the author combi n ed  the wavelet a nalysi s  and t he su ppo rt vector to  dia g nose IGBT open-ci rcuit fault. But they  only  analysed for two-l e vel inverter, not for ca scade multile vel converte r.      In this  pape r, for casca d e  multilevel i n vert er sy ste m , wavelet t r an sform  is  use d  to  extract fault feature, multi-SVM is used  to classify  the states of IGBT fault. In  time and frequ e n cy  domain, th wavelet tran sform ha go od lo cali za tio n  prope rty. The fre que ncy  of co nverte r’s   output is va ri able, that is t o  say,  it’s a n on-stationa ry sign al. So  co nventional F o urie r tran sfo r m is  no lon ger  sui t able for  sp e c trum  analy s i s  he re. SVM  is a  kind  of machi ne le arning al gorith m based on  statistical the o ry. It can ma ster the  ch a r acteri stics of  the sampl e  by studying t h e   training d a ta, and then cl assifies un kn own sampl e s.  M u lti-SVM is used in this pap er to diagno se   IGBT open -ci r cuit fault.       2. Problem Formulation   2.1. Fault An aly s is of Cas cad e Multilev e l In v e rter  Circuit  MVD i s  m a i n ly co mpo s e d  of  pha se -shifti ng tra n sf orme and  p o we r m odul e s . As is  sho w n  in Fi g u re  1, it is th e po we r mo d u les  conne cti on mo del  of  MVD. The  ad vantage  of th is   stru cture is th at it can avoi high voltag e addin g  to IGBT. Figur 2 sh ows that  the po wer m o dule   is co mpo s e d  of rectifier, f ilter and  H Bri dge. Th e conne ction p o r t R, S and  T whi c h will  be  con n e c ted to  the second a r y windin g  of phase-sh iftin g  transfo rme r  are thre e p hase input s of  power mo dul e, and the po rt U and  V are outputs. U  port of one p o we r mod u le  is co nne cted  to V  port of anoth e r po we r mod u le. Finally, three p h a s e hi gh voltage ou tput are form ed in this way.        Figure 1. Power m odul es  con n e c tion m odel of MVD      Single  power  module   which  is compo s e d  of 4  IG BT s i s  a t w o l e vel in verter. A s  i s   shown  in Figu re  2, I G BT A+ an B-, B+  and  A-  swit ch o n  a t  the same  time. The  cont rol  sign als of  H  Bridge a r e g enerated by the comp ari s on of triangu lar wave a n d  sinu soid. Sinusoid is call ed   modulatio n wave and t r ian gular wave  is calle d carrie r. Dead -time  compen satio n   is ad ded to  th up  and do wn tube’s co ntrol   sign al.  We compa r on modulatio n wave to other  different carri e rs  whi c h have  different ph a s e s  to ge nerate co nt rol  si gnal. The  differen c e of m odulatio n wa ve   among th ree  pha se s is 12 0°.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 14, No. 4, Dece mb er 201 6 :  1284 – 129 1   1286   Figure 2. Prin ciple of po we r modul e       Whe n  IGBT   open -ci r cuit f ault ha ppe n,  the outp u t vol t age  wave  wil l  disto r t. At th e same   time, the output current  wa ve will  distort  too. But the output cu rrent   wave i s  sensitive to the l o ad.  So, output vo ltage i s   sele cted a s   cha r a c teri stic pa ra meter. In  this pap er,  simul a tion m odule  o f   MVD i s  e s ta blish ed  by Si mulink.  Fo r o ne p h a s out put of MV D,  its po we r m o dule  use  sa me  modulatio wave. Every powe r  mo d u le in this  p hase uses  d i fferent ca rri er which ph ase   differenc e is   Ts /2N N is the level of MVD and Ts i s  the  period of  MVD’s outp u t wave). As is  sho w n i n  Fi g.3, the si mulat i on mo dule  of three - le ve MVD  is  cr ea te d .  