李冠華 / 陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司

電力電子電路故障診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)分析

李冠華 / 陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司

現(xiàn)如今隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，電力電子電路的使用也正逐漸變得越來越廣泛，使用的越多的同時(shí)，因?yàn)楦鞣N原因引發(fā)的故障也正越來越多見，因此隨著如今故障診斷技術(shù)的快速發(fā)展，人們也正更加重視與加強(qiáng)有關(guān)于電力電子電路的故障診斷的研究。 同時(shí)，由于一些電力電子設(shè)備的集成化較高，其內(nèi)部的各種元件和電路間的關(guān)聯(lián)性和非線性關(guān)系較為復(fù)雜，因此帶來整個(gè)電力電子電路的故障診斷的精確度較低，因此本文將結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于電力電子電路的故障診斷以及有效的預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析與探討，希望能給以后的工作帶來一定的借鑒意義。

電力電子電路；故障診斷；預(yù)測(cè)技術(shù)

引言

隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電路發(fā)生故障的原因也正越來越多，更重要的是故障發(fā)生的原因也不是那么單一，因此加強(qiáng)對(duì)于各種復(fù)雜故障的診斷技術(shù)的研究迫在眉睫?，F(xiàn)階段診斷電路故障的主要方法包括：基于故障頻率診斷算法的診斷方法、基于K故障診斷算法的診斷方法和基于故障字典算法的診斷方法等。然而并不是所有電力電子電路依靠上述方法都可以診斷出故障，科技的發(fā)展使得一些較為復(fù)雜的電子設(shè)備的集成化以及智能化程度非常高，加上企業(yè)在工作中更加傾向于使用這一類的電子設(shè)備，因此這些設(shè)備的故障的發(fā)生具有偶然性的特點(diǎn)，此外這些故障一旦發(fā)生還具有危害性很大的特點(diǎn)，因此對(duì)這些復(fù)雜設(shè)備的內(nèi)部相關(guān)器件進(jìn)行精準(zhǔn)的故障預(yù)測(cè)，并據(jù)此來采取有效的解決措施，能夠起到避免危害事故發(fā)生的嚴(yán)重后果。

1.電力電子電路的簡(jiǎn)單介紹

1.1 電力電子電路的特點(diǎn)

電力電子電路是隨著科技的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電路，其與傳統(tǒng)的數(shù)字電路以及模擬電路有著很多方面的不同點(diǎn)。其中最主要的便是能夠在極短的時(shí)間內(nèi)引起設(shè)備的損壞，一般在10微秒內(nèi)，這引發(fā)故障的驚人速度，正是由于其內(nèi)部的器件承載量過小所造成的，因正因如此一些故障很難在發(fā)生前捕捉到即將發(fā)生故障的端倪。電力電子電路的故障發(fā)生可以說具有緊急性突發(fā)性，因此采用根據(jù)設(shè)備輸出的波形來對(duì)故障的發(fā)生與否進(jìn)行判斷傳統(tǒng)，這一類傳統(tǒng)的故障診斷方法對(duì)于電力電子電路的故障診斷是很難奏效的。

1.2 電力電子電路的故障技術(shù)

就上述分析看來，有關(guān)電力電子電路的故障診斷方法急需創(chuàng)新與研究，因此關(guān)于粒子群優(yōu)化算法的診斷方法就是在此背景之下被研究出來。正是這種方法，進(jìn)行優(yōu)化過后，能夠?qū)λ须x子進(jìn)行迭代運(yùn)算，這種優(yōu)點(diǎn)可以使得故障發(fā)生的診斷更為精確以及及時(shí)。并且基于多次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在實(shí)踐中將這種方法運(yùn)用在電力電子電路故障的診斷中，能夠及時(shí)可靠地診斷出電力電子電路發(fā)生的原因，進(jìn)而能夠減少危險(xiǎn)事故發(fā)生的概率，降低財(cái)產(chǎn)損失。

1.3 電力電子電路運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)

隨著電力電子電路的設(shè)備在人們的生活中越來越廣泛地得到使用，其內(nèi)部許多器件便會(huì)因?yàn)槭褂玫脑蛟獾綋p壞，帶來了整個(gè)設(shè)備的故障，也會(huì)給用戶造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此人們對(duì)于有關(guān)電力電子電路的設(shè)備在運(yùn)行時(shí)是否可靠以及安全的關(guān)注度正越來越加深。根據(jù)上文的論述分析來看，此類設(shè)備出現(xiàn)故障具有突發(fā)型的特點(diǎn)，一般在極短的10微秒內(nèi)就可以引起故障的發(fā)生，針對(duì)此項(xiàng)棘手的問題，一些應(yīng)用專家提出了對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁體系的晶閘管整流電路舉行妨礙診斷的觀點(diǎn)，然而這一方案也有著局限性，其只能針對(duì)不帶反電動(dòng)勢(shì)的整流電路來進(jìn)行適用，當(dāng)應(yīng)用于龐大電路時(shí)，信號(hào)引出線會(huì)較多，從而帶來另外的不必要的麻煩。因此需要在此基礎(chǔ)上研究出更為可靠，使用更為普遍的電力電子電路妨礙診斷方案很有必要。同時(shí)，因?yàn)殡娏﹄娮悠骷倪^載本領(lǐng)小，因此其遭受破壞的幾率更大，更重要的是破壞速度極快使得專家難以制定出一套科學(xué)有效的故障診斷但是這種要領(lǐng)必須同時(shí)監(jiān)測(cè)每一個(gè)晶閘管元件的端電壓，妨礙產(chǎn)生前征兆較難捕捉，也大概造成對(duì)主電路的滋擾，有人議決從輸出端引出信號(hào)來辨認(rèn)整流元件的開路妨礙。這里面以電力電子器件的開路和短路最為常見，不實(shí)用于逆變電路，所以說，上述方式還是比較科學(xué)的。在實(shí)際生活的運(yùn)用中，對(duì)于電力電子電路的故障診斷可能會(huì)伴隨著出現(xiàn)許多方面的影響，因此對(duì)于其故障診斷的技術(shù)研究需要加強(qiáng)有關(guān)科學(xué)高效這一方面。

