基于智能的電力電子電路故障診斷

黃貴松

【摘要】：隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，其故障問題也越來越突出。且電力電子裝置通常在工程系統(tǒng)中起著很重要的作用，一旦發(fā)生故障而不能及時得到診斷和恢復(fù)的話，就會導(dǎo)致停機而造成人員傷亡，帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此進行基于智能的電力電子電路故障診斷理論和方法的研究，具有現(xiàn)實和經(jīng)濟意義。

【關(guān)鍵詞】：人工智能；電力電子電路；故障診斷

【引言】：國、內(nèi)外經(jīng)常采用的電力電子故障診斷方法如故障字典法只能解決單故障，故障樹法建樹工作量大，易發(fā)生錯誤，直接檢測法硬件電路難于實現(xiàn)、投資大，殘差法需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，專家系統(tǒng)法存在知識獲取“瓶頸”這些方法由于自身的局限性都限制了應(yīng)用。基于智能的故障診斷方法由于良好的非線性映射特性和自學(xué)習(xí)能力，很好地適應(yīng)了這一趨勢，成為了故障診斷領(lǐng)域的研究熱點。

1. 電力電子設(shè)備中電路的主要故障模式

電力電子設(shè)備的電路故障主要分為結(jié)構(gòu)性故障和參數(shù)性故障兩種。電力電子 電路的結(jié)構(gòu)性故障主要指電路中的電容、電阻、電感與各種開關(guān)等電路器件的短 路與開路， 由于功率器件的損壞而導(dǎo)致電力電子設(shè)備的主電路的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變是 這一故障最為主要的表現(xiàn)形式。而電力電子電路的參數(shù)性故障主要是指電阻、電 感、 電容等器件參數(shù)由于發(fā)生了偏移或者開關(guān)的性能較為劣化，而導(dǎo)致了電力電 子設(shè)備的電路裝置特性與它的正常特性產(chǎn)生了嚴(yán)重的偏離[1]。對于電力電子設(shè)備經(jīng)過一段過程與時間運行，會產(chǎn)生各種各樣的故障，電導(dǎo)致設(shè)備停止運行影響生產(chǎn)，嚴(yán)重的甚至?xí)斐扇松?、設(shè)備事故。其故障大致可分為兩大類：（1）具有外特征直觀性的故障，如電動機、電氣明顯發(fā)熱，冒煙，散發(fā)焦臭往往是電動機，電氣繞組過載，線圈絕緣下降或擊穿損壞，機械阻力過大或機械卡死，短路或接地所致。（2）沒有外特征的隱性故障。這類故障時檢修的難點，也是主要故障，其主要問題在電氣線路或電氣元件本身。如電氣元件調(diào)整不當(dāng)、損壞或電氣元件與機械操作桿配合不當(dāng)（如磨損）、松動錯位，電氣元件機械部分動作失靈，觸點及壓接線頭接粗不良或松脫，導(dǎo)線絕緣磨破，元件參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或元件選擇不當(dāng)?shù)仍蛩隆?/p>

2. 電力電子電路故障診斷的難點

由于電力電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，電力電子設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造越來越復(fù)雜，這造成 了對電力電子設(shè)備的電路故障難以進行診斷的現(xiàn)狀。 再加上對電路的在線診斷本 身就具有較高的要求， 而且測試激勵不好選用，使得對電力電子電路故障的診斷 難上加難。 首先， 電力電子設(shè)備的電路存在著非線性故障診斷問題。由于電力電子設(shè)備 的非線性電路較強，所以很難對其建立起精確的數(shù)學(xué)模型。 其次， 常用的電力電子電路測試節(jié)點只負(fù)責(zé)輸出負(fù)載電壓，而僅靠設(shè)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(jié)點又會提高電路的復(fù)雜性，并對負(fù)載輸出的電壓產(chǎn)生交叉影響，進 一步加大了故障診斷的難度[2]。 第三， 由于電力電子電路的故障診斷信息只在故障發(fā)生后與停電前的幾十毫 秒內(nèi)存在， 因此對其需要進行在線診斷與動態(tài)監(jiān)聽。而要完成電路的在線診斷就 需要在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上再增加新的部件，而這往往會導(dǎo)致企業(yè)成本的大幅上 升。 由于這些難點的存在，使得電子電力電路設(shè)備的診斷變得十分困難而復(fù)雜。 三、智能技術(shù)在電力電子電路故障診斷中的應(yīng)用 從世界上第一支晶閘管出現(xiàn)開始， 電力電子技術(shù)已經(jīng)走過了將近五十年的發(fā) 展歷程。由于現(xiàn)在的電力電子電路故障診斷技術(shù)中存在著許多亟待解決的難題， 為電力電子產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展帶來了十分不利的影響。 而將人工智能技術(shù)引入到 對電力電子電路故障診斷中來已經(jīng)成為了必然的發(fā)展趨勢。