T h e mo du le  wh ich  named  “To Fil e  4” reco rd o u tput  data. RL module  i s  a s  MVD’s l oad.  “Sine , “Sin e1”  and  “Sin e2”  module s  work as  sine  wav e  gene rato r.      Figure 3. Simulation mod e l  of cascad e three - level  co nverter      Simulation m odel of po we r mod u le is  comp osed of  H Brid ge, DC po we r an d  SPWM   (Sine Pulse Width Mod u l a tion) wavefo rm gene rato r. We open d r i v ing signal of  IGBT to simulate  open -ci r cuit fault. MVD’s o u tput frequ en cy varie s   fro m  10HZ to 7 0 HZ. The n , the fault simul a tion   data whi c could work a s  multi-SVM’s training  sam p le is a c q u ired. The  sim u lation mo del  of  SPWM wavef o rm ge nerato r  is shown as  Figure 4.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Fault Diagnosis in Medium  Voltage Dri v e Bas ed on Com b ination of Wavelet... (Xudong Cao)  1287     Figure 4. Model of SPWM waveform ge nerato r       2.2. Wav e let Trans f orm o f  Po w e r Module’s Output  Voltage    Wavelet transform i s  very sens itive to singular poi nt of  signal. The signal  will  show  some fe ature s  unli k e noi se’s to some  extent  when  the output wave disto r tio n  happ en s. So,  waveform di stortion  co ul d be dete c te d in the  stro ng noi se ba ckgro und if  we sele ct proper  wavelet ba si s and scale  p a ram e ter. Fo r noi se, its m a xima moduli  of wavelet transfo rm redu ce  rapidly. So, this could rai s anti-jammi ng  capability of fault diagnosi s  system.   A prop er  wav e let ba sis i s   need ed to  wa velet tran sform. There are  som e  comm on u s ed   wavelet ba se  function su ch a s  Mo rlet, Mexico,  Haa r , DBN, Symlet and so on.  They mu st meet   some  ba sic performan ce indicators,  such a s  vanishing mo ment, regul a r ity, compa c tly  sup porte d, symmetry. But it is conflict fo r vani shi ng m o ment and  co mpactly su pp orted. The hi gh   ran k  vanishin g moment m ean s that the value of  wa velet function  decay s to zero qui ckly. This  bring s  in  a hi gh  re solution  ratio,  but le ad to   suppo rt ing le ngth  growin g lo nge r. So it n eed to   synthe size every kind of  situation.   Lipschit z ind e α   coul d b e  used to  de scribe  si gnal  f eature  of pa rtly sing ularit y [13]. It  mus t  meet the following formula.      |f(x0+h)-Pn ( h ) A*|h| α            ( 1 )     n α≤ n + 1             ( 2 )     n 0, n Z             ( 3 )     A 0, A Z             ( 4 )     h0 0, h0 Z             ( 5 )     There is a th eore m  whi c states that wavele t transfo rm ca n’t dete c t sing ularity of signal   if it just has n rank vani shi ng mome nt. So, t he rank  of wavelet ba sis mu st be h i gh eno ugh to  get  ability of detecting si ngul ari t y of signal. Generally, to  identify disco ntinuity of nth order d e rivative we sele ct at least n o r de disa ppe are d  regul ar  wavel e t. Some stu d ies di scove r  that Daub echies  wavelet ba si s is suita b le to  pro c e ss  ele c tronic  ci rcuit sign al. Wavel e t basi s  DB 2 5  is sele cted  to   decompo se f ault sign al into 8 levels. M a llat  algorith m  wa s sel e ct ed to decom pose the out put  wave of p o wer mo dule i n to 8 levels.  