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(wèn)題也越來(lái)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(shí)得到診斷和恢復(fù)的話，就會(huì)導(dǎo)致停機(jī)而造成人員傷亡，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此進(jìn)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(shí)和經(jīng)濟(jì)意義。

【關(guān)鍵詞】：人工智能；電力電子電路；故障診斷

【引言】：國(guó)、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(cuò)誤，直接檢測(cè)法硬件電路難于實(shí)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(shí)獲取“瓶頸”這些方法由于自身的局限性都限制了應(yīng)用?；谥悄艿墓收显\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(shì)，成為了故障診斷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

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(duì)于電力電子設(shè)備經(jīng)過(guò)一段過(guò)程與時(shí)間運(yùn)行，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的故障，電導(dǎo)致設(shè)備停止運(yùn)行影響生產(chǎn)，嚴(yán)重的甚至?xí)斐扇松怼⒃O(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(dòng)機(jī)、電氣明顯發(fā)熱，冒煙，散發(fā)焦臭往往是電動(dòng)機(jī)，電氣繞組過(guò)載，線圈絕緣下降或擊穿損壞，機(jī)械阻力過(guò)大或機(jī)械卡死，短路或接地所致。（2）沒(méi)有外特征的隱性故障。這類故障時(shí)檢修的難點(diǎn)，也是主要故障，其主要問(wèn)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(jī)械操作桿配合不當(dāng)（如磨損）、松動(dòng)錯(cuò)位，電氣元件機(jī)械部分動(dòng)作失靈，觸點(diǎn)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(diǎn)

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(lái)越復(fù)雜，這造成 了對(duì)電力電子設(shè)備的電路故障難以進(jìn)行診斷的現(xiàn)狀。 再加上對(duì)電路的在線診斷本 身就具有較高的要求， 而且測(cè)試激勵(lì)不好選用，使得對(duì)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(wèn)題。由于電力電子設(shè)備 的非線性電路較強(qiáng)，所以很難對(duì)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(cè)試節(jié)點(diǎn)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(duì)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(cè)試節(jié)點(diǎn)又會(huì)提高電路的復(fù)雜性，并對(duì)負(fù)載輸出的電壓產(chǎn)生交叉影響，進(jìn) 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(duì)其需要進(jìn)行在線診斷與動(dòng)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(huì)導(dǎo)致企業(yè)成本的大幅上 升。 由于這些難點(diǎn)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(guò)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(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)了十分不利的影響。 而將人工智能技術(shù)引入到 對(duì)電力電子電路故障診斷中來(lái)已經(jīng)成為了必然的發(fā)展趨勢(shì)。

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(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。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(jìn)步，越來(lái)越多的問(wèn)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(yùn)行，利用先進(jìn)的手段對(duì)電力電子電路進(jìn)行事先模擬。在模擬的過(guò)程中，綜合分析影響電力的因素，對(duì)經(jīng)過(guò)電路的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算分析，預(yù)防在實(shí)際過(guò)程中出現(xiàn)的故障，確保電路的安全運(yùn)行。通過(guò)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(kù)

完整可靠的信息庫(kù)是對(duì)故障進(jìn)行診斷的依據(jù)。在進(jìn)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(diǎn)，錄入信息庫(kù)中。信息庫(kù)的信息具有兩部分，一是動(dòng)態(tài)，包括監(jiān)測(cè)與診斷過(guò)程中得出的結(jié)論；二是靜態(tài)，包括電路運(yùn)行時(shí)各種參數(shù)的具體數(shù)值。一個(gè)完整可靠的信息庫(kù)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(shí)，通過(guò)與信息庫(kù)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(guò)程，最容易出現(xiàn)的問(wèn)題就是電路故障。人們生活水平的提高使得人們對(duì)電力電子產(chǎn)品的需求越來(lái)越高，功能要求越來(lái)越大眾化。在這樣的背景下，電力電子電路在換向的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一定的能量，當(dāng)能量超出電路的最大承受限度時(shí)，電路很有可能就會(huì)出現(xiàn)故障，無(wú)法安全運(yùn)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(duì)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(guò)時(shí)會(huì)觸發(fā)脈沖控制器從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電路電壓的控制。此外，還可以通過(guò)計(jì)算得出變流器的輸出電壓，再根據(jù)電壓量實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的檢測(cè)。

結(jié)束語(yǔ)

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(duì)強(qiáng)非線性電路與容差電路故障診斷的很多問(wèn)題。 而人工智能對(duì)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(diǎn)， 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(wèn)題。 這對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)電力電子 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。

【參考文獻(xiàn)】：

[1] 錢照明，張軍明.我國(guó)電力電子與電力傳動(dòng)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇[J].電工技術(shù) 學(xué)報(bào)，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(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006， 26（20）：157-163.