電力電子故障診斷

張雅丹

摘 要：隨著時代的發(fā)展，科技的進步，人們的生活水平正在不斷地提高。如今，電力電子技術(shù)正在廣泛的影響著人們的日常工作與生活。因此，研究電力電子電路故障有重要意義。一般情況下，電子電力電路中的電子器在高壓環(huán)境下負載能力小，受損速度快，很難預(yù)測受損時間，診斷電子電路的故障。粒子群優(yōu)化算法的提出不但為電路故障診斷提供了方法，也準確的判斷了電路中各粒子的速度和空間位置。文章將根據(jù)實際的使用情況，論述電力電子電路的故障原理，診斷方法，可靠性的分析及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電力電子電路；故障診斷

前言

在科技高速發(fā)展的時代背景下，故障診斷受到越來越多人的重視。在電力電子電路領(lǐng)域里，大多數(shù)的故障都源于功率開關(guān)器件的損害，在這些功率開關(guān)器件中，開路和直通比較常見。電子電路故障診斷和模擬電路、數(shù)字電路的故障有很大的區(qū)別，需要根據(jù)輸出的波形來判斷故障的種類。在故障診斷過程中，故障的提取是重要的環(huán)節(jié)，只有建立適當?shù)哪Ｐ秃退惴▉砼袛嚯娏﹄娮与娐返墓收希拍苡行岣吖收显\斷的準確性，取得理想的效果。

1 電力電子電路系統(tǒng)故障原理

在電力電子系統(tǒng)的故障診斷過程中，需要利用傳感器對電路系統(tǒng)中的故障信號進行采集，與此同時，再利用故障頻率診斷算法進行相應(yīng)的電路系統(tǒng)故障識別，這樣便可以準確的判斷出電路系統(tǒng)中是否存在故障。在進行計算過程中，要建立相應(yīng)的計算模型，測定出電路系統(tǒng)中各故障信號，并把各信號反映在一個集合中。此外，還要測出電路中初始的電流和電壓，及各電路器件的過載能力參數(shù)，在根據(jù)所建立的模型進行相應(yīng)的計算。這種新型的診斷方法與傳統(tǒng)的診斷方法相比具有很多優(yōu)點。傳統(tǒng)的電力電子系統(tǒng)中，電力電子器件過載能力較小，其損害速度較快，故障發(fā)生之前很難進行極為精準的預(yù)測。而傳統(tǒng)的故障檢測方法是根據(jù)頻率進行檢測的，這樣只能根據(jù)波形對緩變波形進行判斷，而對于變化較快的突變性故障很難進行識別。新型的檢測技術(shù)在原有的基礎(chǔ)上進行了更新，減少了原有的弊病，也降低了電路故障漏檢的現(xiàn)象，提高了電路診斷的準確性。

2 電力電子系統(tǒng)的檢測方法

2.1 譜分析檢測方法

在電力電子系統(tǒng)的故障檢測中，最重要的環(huán)節(jié)便是提取故障的特征。在這些方法中，譜分析是常用的信號處理方式。日常所就按測到的信號中包括噪音，這就使故障信號形成時受到了相應(yīng)的干擾，不能夠準確的反映出故障的特征。電力電子電路系統(tǒng)中所包含的故障信息具有一定的周期性，可以利用傅里葉變換等計算公式進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，把故障波形變化到頻域。這樣，就能夠突出故障的特征，分析其特點，進行準確的診斷。除此之外，也可以利用沃爾什變化將函數(shù)進行分解，并將其過濾成數(shù)字信號，再進行相應(yīng)的處理統(tǒng)計。該種方法，可以直接利用觀測所得的資料進行分析，并通過運算改變一些濾波器的參數(shù)，使它能夠適應(yīng)濾波器的性能，并且自動跟蹤信號的特性變化。這種方法不但可以根據(jù)實際的情況抵消噪音，增強譜線，也提高了診斷的準確性。

2.2 參數(shù)模型的應(yīng)用

參數(shù)模型的建立以大量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在測量中，以較少的的測量點估計電力電路系統(tǒng)的狀態(tài)與參數(shù)，并判斷各狀態(tài)變量和系統(tǒng)參量的變化范圍。濾波器將部件、執(zhí)行機構(gòu)和傳感器的故障輸出方向固定在特定的方向或平面上。與此同時，再通過檢測系統(tǒng)進行相應(yīng)的監(jiān)測，通過狀態(tài)變化分析其系統(tǒng)參數(shù)變化，進而對故障進行診斷。在狀態(tài)估計過程中，需要借助觀測器或是濾波器進行輸出重構(gòu)，并取得其輸出的估計值，它會與實際的估計值產(chǎn)生一些差值。這個差值可以有效的反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部信息的變化，再通過最小二乘法進行計算，能夠準確快速的進行故障診斷。