One IGBT d r ive sig nal i s  discon ne cte d  at the out put  freque ncy of 50HZ.      2.3. Energ y   Eigenv alue  of Wav e let Transform   First, eval uat e en ergy  va lue of  wavel e t de com p o s ition coeffici ent. The n , p u t the  evaluated  val ue in  a  col u mn ve ctor  which  coul d  b e  a s  ei genve c tor of a  faul t. The e nerg y  of  wavelet is d e fined a s  follows:    EWj= 2 2 1 |( ) | ( ) | | n j jk k St d t d          ( 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 14, No. 4, Dece mb er 201 6 :  1284 – 129 1   1288 S(t) is the f unctio n  of a signal, an d  EW j is the  powe r  of wavelet deco m positio coeffici ent. Specifi c  step are a s  follows:  1.  De comp ose output voltag e sign al into 8 levels with  wavelet tran sform.  2.  Evaluate total energy of ea ch ba nd si gn al.  If the power o f  S (8 ,j ) is  E (8 ,j ) (j=1 ,2,3,4,5,6,7,8), then  2 1 (8 , ) | | n jk k Ej x . Xjk  is   the amplitude  of recom p o s ed sig nal.   3.  Con s tru c t eig envecto r ba sed on en ergy  of every band  signal.     T1=[E(8,1)/E E(8,2)/E E(8, 3)/E E(8,4)/E E(8,5)/E E( 8, 6)/E E(8,7)/E]       (7)    Whe n  som e  IGBTs op en -ci r cuit fault s  occur, the r e will  be some  cha nge s of eigen vector.  So, this eigen vector  could  be the input o f  SVM classifi er.       3. Fault Diag nosis Ba sed  on Multi-SVM  SVM  is a kin d   of  m a chine  learni ng algo rithm  which   i s  based on stat istic studyin g theory  and structu r e  risk mi nimizi ng prin cipl e. It has m any advantag es i n  solving  sm all size sam p le,  nonlin ear an d high dimen s ion a lity in pattern identifi c ation p r obl e m s. It has a solid theo reti cal  basi s  an d sim p le mathem atical mod e l.    3.1. Principle of SVM’s Multi-clas s Classific a tio n    The b a si c al g o rithm of SV M is to  put li near in sepa rable p r o b lem  be ma ppe d i n to high - dimen s ion a l space by the kernel fun c tion If there are m  sample s a s  follows:      1 , 1 , , , , , , 2 2 1 1 y R x y x y x y x d m m         ( 8 )     In low dimen s ional spa c e, linear di scrimi nant f unctio n  usu a lly is exp r esse d as foll ows:      b x w x g                                                           (9)    Equation of cl assificatio n  is as follows:     0 w b x                                                            (10)    The co ndition  of correct cl a ssifi cation i s  t hat it must meet the followi ng equ ation:     0 1 ) ( y b x w i i                                                    (11)    The  algo rith m ab ove ju st  appli e s to  bi nary  cla s sification p r o b le ms. F o r t h is  pape r,  we   need to u s multicla ss  cla ssifi cation m e thod whic h i s   based on  ba sic SVM abov e. There are two   ways to  co n s tru c t multi-SVM classifi er. On way is called  di rect m e thod.  It chang es  the  obje c tive function directly , incorp orate s  multip le cl assificatio n  surface pa ra meters into an  optimizatio probl em. It re alize s  m u lti-cl assificati o n  b y  solving th optimizatio probl em. But  this  kind  of m e th od i s   com p le x and  difficult  to u s e.  T he  other way  is  calle d in dire ct method. It g e ts  the ability of   multi-cl assification by  com b ining multip l e  cl assifiers.  