2.故障診斷實(shí)驗(yàn)

2.1 主電路故障診斷采用用晶閘管三相橋式變流器

晶閘管三相橋式選變流器，是基于參考模型這一特點(diǎn)來進(jìn)行工作的。診斷其故障函數(shù)采取的方法便是實(shí)際系統(tǒng)與參考模型的對(duì)應(yīng)輸出的特征量之差，其中的特征量指的則是主要輸出電壓。

2.2 建立晶閘管三相橋式的變流器主電路模型

運(yùn)用此類模型來對(duì)電路故障進(jìn)行診斷，故障大致可以被分為以下五類：（1）如果檢測(cè)出實(shí)驗(yàn)晶閘管并沒有發(fā)生故障，則表明電路此時(shí)是可以正常運(yùn)行的；（2）如果檢測(cè)出同一半橋中的兩只晶閘管發(fā)生故障，則表明電路中共有6個(gè)故障元存在；（3）如果檢測(cè)出同一橋臂上的上下兩只晶閘管發(fā)生故障，則表明電路中共有3個(gè)故障元存在；（4）如果檢測(cè)出其中一只實(shí)驗(yàn)晶閘管發(fā)生故障，這表明除此之外還有6個(gè)故障元同時(shí)存在著； (5）如果檢測(cè)出的是不同橋臂上的上下兩只晶閘管出現(xiàn)故障，那么表明電路中共有6個(gè)故障元存在。

3.電力電子電路故障預(yù)測(cè)技術(shù)

電力電子電路的使用越來越廣泛的同時(shí)，也帶來了許多問題。一旦電路出現(xiàn)故障便會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備的癱瘓，進(jìn)而造成難以估算的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)某些集成化程度較高的電力電子電路的故障難以及時(shí)診斷，這就需要提前對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)的解決措施。對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以避免危害事故的發(fā)生，同時(shí)也可以給維修人員帶來便利，縮短其檢修的時(shí)間，最重要的是能夠提高設(shè)備的使用壽命，給整個(gè)電子電力電路行業(yè)帶來非常好的影響。

3.1 電力電子電路故障預(yù)測(cè)關(guān)鍵

對(duì)于電子電力電路的故障預(yù)測(cè)，不能夠單單只觀察其線性工作狀態(tài)，而是需要結(jié)合其整個(gè)工作系統(tǒng)在過去以及未來的各個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)的具體工作情況來進(jìn)行分析。需要注意的關(guān)鍵包括以下幾點(diǎn)：首先需要進(jìn)行的是確定在故障的特征參數(shù)，特征參數(shù)能夠反映不同的設(shè)備的故障的健康狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)于不同的電子設(shè)備選取相應(yīng)的特征參數(shù)是至關(guān)重要的。其次也需要對(duì)設(shè)備的失效機(jī)理進(jìn)行分析與研究，這樣才能夠建立一個(gè)精準(zhǔn)有效的故障模型。最后但尤為重要的是對(duì)預(yù)測(cè)算法進(jìn)行分析對(duì)比以及研究，預(yù)測(cè)算法之所以重要是因?yàn)槠涫菍?duì)設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析的前提條件，一個(gè)何時(shí)精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)算法對(duì)于故障的診斷也是不可或缺的。

4.結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展以及電子技術(shù)的提高，電力電子電路已經(jīng)迅速崛起，并且被廣泛應(yīng)用于人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。其功能越來越完善的同時(shí)帶來的故障也就越來越多，電子設(shè)備的故障會(huì)帶來許多安全問題以及不可避免的財(cái)產(chǎn)損失。因此為了保證電力電子電路的設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行以及正常工作，給人類的生活帶來便利，對(duì)于電力電子電路的設(shè)備的故障進(jìn)行診斷以及對(duì)難以診斷的部分進(jìn)行預(yù)測(cè)顯得尤為重要。本文主要電力電子電路運(yùn)行的特點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)不同的設(shè)備來進(jìn)行分析具體的故障診斷方法，診斷技術(shù)的要求為精準(zhǔn)及時(shí)科學(xué)，并且針對(duì)一些集成度較高的電子設(shè)備如何進(jìn)行預(yù)測(cè)的技術(shù)進(jìn)行了分析，預(yù)測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)需要嚴(yán)格遵守，缺一不可。只有遵循上述故障診斷以及預(yù)測(cè)技術(shù)，才能進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)電力電子電路相關(guān)事業(yè)的發(fā)展。

[1]盛艷燕，胡志忠.基于小波和馬氏距離的電力電子電路故障診斷[J].電子測(cè)量技術(shù)，2013（2）：108-112.

[2]張來露.基于分形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力電子電路故障診斷[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2013（2）：41-44.

[3]鄢仁武，葉輕舟，周理.基于隨機(jī)森林的電力電子電路故障診斷技術(shù)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2013，46（6）：742-746.

[4]李剛，蔡金燕.基于加速試驗(yàn)進(jìn)行電子裝備故障預(yù)測(cè)的前期數(shù)據(jù)處理[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，20（5）：25-26.