基于小波分析的逆變電路故障診斷方法研究

劉玲　劉荷花

摘 要： 針對(duì)逆變電路受到輸入電壓不穩(wěn)定性等因素的影響時(shí)容易產(chǎn)生故障的問題，提出一種基于小波分析的逆變電路故障診斷方法。構(gòu)建逆變電路的電壓、電流和功率的輸入/輸出模型，確定電路故障的約束參量模型，構(gòu)建逆變電路運(yùn)行狀態(tài)目標(biāo)函數(shù)，對(duì)電路中的傳輸信息流采用小波分析方法進(jìn)行特征提取，實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確檢測(cè)和診斷。測(cè)試結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行逆變電路故障診斷的準(zhǔn)確性較高，可靠性較好。

關(guān)鍵詞： 小波分析； 逆變電路； 故障診斷； 特征提取

中圖分類號(hào)： TN710?34； TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）20?0156?03

Abstract： The inverter circuit may easily produce the fault caused by the influence of input voltage instability and other factors； therefore a wavelet analysis based fault diagnosis method of inverter circuit is proposed. The input/output model of voltage， current and power of the inverter circuit is constructed to determine the constraint parameter model of circuit fault. The target function of inverter circuit operation state is established. The wavelet analysis method is adopted to extract the features of transmission information flow in the circuit， and realize the accurate fault detection and diagnosis. The test results show that the method has high accuracy and reliability for fault diagnosis of inverter circuit.

Keywords： wavelet analysis； inverter circuit； fault diagnosis； feature extraction

0 引 言

逆變電路是通過并聯(lián)諧振逆變器把直流電變成交流電的電路結(jié)構(gòu)，逆變電路根據(jù)直流側(cè)儲(chǔ)能元件形式的不同可以分為有源逆變和無源逆變，用電力電子器件（如晶閘管等）逆變器給串聯(lián)負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)調(diào)速和輸出穩(wěn)壓控制能功能。逆變電路在電力電子裝置、電源設(shè)計(jì)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。逆變電路受到輸入電壓的不穩(wěn)定性和電力電子器件的耦合性等因素的影響，容易產(chǎn)生故障，導(dǎo)致整個(gè)電路系統(tǒng)不能正常工作，需要進(jìn)行逆變電路故障診斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高電路的穩(wěn)定運(yùn)行能力。

傳統(tǒng)方法中，對(duì)逆變電路故障診斷方法主要有時(shí)域分析診斷法[1]、頻域分析診斷法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法等[2?3]。通過故障特征提取信息采集分析方法得到逆變電路故障狀態(tài)信息參量，實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變電路的運(yùn)行狀態(tài)和故障原因進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和分析，但上述方法存在實(shí)時(shí)性不好，魯棒性不高的問題。對(duì)此，本文提出一種基于小波分析的逆變電路故障診斷方法，通過診斷算法研究和實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析，得到有效性結(jié)論。

1 逆變電路故障診斷原理和特征提取

1.1 故障診斷原理及總體設(shè)計(jì)

為了有效構(gòu)建逆變電路的故障診斷模型，首先分析逆變電路的故障診斷原理。逆變電路故障診斷主要是通過對(duì)電路的輸入/輸出的電流、功率、電壓和功耗等參量進(jìn)行信息特征分析和融合，實(shí)現(xiàn)故障特征提取和故障屬性判別的過程[4]。典型的逆變電路的等效電路模型如圖1所示。以圖1給出的逆變電路等效模型為研究對(duì)象，進(jìn)行故障診斷原理分析。采用傳感器設(shè)備進(jìn)行逆變電路的電氣參量測(cè)試和采集，在電路的輸出設(shè)備中獲得有關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變電路的內(nèi)部特征的定量分析。對(duì)逆變電路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行特征分析，提取逆變電路的異常工況特征信息，通過特征優(yōu)選和專家系統(tǒng)的分類決策，實(shí)現(xiàn)逆變電路的故障分類診斷。根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理，得到逆變電路的故障診斷的實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖2所示。

1.2 逆變電路故障信息獲取

根據(jù)圖2給出的逆變電路故障診斷原理可知，進(jìn)行電路故障診斷的第一步就是進(jìn)行信息特征提取。采用小波分析方法進(jìn)行特征參量融合分析[5]，定義雙曲調(diào)頻母小波為：

2 故障特征提取與診斷實(shí)現(xiàn)

構(gòu)建逆變電路運(yùn)行狀態(tài)目標(biāo)函數(shù)，對(duì)電路中的傳輸信息流采用小波分析方法進(jìn)行特征提取。在逆變電路的次級(jí)共振環(huán)節(jié)，根據(jù)逆變電路系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[6]，構(gòu)建電壓和功率輸出增益為：

3 仿真實(shí)驗(yàn)分析

為了測(cè)試本文方法在實(shí)現(xiàn)逆變電路故障準(zhǔn)確診斷中的應(yīng)用性能，進(jìn)行以此仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)建立在Matlab 7.0仿真軟件的基礎(chǔ)上，電路的參量設(shè)定為：互感值[Lp2=2.3 μH]，磁共振電容[Cp1=405 pF]，一級(jí)電阻[Rp1=45 Ω]， 諧振頻率[f=27.05 MHz]，串聯(lián)電容由圖3結(jié)果得知，采用本文方法進(jìn)行逆變電路故障診斷的準(zhǔn)確性較好，表1和表2展示了不同方法進(jìn)行電路故障診斷的耗時(shí)、負(fù)荷量和時(shí)間延遲方面的性能指標(biāo)對(duì)比結(jié)果。分析得知，采用本文方法進(jìn)行故障診斷的耗時(shí)較小，準(zhǔn)確率較高，總體性能優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

4 結(jié) 語

本文提出一種基于小波分析的逆變電路故障診斷方法，構(gòu)建逆變電路的電壓、電流和功率的輸入/輸出模型，確定電路故障的約束參量模型，構(gòu)建逆變電路運(yùn)行狀態(tài)目標(biāo)函數(shù)，對(duì)電路中的傳輸信息流采用小波分析方法進(jìn)行特征提取，實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確檢測(cè)和診斷。測(cè)試結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行逆變電路故障診斷的準(zhǔn)確性較高，可靠性較好，具有較好的電路故障診斷應(yīng)用價(jià)值。

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