This method i s  divided i n to  two  kind s. O ne i s  call ed  one -versus-rest  (O VR) SVM s. T he oth e r i s   called  one -versu s-o ne  (OV O SVMs. The  b a si c meth od  is to  de sign  a SVM bin a ry cla ssifie r  b e twee n a n y two  sam p le s.  So   sampl e s of  m catego ry  should  be  de signed  m*  (m  -  1 )   / 2  SVM   bina ry cla ssi fiers. Wh en we   classify unknown samples, the  num ber of  one classification  will be added one if it  is  corre s p ondin g  categ o ry. Finally, the sample  whi c h h a s the maxim u m numb e r will be recogni ze d   as  the final c l ass i fic a tion res u lt.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Fault Diagnosis in Medium  Voltage Dri v e Bas ed on Com b ination of Wavelet... (Xudong Cao)  1289 3.2. The Clas sification M e thod of IG BT  Open-circui t  Fault of MV D   As  we  can   see from Fi gu re 2  that fo ur IGBTs are u s ed  in  a p o wer m odul e. So, for  a   power mod u l e , there a r e   16  kind s of I G BT fault s   ( 0 4 C + 1 4 C + 2 4 C + 3 4 C + 4 4 C =16).  Combinin g the  above an alysi s , one to one  cla ssifi cation  algorith m  (O VO SVMs) is  more a pprop riate.  There a r e t w o sta g e s  of t h is m e thod.  First,  we  sho u ld  sele ct th e optimal  pa rameters,  train th e m u lti-SVM cl a ssifie r   with  the eig enve c tors  whi c h  are extra c t ed from  wa velet  decompo sitio n . Second, u s e trained  cla s sifier to cl a s si fy test sampl e s. Detail s are as follo ws:   1.  Select the ke rnel functio n   Acco rdi ng to the prin cipl e o f  the Hilbert -  Sc hmidt, a function  can b e  a kern el function as  long a s  it satisfies the M e rcer  con d ition.  Kernel  fun c tions  whi c h are usu a lly use d  are a s  follo ws:   Linea r inne r p r odu ct functio n       y x y x K T ,                                                 (12)    Polynomial kernel fun c tion                       d y x y x K ) 1 ( ,                                          (13)    RBF ke rnel fu nction              2 exp , y x r y x K                                 (14)    In this  pape r,  we  select th e RBF  kern e l  functio n  whi c ca n be  carri ed  out no nlinea mappin g  ea si ly.  2.  Pre-treatment  of sample da ta and trainin g  cla ssifie r     First,  we  sele ct the ei genv ector which can refl ect the  feature  of fa ults. The n , the fault s   whi c h have t he sam e  ch a r acte ri stics are remove d.  The trainin g  sa mples a r e g o t  by normalizi ng  the feature ve ctor.    3.  Cycli c al sca n  the output wa ve data of eac h po we r mo dule with the  trained  cla ssif i er   In a com p let e  cycle, all  p o we r mod u le s c ould b e  d i agno se d by the sam e  cla ssifie r Becau s con t rol sign als  of IGBTs are gene rate d  by the compare of the  same frequ e n cy   modulatio n wave and the  carrie r. We u s e the  cla ssif i er to cy clical  scan all the  power mo dul e s   whi c we  kno w  thei se que nce s . T hen  we kno w   whi c h  IGBT a nd  which  po we r m odule  o c cur th e   open -ci r cuit fault. It is fea s ible to the  re al MV D, b e ca use  every p o w er mod u le  h a s a  unit  cont rol  board to  co ntrol IGBT’ s  o p e rating  state s . This  boa rd i s  al so  ca n b e  used to  gath e r the  value  of  power  modul e’s  output d a t a  an send  it to the m a st e r  controller which  contain s  the  cla ssifie r  in   it. Then IGBT open-ci rcuit faults of the whole MV system can be  diagn osed by  this cla ssifie r     4. Simulation and Result Anal y s is   As is shown in Figure 3, it  is a three - le v e l MVD’s  sim u lation mod e l .  