3. 智能技術(shù)在電力電子電路故障診斷中的應(yīng)用

將人工智能技術(shù)引入到電力電子電路故障診斷中已經(jīng)成為未來發(fā)展的必然趨勢。具體應(yīng)用如下：

3.1模擬安全的電路環(huán)境

電力電子電路智能診斷技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展得到了極大的進步，越來越多的問題被解決。電力電子產(chǎn)品的功能的增多和性能的提升，導(dǎo)致電力電子電路面臨著超負(fù)荷的工作狀態(tài)。在這種情況下，為了保證電力電子電路的安全、穩(wěn)定的運行，利用先進的手段對電力電子電路進行事先模擬。在模擬的過程中，綜合分析影響電力的因素，對經(jīng)過電路的各項指標(biāo)進行科學(xué)的計算分析，預(yù)防在實際過程中出現(xiàn)的故障，確保電路的安全運行。通過電路模擬可以有效的減小故障出現(xiàn)的概率，保證電力電子產(chǎn)品的使用安全。

3.2建立完整可靠的信息庫

完整可靠的信息庫是對故障進行診斷的依據(jù)。在進行電力電子電路智能診斷中，收集電路的信息和故障的原因及故障易發(fā)點，錄入信息庫中。信息庫的信息具有兩部分，一是動態(tài)，包括監(jiān)測與診斷過程中得出的結(jié)論；二是靜態(tài)，包括電路運行時各種參數(shù)的具體數(shù)值。一個完整可靠的信息庫需要全面覆蓋電力電子電路的各種參數(shù)、易發(fā)故障的信息。當(dāng)故障發(fā)生時，通過與信息庫的比較，可以精確、快速的判斷出故障的原因，提高工作效率。

3.3診斷輸電線路故障

電力電子產(chǎn)品在使用過程，最容易出現(xiàn)的問題就是電路故障。人們生活水平的提高使得人們對電力電子產(chǎn)品的需求越來越高，功能要求越來越大眾化。在這樣的背景下，電力電子電路在換向的時候會產(chǎn)生一定的能量，當(dāng)能量超出電路的最大承受限度時，電路很有可能就會出現(xiàn)故障，無法安全運行。

3.4診斷主電路故障

電力電子電路的可靠性在電力電子產(chǎn)品的使用中至關(guān)重要，直接影響到電力電子產(chǎn)品的使用。在智能診斷技術(shù)中，對主電路的診斷主要使用晶閘管三相橋式變流器的技術(shù)。在晶閘管三相橋式變流器中，當(dāng)電壓經(jīng)過時會觸發(fā)脈沖控制器從而實現(xiàn)對電路電壓的控制。此外，還可以通過計算得出變流器的輸出電壓，再根據(jù)電壓量實現(xiàn)對主電路的檢測。

結(jié)束語

電力電子電路的故障診斷理論發(fā)展了近五十年， 但是在如今的電路故障診斷 領(lǐng)域還是存在著對強非線性電路與容差電路故障診斷的很多問題。 而人工智能對電力電子電路故障診斷具有非線性并行性與容差性的特點， 因此能夠很 好的解決原本的電力電子電路故障診斷中存在的問題。 這對進一步推動電力電子 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。

【參考文獻】：

[1] 錢照明，張軍明.我國電力電子與電力傳動面臨的挑戰(zhàn)與機遇[J].電工技術(shù) 學(xué)報，2013，19（08）：101-122.

[2] 張志學(xué)， 馬皓.電力電子電路拓?fù)湎蛄康膶で骩J].中國電機工程學(xué)報，2006， 26（20）：157-163.