光伏并網(wǎng)逆變器故障診斷方法研究

顧青

摘? 要：隨著社會的不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，與此同時，在全球的范圍內也面臨著一個函待解決的問題，那就是能源短缺。為了解決能源短缺的問題，很多專家致力于發(fā)現(xiàn)和利用各種新能源。人們長期以來利用化學能源進行能量的供應，但是化學能源不可再生，總量有限，長此以往肯定會面臨全球性的資源匱乏問題。為了全球的可持續(xù)發(fā)展，很多科學家開始尋找可持續(xù)發(fā)展的能源。很多人把關注重點放在了太陽能上。由于太陽能供能持久、受外界影響因素相對較少，在近年來得到了很多方面的應用。光伏并網(wǎng)逆變器是用來連接光伏電池板和大電網(wǎng)的工具，是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中最重要的組成部分。

關鍵詞：光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);光伏并網(wǎng)逆變器;故障;診斷方法

引言

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)利用陽光為主要能源，將太陽能轉變?yōu)殡娔埽ㄟ^光伏并網(wǎng)逆變器轉變成交流電，再傳送給當?shù)厥忻袷褂茫缓笾苯硬⑷牍搽娋W(wǎng)。由此可見，光伏并網(wǎng)逆變器的重要性和安全性對于整個系統(tǒng)來說起著非常重要的橋梁作用。供電系統(tǒng)對于器械的安全性要求非常高，因為它的涉及面廣泛、危險性很大，所以往往受到很多人的關注。由于光伏并網(wǎng)逆變器的工作性質比較特殊，且容易引發(fā)一系列或大或小的故障，所以人們對它的故障研究方法更加多樣化。本文將從光伏并網(wǎng)逆變器的故障分析出發(fā)，針對故障提出相應的診斷方法，希望可以解決和規(guī)避一些風險。

一、光伏并網(wǎng)逆變器的診斷機制

在二十世紀中期發(fā)展出來了故障診斷技術。其原理是通過設備出現(xiàn)故障時通過觀察它的工作狀況來推斷設備的故障類型和故障位置。該技術可以基于信號處理、所學知識和解析模型的方法對機器的故障進行相對全面的診斷和分析。光伏并網(wǎng)逆變器的主電路工作方式是非線性的，所以在故障診斷的過程中存在著一定的難點。

二、光伏并網(wǎng)逆變器故障診斷的難點

（1）電流的傳播速度很快，并且光伏并網(wǎng)逆變器的主電路工作方式存在著非線性的特點。這就導致光伏并網(wǎng)逆變器的故障顯示時間非常短，所以要求在光伏并網(wǎng)逆變器出現(xiàn)故障的時候需要很精準、快速的診斷方式和診斷技術。

（2）光伏并網(wǎng)逆變器的診斷方式并非傳統(tǒng)上的數(shù)字形式，而是以波形的改變進行診斷，這就要求在診斷的過程中需要很強的專業(yè)性。

（3）很多光伏并網(wǎng)逆變器的電路結構很復雜，相關的原件有很多。這就容易導致在診斷的過程中面對無從下手的困難，但是逐個檢查既浪費時間又不現(xiàn)實，這就導致了在診斷的過程中的操作困難性。

三、光伏并網(wǎng)逆變器的常見故障

光伏并網(wǎng)逆變器的常見故障有兩種類型，一種是由于器械的某些原件的損傷導致機械拓撲結構的改變，這類損傷通常稱之為結構性故障。另一種是由于一些容易發(fā)生參數(shù)性退化的元器件在不正常特性下工作產生的損傷，稱之為參數(shù)性故障。從另一個角度來看，逆變器的故障又可以分為漸變性故障和突變型故障。漸變性故障不影響短時間內的使用，但是長此以往，會對機械產生難以修復的損傷。而突變型的故障是由于在短時間內，器械遭受到巨大的電流或電壓刺激導致的原件損傷。這種損傷時間短，力量大。從目前的研究方向來看，更多人致力于研究器械的結構性故障，而對參數(shù)性故障的研究比較少。究其原因是因為結構性故障可以通過更換零件的方式快速的恢復正常。可是參數(shù)性故障卻需要一系列的監(jiān)測和分析。不僅耗時長，修復后的效果也不是很明顯，但是長期的參數(shù)性故障是引發(fā)一系列機械性故障的最重要因素，所以及時的對參數(shù)性故障進行診斷和修復是一件很有必要的事情。

四、光伏并網(wǎng)逆變器的故障診斷方法

光伏并網(wǎng)逆變器由于需要長期的接受強大的電流和電壓，所以常常會面對著某些零件的損傷問題。這就要求相關人員一定要加強對零件的定期檢查工作，并且要對一些細微的參數(shù)變化觀察仔細，不能因為是參數(shù)性損傷就忽略不計。目前的診斷方法一共有三種類型，它們分別是：基于SOM神經網(wǎng)絡的軟故障診斷、基于BP神經網(wǎng)絡的軟故障診斷、基于直流側電流檢測的IGBT開路故障診斷。本文將針對這三種方法，對光伏并網(wǎng)逆變器的診斷方法作簡要的分析。