Every phase of the  MVD is com p ose d  of three power mod u l e s. We op en IGBT’s drivin g signal to si mulate its failure.   Table 1  sh ows eig enve c tors of en ergy v a lue  wh ich a r e de comp ose d  by wavelet  transfo rm  wh en  output freq ue ncy of MVD i s  50 HZ. Th e first  colum n  lists the IGBT  states: “NO”  m ean s that the r e   is no IGBT fai l ure; “A +” m e ans th at IGBT A+ ha op e n -ci r cuit fault; “A+ A- B +  B-” mea n s that  all  of them o c cur IGBT ope n-circuit fa ult. Th e se co nd  col u mn li sts la b e ls of IGBT  o pen-ci rcuit fault.  “E0” in the third column  mean s wavel e t transfo rm’ s  ene rgy value of the eighth level in low  freque ncy pa rt. “E1” in the fourth colum n  mean s wav e let transfo rm’s ene rgy value of the eight h   level in high frequ en cy part. “E3” in the  fifth co lumn mean s wavel e t transfo rm’s energy value  of  the seventh  level and  so  on. F r om  T able  1,  we  get informati on that th energy of p o w er  module’ s out put is mainly focu sed on lo w frequ en cy  part. There al so are som e  other informa t ion  can b e  got th at the first cla ss a nd the fo rth cla s s, the se con d  cla ss and the third  class, the fifth  cla s s an d the  ninth  cla s s, t he  sixth cl ass a nd th e te n t h cla s s, the   eleventh  cla s s a nd thi r tee n th  cla s s have  n early the  sa me en ergy value of   f r eq u ency band. So  we   me rg the sam e  two  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                             ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 14, No. 4, Dece mb er 201 6 :  1284 – 129 1   1290 cla s ses i n to o ne cl ass. A s   we  can  see from the  follo wing table, th most e nergy focu se s o n  first   four ra nks. So, we sel e ct “E0”, “E1” , “E2  and “E3  a s  the eigenve c t o r.       Table 1. wav e let transfo rm ’s ene rgy value of one po wer m odul e’s voltage outp u Fault  Label  E0 E1  E2 E3 E4  E5 E6 E7  E8  NO  0.7184  0.0281   0.0186  0.1093  0.1188   0.0759  0.0544  0.0381   0.0318   A+  0.6882  0.0550   0.0767  0.1172  0.1058   0.0687  0.0504  0.0330   0.0277   A-  0.2902  0.0393   0.0799  0.1169  0.1088   0.0655  0.0492  0.0338   0.0284   B+  0.2367  0.0481   0.0657  0.0970  0.1041   0.0595  0.0456  0.0328   0.0275   B-  0.6883  0.0456   0.0883  0.1221  0.1037   0.0688  0.0494  0.0341   0.0284   A+A-  0.1978  0.0658   0.1138  0.1287  0.0864   0.0587  0.0440  0.0279   0.0226   A+B+  0.1087  0.0591   0.0811  0.1284  0.0905   0.6562  0.0433  0.0276   0.0241   A+B-  0.7391  0.0956   0.0562  0.0930  0.1019   0.0637  0.0463  0.0308   0.0254   A-B+  0.8619  0.0909   0.0588  0.0817  0.1009   0.0536  0.0410  0.0303   0.0251   A-B-   0.2061  0.0742   0.1332  0.1107  0.0814   0.0561  0.0400  0.0277   0.0234   B+B-  10  0.1097  0.0693   0.1250  0.1196  0.0828   0.0520  0.0387  0.0279   0.0223   A+A-  B+  11  0.8382  0.1082   0.0915  0.1085  0.0626   0.0419  0.0319  0.0213   0.0178   A+A-  B-  12  0.3393  0.1156   0.1149  0.1069  0.0711   0.0531  0.0357  0.0241   0.0215   A-B+  B-  13  0.8389  0.1130   0.1307  0.0915  0.0614   0.0419  0.0283  0.0238   0.0212   A+B+  B-  14  0.3025  0.1075   0.0902  0.0886  0.0603   0.0428  0.0324  0.0217   0.0178   A+A-  B+B-  15  0.0000  0.0000   0.0000  0.0000  0.0000   0.0000  0.0000  0.0000   0.0000        The o u tput freque ncy  of  MVD  wa ch ange d fro m   10HZ  to 7 0 HZ. So, there  are  71   sampl e s for e v ery type of IGBT faults. We sele cted the sam p le da ta of one power modul e as  the  SVM’s trainin g  data. The d a ta of other p o we r mod u le s we re dia g n o se d by this traine d SVM.   