2.3 模式識別檢測方法

通過分析測定出大量的信息，再通過模式識別的方法從中抽取反應(yīng)故障特征的信息，并根據(jù)這些信息的屬性，所反映的不同情況對故障進行分類。模式識別不需要事先建立模型，而是根據(jù)樣本的數(shù)學(xué)特征進行相應(yīng)的分析。這種方法對于數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，不易求解的問題有很大的意義。同時，這種方法在工業(yè)系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，研究人員可也根據(jù)實際情況設(shè)計出相應(yīng)的特征提取器，減少工作量。

2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)和自歸納可以將故障信號和故障分類聯(lián)系起來，進行相應(yīng)的故障診斷。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、中間層和輸出層組成，它是單向傳播的多層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中，中間層包括許多層，每一層都接受前一層神經(jīng)元的輸出，但是，這種傳遞過程中沒有反饋調(diào)節(jié)機制，不能夠進行雙向調(diào)節(jié)。這種方法在使用時會出現(xiàn)實際輸出與期望輸出的差值，通過這個差值進行相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)，減少這種方法所出現(xiàn)的誤差。當電力電子電路系統(tǒng)發(fā)生故障時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以建立出故障波形和故障原因的關(guān)系，再把這種關(guān)系通過電流或電壓的波形變化反映出來，進而進行分析與診斷。

2.5 小波變換的檢測方法

當電力電子電路系統(tǒng)發(fā)生故障時，每一種突變信號都對應(yīng)著相應(yīng)的故障，分析這些故障所產(chǎn)生的各種波形、信號帶，不但可以判斷系統(tǒng)各器件的工作狀態(tài)，也是一種高效地故障檢測方法。一般情況下，正常運行的電路系統(tǒng)的信號是平穩(wěn)的，而發(fā)生故障的電路系統(tǒng)的信號會出現(xiàn)一定的變動性，小波變換法可以對這些具有一定變化的非平穩(wěn)信號進行局部分析，快速、準確、有效地識別出故障信號，為我國的電力電子電路系統(tǒng)的診斷提供了有力手段。

3 故障診斷的可靠性分析

故障診斷的可靠性分析就是指在產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)過程中，對產(chǎn)品的各器件單元進行各種故障檢測，并分析其對產(chǎn)品功能的影響，與此同時，對潛在的故障進行排除與改進，提高產(chǎn)品的可靠性。分析的對象有故障模式分析、故障原因分析、故障影響分析、故障檢測方法分析等。其中，故障模式分析是指對產(chǎn)品進行嚴格的檢測，分析其功能、生產(chǎn)材料、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備等方面，并對各細節(jié)可能產(chǎn)生的故障模式進行排除。故障原因分析是指在操作、排除過程中找出產(chǎn)生故障的原因。故障影響分析是指在分析各故障的模式之后，將其產(chǎn)生的影響按嚴重程度和后果進行分類。故障檢測方法分析是在大量地實踐操作之后，確定是否存在一種特定的方法能夠?qū)σ环N故障模式進行相應(yīng)的檢測。在檢測之后，針對每個故障的具體情況突出相應(yīng)的改進措施，為日后的故障檢測與隔離設(shè)計提供依據(jù)。

4 電力電子電路系統(tǒng)故障診斷的應(yīng)用

電力電子電路系統(tǒng)故障診斷積累大量的實際數(shù)據(jù)源和知識庫，解釋故障發(fā)生的原因，本文將分條介紹這些原因。首先，可能是因為功率管柵極沒有驅(qū)動信號，這主要是由供電不足、欠壓保護等原因造成的，也有可能是柵極管腳焊接不牢引起的。其次，可能是電機供電不好或是電源短路。引起這一故障的原因有開關(guān)不可控，使同一橋臂兩管發(fā)生直通。此外，還有逆變器與電機三相母線接口連接不可靠，負載不對稱，在這種情況下，觀察到的的波形會出現(xiàn)異常，這會影響故障檢測。在電力電子系統(tǒng)運行過程中，檢測到的電流波形有很多種類，它可以以不同的信號或參數(shù)反應(yīng)系統(tǒng)的故障特征，這些信息和數(shù)據(jù)有利于構(gòu)成一個完善、成熟的信息庫，有利于日后檢測工作的開展，也有利于確定失效環(huán)節(jié)，解決所面臨的棘手問題。

5 結(jié)束語

總之，電力電子電路系統(tǒng)故障檢測對電力技術(shù)的使用和普及有重要意義。文章介紹了幾種電力電子電路系統(tǒng)的故障檢測方法，為相關(guān)工作人員日后的工作提供一些理論依據(jù)。但是，一般說來，這些方法并不是單獨發(fā)揮作用的，工作人員要根據(jù)實際情況將上述方法結(jié)合起來，這樣才能對故障進行準確的判斷，使這些方法更加合理、可行，為人們帶來更多的價值。

參考文獻

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