三相逆變器故障診斷方法綜述

馮 楨，楊晨曦

(華北水利水電大學(xué)電力學(xué)院，河南 鄭州 450000)

0 引言

電力電子裝置中三相逆變器是當(dāng)前非常常見的電力電子設(shè)備[1]，其中的開關(guān)管非常敏感，故障發(fā)生的概率很大，因此，對故障進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的檢測和準(zhǔn)確定位很有必要。三相逆變器中的故障大致可分為短路故障[2]和開路故障[3]。在短路故障發(fā)生時(shí)，裝置溫度迅速升高導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至可引起電網(wǎng)瓦解；與短路故障相比，一般開路故障發(fā)生后，系統(tǒng)還可以繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)造成嚴(yán)重的影響，但輸出電流會(huì)升高，波形發(fā)生畸變，對其他設(shè)備造成影響。

1 三相逆變器故障診斷研究現(xiàn)狀

1.1 基于信號(hào)處理的故障診斷方法

1)頻譜分析法中信號(hào)從時(shí)域變?yōu)轭l域時(shí)容易造成時(shí)域信息丟失，并且頻譜分析一般是對整個(gè)信號(hào)進(jìn)行，不能精準(zhǔn)地獲取局部信息以及實(shí)現(xiàn)故障定位準(zhǔn)確[4]。李從飛等提出了一種基于時(shí)域的變化規(guī)律，提取故障信息進(jìn)行判斷的方法[5]。

2)小波分析法相對于傅里葉變換，還可以應(yīng)用于連續(xù)小波變換，從而區(qū)分信號(hào)突變和噪聲，閔月梅等增加算法的權(quán)重和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)故障診斷[6]。

3)信息融合法是指從信息源獲取信息和數(shù)據(jù)，并分析這多個(gè)傳感器信息數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，從而可以使故障診斷獲得正確的估計(jì)和判斷，避免了數(shù)據(jù)過于單一而造成的信息不可靠導(dǎo)致故障無法準(zhǔn)確判斷[7]。

1.2 基于統(tǒng)計(jì)分析的故障診斷方法

1)主要成分分析法將多指標(biāo)復(fù)雜的數(shù)據(jù)歸結(jié)為能夠反映信息特征的幾個(gè)主要數(shù)據(jù)信息，使問題更加簡單化，便于分析。其缺點(diǎn)是沒有明確和判斷所用數(shù)據(jù)可提供分析以及滿足降維的條件，一般情況下，通過將主要成分分析法與其他方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)故障診斷[8]。

2)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根據(jù)未知信息推理估計(jì)，利用貝葉斯公式得到故障發(fā)生的概率，從而達(dá)到故障診斷的效果。張琦等構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，利用貝葉斯公式對故障進(jìn)行快速診斷，最終實(shí)現(xiàn)故障診斷[9]。

1.3 基于知識(shí)的故障診斷方法

1)專家系統(tǒng)將工作過程中積累的有效工作經(jīng)驗(yàn)和獨(dú)特專業(yè)知識(shí)結(jié)合起來。缺點(diǎn)是建立知識(shí)庫比較難，需要大量的專家領(lǐng)域知識(shí)積累，并且知識(shí)庫的維護(hù)難度大[9]。

2)故障樹分析法主要是采用邏輯的方法，以故障樹邏輯圖為基礎(chǔ)，形象地進(jìn)行危險(xiǎn)的分析工作。故障樹在故障診斷過程中直觀明了、思路清晰、邏輯性強(qiáng)，既可作定性分析，又可作定量分析[10]。

3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的映射。利用故障信息和故障類型直接的映射關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障診斷[11]。

4)支持向量機(jī)法可通過小樣本學(xué)習(xí)，這就造成支持向量機(jī)難以訓(xùn)練大規(guī)模樣本的缺點(diǎn)，需要結(jié)合其他診斷方法[12]。

1.4 基于數(shù)學(xué)模型的故障診斷方法

1)基于狀態(tài)空間平均模型的故障診斷方法通過基爾霍夫定律對三相逆變器進(jìn)行分析，選取合適的狀態(tài)變量，考慮開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，利用時(shí)間平均條件，分析等效的線性時(shí)不變電路，實(shí)現(xiàn)故障診斷[13]。

2)基于混雜切換系統(tǒng)模型中的重要理論是切換系統(tǒng)理論，可以很好地描述一個(gè)既有離散特性又有連續(xù)特性的電路，三相逆變器中開關(guān)器件是不可或缺的存在，在系統(tǒng)工作時(shí)，開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷使系統(tǒng)有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)不斷地切換，又使系統(tǒng)具有了離散性質(zhì)，通過切換系統(tǒng)理論建立系統(tǒng)的模型[14]。

2 三相逆變器故障診斷的發(fā)展展望

在實(shí)際的工程中，三相逆變器故障診斷技術(shù)不僅得到廣泛的應(yīng)用，也收獲了滿意的結(jié)果；但同時(shí)也存在很多值得關(guān)注且沒有得到解決的問題。

1)實(shí)際情況中的電力電子系統(tǒng)極其復(fù)雜，各種診斷方法都存在自身的缺陷與不足。

2)故障診斷在近年來比較關(guān)注的魯棒性問題[15]，目前成功的研究成果還沒有很大的進(jìn)步。

3)由于社會(huì)的需求量不斷增大，電力電子的應(yīng)用也增多，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度增大，故障狀態(tài)也增多，需要考慮更多的故障情況，因此如何正確地選取故障信息也是一個(gè)值得考慮的問題。

今后的研究重點(diǎn)可以從以下幾點(diǎn)展開：①將多種故障診斷方法有效率地綜合應(yīng)用，取長補(bǔ)短，提高故障診斷的綜合性能。②針對魯棒性的控制算法的問題加大研究力度。③將各種數(shù)據(jù)信息相互融合，綜合判斷可以映射各種故障的信息，從而進(jìn)行更全面的故障診斷。

3 結(jié)語

本文從電力電子電路方向，對目前應(yīng)用在三相逆變器上的故障診斷的方法分別進(jìn)行探討，并簡單闡述了這些方法在故障診斷研究中的優(yōu)缺點(diǎn)。隨著更多科技的開拓和創(chuàng)新，各種研究方法不斷精進(jìn)和改良，電力電子故障診斷將會(huì)獲得更加廣闊的發(fā)展思路。