The SVM’s p a ram e ters  we re o p timize with g r id-re s e a rch meth od.  Finally, the v a lue of  penalty facto r  wa s set to 3 2768. Th e pa ramete r g  wa s set to 0.5. The final resu lt of IGBT open- c i rc uit fault c l ass i fic a tion in  powe r  mod u l e  who s e a c cu racy is  96.92 62% is sh own as Figu re 5.       Figure 5. Dia gno sis result of IGBT open -ci r cuit fault      The final dia gno sis of the  whole MVD  is finish e d  by this SVM classifier dia g n o sin g  all  the po wer m odule s  in tu rn. The a c curacy of the remainin g po wer  modul es are 9 6 .950 8 % 96.930 5%, 9 6 .7754%, 9 6 .8433%  and  96.720 5%. It can   be se e n   that  the accuracy of  all the  power mo dul es are high e noug h.  0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 1 2 3 4 5 6 7 S a m p l e   o f  te s t  s e t C l assi f i ca t i on  l a b e l R e a l i t y   an d  T e s t i n g  S e t  of   P o w e r   M odu l e     R e a l i t y se t T e sti n g  se t Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Fault Diagnosis in Medium  Voltage Dri v e Bas ed on Com b ination of Wavelet... (Xudong Cao)  1291 5. Conclusio n    This pa per p r opo se s a method for IGBT  open-circuit fault detection  in Medium Voltage   Drive  wh ose t opolo g y is cel l  se rie s  m u ltileve l. The  pro posed m e tho d  combin ed  WT  analy s is  and  SVM cla ssifie r . The  ba sic p a ram e ters of  WT  a r e obtai ned  by analy s ing output of  power mod u l e in MVD  and   multi-SVM cl assifiers a r e t r aine d by  th e  eigenve c to rs of this  outpu t. The remain ing   power m odul es a r e di agn ose d  by the t r aine d mu lti-SVM classifie r  one  by one . The sim u lat i on   results  demo n strate  the p o ssibility and  effectivene ss with thi s  m e thod to d e tect IGBT o p en- circuit fa ults i n  MVD. It i s   a l so  ada ptable  for  so m e  MV Ds which h a ve different  co ntrol  algo rith ms  su ch a s  vecto r  cont rol and  voltage to frequen cy cont ro l, if we put the relate d sa mples to train  the  multi-SVM cl assifier.       Referen ces   [1]  Yu Yon g , Jia n g  She ngc hen g.   IGBT  Open Ci rcuit F ault Di ag nosis M e thod f o r Inverter . Pro c eed ings  of  the CSEE. 2011; 31(9): 30-35   [2]  Shan g W u j un,  He Z h e n g y o u .  An IGBT  Output  Po w e r-B a s ed D i ag nos is  of Open- Circ u it F ault i n   Inverter.  Power System  Technology.  201 3; 4(201 3): 110 4-11 45.   [3]  Che ngg ua ng  H uan g, Jin Z h ao , Chaor on g W u Data-b ase d   inverter IGBT  ope n-circu i t fault di ag nosi s   in vector c o n t rol in ductio n  motor  driv es .  In IEEE Confere n ce  on  Industria l El ectronics  and   Appl icatio ns. 2 013: 10 39- 104 4.  [4]  MA Rodríg uez- B lanc o, A Váz quez-P érez, L  Hern ánd ez-Go n zál e z, A Pech -Carbo ne ll, M  Ma y A larc ón.   IGBT   F ault Dia gnos is usi ng A daptiv e T h resh olds d u ri ng the  T u rn-on T r ans ient.  