電力電子系統(tǒng)故障診斷方法淺析
點擊次數(shù)：1507 更新時間：2012-07-09
電力電子電路的實際運行表明，大多數(shù)故障表現(xiàn)為功率開關器件的損壞，其中以功率開關器件的開路和直通zui為常見。電力電子電路故障診斷與一般的模擬電路、數(shù)字電路的故障診斷存在較大差別，由于電力電子器件過載能力小，損壞速度快，其故障信息僅存在于發(fā)生故障到停電之前數(shù)十毫秒之內，因此，需要實時監(jiān)視、在線診斷;另外電力電子電路的功率已達數(shù)千千瓦，模擬電路、數(shù)字電路診斷中采用的改變輸入看輸出的方法不再適用，只能以輸出波形來診斷電力電子電路是否有故障及有何種故障。
故障診斷的關鍵是提取故障的特征。故障特征是指反映故障征兆的信號經過加工處理后所得的反映設備與系統(tǒng)的故障種類、部位與程度的綜合量。故障診斷方法按提取特征的方法的區(qū)別，可分為譜分析方法、基于動態(tài)系統(tǒng)數(shù)學模型的方法、采用模式識別的方法、基于神經網絡的方法、專家系統(tǒng)的方法、小波變換的方法和利用遺傳算法等。這些方法將在下文具體介紹。
一、故障診斷中的譜分析方法
在故障診斷中比較常用的信號處理方法是譜分析。常用傅里葉譜、沃爾什譜，另外還有濾波、相關分析等。譜分析的目的：信號中包含噪聲，為了提取特征;故障信號的時域波形不能清楚地反映故障的特征。而電力電子電路中包含故障信息的關鍵點信號通常具有周期性，因此可以用傅里葉變換將時域中的故障波形變換到頻域，以突出故障特征，實現(xiàn)故障診斷。
傅里葉變換是將某一周期函數(shù)分解成各種頻率的正弦分量，類似地，沃爾什變換是將某一函數(shù)分解成一組沃爾什函數(shù)分量。自適應濾波是一種數(shù)字信號的處理統(tǒng)計方法，它不需要知道信號一二階的先驗統(tǒng)計知識，直接利用觀測資料，通過運算改變?yōu)V波器的某些參數(shù)，而使自適應濾波器的輸出能自動跟蹤信號特性的變化。在電力電子系統(tǒng)故障診斷中，可以用自適應處理來實現(xiàn)噪聲抵消，譜線增強等功能，從噪聲背景下提取故障特征，從而實現(xiàn)準確的診斷。
二、參數(shù)模型與故障診斷
如果系統(tǒng)的數(shù)學模型是已知的，就可以通過測量，估計系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)，確定狀態(tài)變量和系統(tǒng)參量是否變化。采用基于系統(tǒng)數(shù)學模型的故障診斷方法，可以從較少的測量點去估計系統(tǒng)的多個狀態(tài)量或系統(tǒng)參數(shù)，從而實現(xiàn)故障診斷。
進一步又可以分為檢測濾波器方法、狀態(tài)估計法和參數(shù)辨識方法三種。
1、檢測濾波器方法
它將部件、執(zhí)行機構和傳感器的故障的輸出方向分別固定在特定的方向或平面上。
2、狀態(tài)估計法
通過監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)變化，也能反映由系統(tǒng)參數(shù)變化引起的故障，并對故障進行診斷。與一般的狀態(tài)估計不同，在進行故障診斷時，并不是去估計未知的狀態(tài)信息，而是借助觀測器或卡爾曼濾波器去重構系統(tǒng)的輸出，以便取得系統(tǒng)輸出的估計值。這個估計值與實際輸出值之差就叫量測殘差。殘差中含有大量的系統(tǒng)內部變化的信息，因此可以作為故障診斷的依據(jù)。狀態(tài)估計法的優(yōu)點是在線計算量小，診斷速度快。
3、參數(shù)辨識方法
實時辨識出系統(tǒng)模型的參數(shù)，與正常時模型的參數(shù)比較，確定故障。常用的有zui小二乘法。