（1）基于BP神經網(wǎng)絡的軟故障診斷：根據(jù)BP神經網(wǎng)絡理論，可以用MATLAB軟件編程〔1〕完成軟故障的診斷。利用神經網(wǎng)絡的軟故障分析方法，分別采集到逆變器在正常工作條件下以及故障模式下的三相輸出電壓信號故障信息，提取出來在這些故障模式下的數(shù)據(jù)樣本，將這些樣本通過小波分解的方法提取其特征向量。最后將每個故障模式下的故障樣本作為BP神經網(wǎng)絡的輸入，然后通過與輸出對應，進而完成對BP神經網(wǎng)絡的輸出進行編碼，然后將這些數(shù)據(jù)放入該系統(tǒng)中進行比對和診斷。

（2）基于SOM神經網(wǎng)絡的軟故障診斷：該診斷方法通過對逆變器在正常工作條件下以及各種故障模式下的三相輸出電壓信號進行處理。在SOM神經網(wǎng)絡〔2〕的軟故障診斷中不需要對其網(wǎng)絡的輸出進行編碼，并且可以同時對多個模式下的多個故障樣本的特征值進行歸-化處理，最后輸入到SOM神經網(wǎng)絡中進行訓練。經過多次的診斷數(shù)據(jù)表明，SOM故障診斷的準確率相對比BP故障診斷的準確率要高一些，并且用時短，所以基于SOM神經網(wǎng)絡的軟故障分析診斷的效果更好。

（3）基于直流側電流檢測的IGBT開路故障診斷：相關工作人員若是需要通過光伏并網(wǎng)逆變器輸出的電壓或者電流作為指標對器械進行故障診斷，根據(jù)標準需要采用三個傳感器，通過每個傳感器傳達出來的數(shù)據(jù)，進行三相電壓或三相電流信號的檢測。相比之下，基于直流測電流的故障診斷只需要一個傳感器就可以進行相同的工作。如此一來，不僅減少了工作上的困難度，也可以減少監(jiān)測經費的消耗。所以本著減少傳感器數(shù)目的原則出發(fā)，可以采用以直流側電流作為檢測量實現(xiàn)對IGBT開路的故障診斷的方法。

（4）基于交流側電流監(jiān)測逆變器故障診斷：由于故障現(xiàn)象和故障原因之間不是一一對應的問題，所以故障匹配方法是一個非常重要的方法，提出在獲取交流三相電流波形特征的基礎上，進一步附加三相電流的總諧波畸變率和三相電流正、負半波的總諧波畸變率〔3〕作為補充條件，能夠實現(xiàn)對IGBT開路、二極管開路、電感開路和短路等故障的診斷。對于光伏并網(wǎng)逆變器這種復雜的器械來說，它的故障診斷是一個耗時耗力的過程，需要更強的工作能力和很專業(yè)的知識基礎。故障可能由多種原因造成，器械的一個故障也有可能造成多個數(shù)據(jù)的差錯。由于該器械的故障診斷存在著各種各樣的不確定因素，就必須要求故障檢測人員一步一步的去補充判別條件，一定要保證發(fā)現(xiàn)引起某一故障的所有原因，切不可掉以輕心。

結語

為了更好的利用太陽能的資源，使人們的生活水平不斷提高，滿足人們對電的需求，勢必要對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的工作能力進行加強。光伏并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中最重要的一個組成部分，并且也是最容易出現(xiàn)故障的部位，無論是機械性故障還是參數(shù)性故障〔4〕都應當引起相關工作人員的注意。所以一定要加強對光伏并網(wǎng)逆變器的故障檢測。目前的檢測手段還處于比較單一的階段，檢測方式還不夠全面化、系統(tǒng)化，但是利用現(xiàn)有的檢測技術還是可以很好的對光伏并網(wǎng)逆變器的故障進行準確的檢測。相關部門一定要積極應用已有的檢測手段對光伏并網(wǎng)逆變器進行定期的、仔細的故障檢查。相信在不久的將來，我國的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)〔4〕會越來越完善，對光伏并網(wǎng)逆變器的故障診斷方法也會越來越多元化，我國對于太陽能發(fā)電的技術的研究一定可以達到爐火純青的地步。

參考文獻

[1]王暉輝，三相光伏并網(wǎng)逆變器的設計與仿真[J].鄭州大學碩士學位論文，2004，26：51.

[2]王長貴、王斯成，太陽能光伏發(fā)電實用技術[J].化學工業(yè)出版社，2005，23：01

[3]劉鳳君，現(xiàn)代逆變技術及應用[J].電子工業(yè)出版社，2006，01：18-7.