基于電力電子電路智能故障診斷技術研究

王海東 大連國際機場股份有限公司

引言

電力電子設備的使用，既提高了企業的生產能力，又促進了行業的快速發展。例如，機場作為航空公司和旅客之間的有效平臺，相應的電力電子設備隨發展的變遷也不斷更新換代，航站樓內的電子系統和設備數量越來越多，復雜程度越來越高，設備之間的關聯性也越來越強，一旦某個電子或電力設備出現故障時，若沒有及時準確地定位故障區域，處理故障設備，很可能會導致整個機場癱瘓，造成大面積航班延誤，這是民航運輸保障所不能接受的，所以對電力電子設備故障的診斷與維護就變得異常重要。

1 對電力電子電路智能故障診斷的研究作用和意義

在使用過程中，電力電子元件出現故障是經常的，這些故障往往會產生很多不可控的影響。電子元件是設備中的核心要素，一旦電子元件出現了問題就會影響整個設備的正常運行，甚至一些高危行業中，還會對工作人員的人身安全構成威脅，所以，對電力電子電路智能故障技術的研究非常有必要。電力電子電路智能故障診斷技術研究的目的，就是能夠在設備出現問題之前及時的發現問題，預報故障發展趨勢，并及時的采取補救措施和方案，防止故障惡化，第一時間解決問題。這樣就會減少對企業正常生產帶來的影響，很大程度上增強企業的運行生產保障能力和提高經濟效益。

2 電力電子電路故障診斷的難點

一是非線性故障診斷，這是電力電子電路故障診斷的難點之一。因為對于電力電子設備中的非線性故障的處理，是無法建立起緊缺的數學模型來進行故障處理的。二是常用的電力電子電路測試節點只負責輸出負載電壓，而僅靠設備的輸出電壓難以對電路故障做出具體的診斷或是根本不能診斷。而如果增加電力電子電路的測試節點又會提高電路的復雜性，并對負載輸出的電壓產生交叉影響，進一步加大了故障診斷的難度。三是由于電力電子電路故障信息出現的時間非常特殊，只是在故障發生后與停電前的幾十毫秒內存在，所以，應該對電力電子電路進行動態監控，這就需要增加成本投入。

3 電子電力電路智能故障診斷的方法

電子設備對問題的智能檢測維護有兩種方式，即故障信息檢測和故障檢測。故障信息檢測是通過使用有關技術查明出現問題的一些數據資料，以及繼續對這些數據進行科學的研究，進而為接下來的問題的維護做出參考與建議。故障信息的檢測是故障檢測的基礎，可以發現故障的位置與出現的原因，有助于相關人員最快的發現問題并維護。在進行電子設備的智能故障檢測時，會有很多的檢測方式，有時會共同使用多種方式，這樣可以更加智能的對設備進行維護。

3.1 頻譜分析法

此類方法是在傅里葉變換的檢測方式基礎上的進一步發展，此方法是在訊號源發出的信號分析的基礎上，經過一段時間的轉化變成單一的信息波的一種方式，這種技術對維護檢測電子設備具有極大的優勢，能夠把復雜的問題簡單化，減少不必要的工作程序，但是在方便的同時也有一些缺陷，因為這種技術的范圍比較小，不能普遍運用。

3.2 小波分析法

小波分析方法是目前電力電路電子故障的檢測中最普遍的方案之一，此類方法具有極高的準確率與效率，在很多場合得到利用，許多故障檢測時，相關專業人員會優先考慮此方法，并與其它方法進行結合使用，這樣可以大大避免了診斷錯誤與簡化了神經網絡的結構。此類分析方法具有精度高、通用性強的優點，在故障診斷中得到廣泛應用。

3.3 專家系統診斷的方法

專家系統診斷就是把計算機技術和專家的經驗結合起來，設計出一套人工智能系統，去解決電力電子電路中的系統故障問題。專家系統診斷方法能夠把經驗性的知識進行形式化描述，有利于把領域專家經驗進行推廣。同時還結合計算機技術，把領域專家的經驗變得更加靈活、適用。專家系統診斷中的計算機推理和領域專家經驗是動態的，可重寫增刪，可以結合其它診斷方法，構成知識結構的應用程序，擁有人機聯診功能，充分發揮了現場技術人員的主觀能動性，并能逐步積累經驗日趨完善，因此是很有生命力的故障診斷法。

3.4 故障字典法

把一組典型的測量特征值和故障值以一定的表格形式存放，通過比較測量值和特征值，判斷故障。先用計算機對電路正常狀態和所有硬故障狀態模擬，建立故障字典。然后對端口測試進行分析，以識別故障，即將選定節點上測出的電壓與故障字典中電壓比較，運用某些隔離算法查出對應故障。

故障字典法對于模擬電路和數字電路故障診斷具有很大的實用價值，但字典法只能解決單故障診斷，多故障的組合數大，在實際中很難實現。

3.5 殘差法

殘差法是一種基于解析模型的故障診斷方法。即通過研究實際系統與參考模型特征輸出量間的殘差來進行電力電子裝置主電路在線故障診斷和故障定位的過程。該方法同樣適用于逆變器主電路的故障診斷，參考模型法用于電力電子電路的故障診斷具有檢測量少、判據簡單且與輸出大小無關的特點。特別是在復雜電力電子電路的故障診斷中該法的優勢更加明顯。

3.6 Petri 網建模法

Petri 網（Petri Net）是1962 年由德國數學家Carl Adam Petri提出的一種通用數學模型，以描述系統中各條件與事件之間的關系為基礎，用網絡來表示系統中同時發生、次序發生或循環發生的各種行為，是描述并行、異步、離散非線性數據的計算機系統模型。Petri 網的結構以及執行規則是用圖形直觀表示，同時可以用矩陣運算表述，對于系統內不同的故障問題的不確定性、模糊性和關聯性都可進行定性和定量的分析，所以Petri 網是研究和模擬系統狀態變化、運行特性和細節變換的有效方法，也是一種離散事件動態系統建模、研究分析和專業設計的理想工具。

4 電力電子電路智能故障診斷的具體應用

4.1 模擬安全的電路環境

電力電子電路的智能故障檢測技術在逐漸的發展中得到完善，繼而在更合適的情況中得以運用，同時也解決了很多之前遇到卻無法解決的問題，對電子系統維護的研究與利用起到了很大的推動效果。因此，在設計新電路和元器件時，可以先模擬安全狀態，依照模擬的成果進行相應的修復與改進，從而可以設計出更完整的電路與相關設備。

4.2 建立完整可靠的中心

在電子電路的維護或檢測過程中會產生很多種故障現象，相關故障的產生問題與修復對于電子系統的使用會起到非常重要的作用，在檢測與維護過程中可以記錄相關資料與數據，建立一個專業科學的數據中心和專家系統。

5 結語

綜上所述，電力電子電路故障診斷技術的深入研究是意義深遠的，同時也要在各個領域中發揮極其重要的作用。這就要求我們在實際的診斷過程中不斷積累經驗，利用新理論，研究新技術和歸納新方法來提高電子設備的穩定性，對電子設備和系統運行中的故障進行及時的檢測，診斷和排故，保證設備系統安全穩定的運行。