In IEEE International  S y mp osi u m on  Diag nostics fo r Electric Mach ines. Po w e r El ectronics a nd  Drives. 20 13: 2 41-2 48.   [5]  Estima JO, Marqu e s CAJ. A ne w  ap pro a c h for real -tim e multip le o p e n -circuit fau l t dia gnos is in   voltag e-sourc e  inverters.  IEEE Transactions  on Industry Ap plicati ons . 20 11 [6]  Gu Y, Ni F ,  Yang D, et al. S w itchin g state p has e s h ift method for thr ee-p hase c u rrent r e constructi o n   w i t h  a sin g le D C -link curr ent s ensor.  IEEE Transacti ons o n  Industri a l Electr onics . 20 11   [7]  Cho u  SF , Lee  CT , Ko HC, et al. A Lo w - voltag e Ri de  throug h Metho d   w i th T r ansformer F l u x   Comp ensati o n  Capa bil i t y  of  Rene w a b l Po w e r Grid-si de Co nverters IEEE  Trans, on Power  Electron ics . 20 14.   [8]  Ki-Hon g K i m,  Yoon- Che u l  Je ung,  Do ng-C h oon  L ee.  LVR T  Scheme of  PMSG W i nd P o w e r  S y stems   Based o n  F eed back Li ne arizat ion.  IEEE Transactions on Power Electronics . 2012.   [9 X u  Yo u ,  Zh an g j i a ny ong One-cycle Control S t rategy  of Three-phase PV Inve rters Based on Negativ Sequ enc e Vol t age F e ed for w ard Co mp en sation  un der   Unb a la nce d  Input V o ltag Con d itio ns .   Proceeding of  the C SEE. 2012; 12(25): 22-30.  [10]  W ang F e i, Du arte JL, He ndr ix MAM. Pli a n t  acti ve an d r eactive  po w e r  control for gr i d -inter active   converters u n d e r unb ala n ce d voltag e di ps.  IEEE Transactions on Power  Electronics . 20 11.   [11]  Z uoli ang Z h an g. F ault dia g n o sis s y stem of   VF D based  o n  W a velet T r ansform an d Ne ural n e t w ork.   Master’s de gre e . Chan g sha:  Centra l South  Univers i t y ; 2 0 0 8 [12]  Hu Qing, W a n g  Ron g ji e.  F a u l t Diag nosis T e chn o lo gy Bas ed on SVM i n  Pow e r Electronics Circu it.   Procee din g s of  the CSEE. 2008; 28(3 1 ): 107 -111.   [13] Caseir JAA Card oso AJ M Fault  diagnosis on a  P W M rectifier AC driv e system  with fault   tolera nce us in g the av era g e  current Park s  vector ap pro a c h . IEEE International E l ectric Machines   and Dr ives Co nferenc e. Mia m i, F L , USA. 2 009: 69 5-7 0 1   [14]  Suroso  Suros o , Daru  T r i Nug r oho, T o shih ik N oguc hi. H- Bridg e  b a se F i ve-Lev el  Cur r ent-Sourc e   Inverter for Gr id C o n necte Photovo l taic P o w e Co nditi o ner.  TELKOMNIKA Telec o mmu n ic ation,   Co mp uting, El ectronics a nd  Contro l . 201 3; 11(3): 48 9-4 9 4 .   [15]  T ang Qingq u an, Yan  Shi c hao.  Ope n -c ircuit Fau l t Diag nos is of  Transistor i n  Three- leve l   Inverter Proc eed ings  of the CSEE. 2008; 2 8 (21): 26- 27   [16]  A Jidi n, S S a n u si, T  Sutikno.  Improve d  Out put  Vo ltag e Q ualit usi ng  Sp ace V e ctor Mo dul ation  for   Multilev e l  Inve rters.  TELKOMNIKA Telec o mmu n icati on,  Co mp uting,  El ectronics  a nd  Contro l . 2 016 ;   14(2): 38 7-3 8 9 .   [17]  Stepha ne Mal l a t. A  w a vel e t tour of sign al p r oc essi ng. Lih ua Yan g . Beiji ng: Chi na Mac h in e Press.  200 2: 122- 142.   [18]  Yunj ie  Xu, Sh udo ng  Xi u. Di agn ostic Stud y Ba sed o n  W a vel e t Packet Entrop y an W ear Loss of  Supp ort Vecto r  Machin e.  TELKOMNIKA Teleco mmu n ic ati on, Co mp utin g ,  Electronics a nd Co ntrol 201 4; 12(4): 84 7-85 4.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.