基于电力电子电路智能故障诊断技术研究

王海东 大连国际机场股份有限公司

引言

电力电子设备的使用，既提高了企业的生产能力，又促进了行业的快速发展。例如，机场作为航空公司和旅客之间的有效平台，相应的电力电子设备随发展的变迁也不断更新换代，航站楼内的电子系统和设备数量越来越多，复杂程度越来越高，设备之间的关联性也越来越强，一旦某个电子或电力设备出现故障时，若没有及时准确地定位故障区域，处理故障设备，很可能会导致整个机场瘫痪，造成大面积航班延误，这是民航运输保障所不能接受的，所以对电力电子设备故障的诊断与维护就变得异常重要。

1 对电力电子电路智能故障诊断的研究作用和意义

在使用过程中，电力电子元件出现故障是经常的，这些故障往往会产生很多不可控的影响。电子元件是设备中的核心要素，一旦电子元件出现了问题就会影响整个设备的正常运行，甚至一些高危行业中，还会对工作人员的人身安全构成威胁，所以，对电力电子电路智能故障技术的研究非常有必要。电力电子电路智能故障诊断技术研究的目的，就是能够在设备出现问题之前及时的发现问题，预报故障发展趋势，并及时的采取补救措施和方案，防止故障恶化，第一时间解决问题。这样就会减少对企业正常生产带来的影响，很大程度上增强企业的运行生产保障能力和提高经济效益。

2 电力电子电路故障诊断的难点

一是非线性故障诊断，这是电力电子电路故障诊断的难点之一。因为对于电力电子设备中的非线性故障的处理，是无法建立起紧缺的数学模型来进行故障处理的。二是常用的电力电子电路测试节点只负责输出负载电压，而仅靠设备的输出电压难以对电路故障做出具体的诊断或是根本不能诊断。而如果增加电力电子电路的测试节点又会提高电路的复杂性，并对负载输出的电压产生交叉影响，进一步加大了故障诊断的难度。三是由于电力电子电路故障信息出现的时间非常特殊，只是在故障发生后与停电前的几十毫秒内存在，所以，应该对电力电子电路进行动态监控，这就需要增加成本投入。

3 电子电力电路智能故障诊断的方法

电子设备对问题的智能检测维护有两种方式，即故障信息检测和故障检测。故障信息检测是通过使用有关技术查明出现问题的一些数据资料，以及继续对这些数据进行科学的研究，进而为接下来的问题的维护做出参考与建议。故障信息的检测是故障检测的基础，可以发现故障的位置与出现的原因，有助于相关人员最快的发现问题并维护。在进行电子设备的智能故障检测时，会有很多的检测方式，有时会共同使用多种方式，这样可以更加智能的对设备进行维护。

3.1 频谱分析法

此类方法是在傅里叶变换的检测方式基础上的进一步发展，此方法是在讯号源发出的信号分析的基础上，经过一段时间的转化变成单一的信息波的一种方式，这种技术对维护检测电子设备具有极大的优势，能够把复杂的问题简单化，减少不必要的工作程序，但是在方便的同时也有一些缺陷，因为这种技术的范围比较小，不能普遍运用。

3.2 小波分析法

小波分析方法是目前电力电路电子故障的检测中最普遍的方案之一，此类方法具有极高的准确率与效率，在很多场合得到利用，许多故障检测时，相关专业人员会优先考虑此方法，并与其它方法进行结合使用，这样可以大大避免了诊断错误与简化了神经网络的结构。此类分析方法具有精度高、通用性强的优点，在故障诊断中得到广泛应用。

3.3 专家系统诊断的方法

专家系统诊断就是把计算机技术和专家的经验结合起来，设计出一套人工智能系统，去解决电力电子电路中的系统故障问题。专家系统诊断方法能够把经验性的知识进行形式化描述，有利于把领域专家经验进行推广。同时还结合计算机技术，把领域专家的经验变得更加灵活、适用。专家系统诊断中的计算机推理和领域专家经验是动态的，可重写增删，可以结合其它诊断方法，构成知识结构的应用程序，拥有人机联诊功能，充分发挥了现场技术人员的主观能动性，并能逐步积累经验日趋完善，因此是很有生命力的故障诊断法。

3.4 故障字典法

把一组典型的测量特征值和故障值以一定的表格形式存放，通过比较测量值和特征值，判断故障。先用计算机对电路正常状态和所有硬故障状态模拟，建立故障字典。然后对端口测试进行分析，以识别故障，即将选定节点上测出的电压与故障字典中电压比较，运用某些隔离算法查出对应故障。

故障字典法对于模拟电路和数字电路故障诊断具有很大的实用价值，但字典法只能解决单故障诊断，多故障的组合数大，在实际中很难实现。

3.5 残差法

残差法是一种基于解析模型的故障诊断方法。即通过研究实际系统与参考模型特征输出量间的残差来进行电力电子装置主电路在线故障诊断和故障定位的过程。该方法同样适用于逆变器主电路的故障诊断，参考模型法用于电力电子电路的故障诊断具有检测量少、判据简单且与输出大小无关的特点。特别是在复杂电力电子电路的故障诊断中该法的优势更加明显。

3.6 Petri 网建模法

Petri 网（Petri Net）是1962 年由德国数学家Carl Adam Petri提出的一种通用数学模型，以描述系统中各条件与事件之间的关系为基础，用网络来表示系统中同时发生、次序发生或循环发生的各种行为，是描述并行、异步、离散非线性数据的计算机系统模型。Petri 网的结构以及执行规则是用图形直观表示，同时可以用矩阵运算表述，对于系统内不同的故障问题的不确定性、模糊性和关联性都可进行定性和定量的分析，所以Petri 网是研究和模拟系统状态变化、运行特性和细节变换的有效方法，也是一种离散事件动态系统建模、研究分析和专业设计的理想工具。

4 电力电子电路智能故障诊断的具体应用

4.1 模拟安全的电路环境

电力电子电路的智能故障检测技术在逐渐的发展中得到完善，继而在更合适的情况中得以运用，同时也解决了很多之前遇到却无法解决的问题，对电子系统维护的研究与利用起到了很大的推动效果。因此，在设计新电路和元器件时，可以先模拟安全状态，依照模拟的成果进行相应的修复与改进，从而可以设计出更完整的电路与相关设备。

4.2 建立完整可靠的中心

在电子电路的维护或检测过程中会产生很多种故障现象，相关故障的产生问题与修复对于电子系统的使用会起到非常重要的作用，在检测与维护过程中可以记录相关资料与数据，建立一个专业科学的数据中心和专家系统。

5 结语

综上所述，电力电子电路故障诊断技术的深入研究是意义深远的，同时也要在各个领域中发挥极其重要的作用。这就要求我们在实际的诊断过程中不断积累经验，利用新理论，研究新技术和归纳新方法来提高电子设备的稳定性，对电子设备和系统运行中的故障进行及时的检测，诊断和排故，保证设备系统安全稳定的运行。