黃劍濤

摘要：隨著科技的發(fā)展，針對電子技術(shù)中的三相橋式全控整流電路中晶閘管容易出現(xiàn)的問題，提出了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以解決故障的方法。為了驗證此方法有效，利用Matlab軟件來對三相橋式全控整流電路建立仿真模型。仿真試驗可以得出BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的案例，進(jìn)而得到所有類型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的故障。

關(guān)鍵詞：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；三相橋式全空整流電路；Matlab仿真；故障診斷

中圖分類號：TM461 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）30-0218-02

0引言

對于電力電子電路來說，它最早出現(xiàn)的電路形式就是整流電路，而整流電路的應(yīng)用非常廣泛，形式各有特色，可以進(jìn)行交流電與直流間的轉(zhuǎn)化。而在這些類的整流電路當(dāng)中，應(yīng)用較為廣泛的是三相橋式全控整流電路，大多數(shù)情況下選擇整流器件的時候都會選擇晶閘管。然而，晶閘管在電力電子器件當(dāng)中，是一種較為容易被損壞的器件，同時加之電力電子設(shè)備中擁有數(shù)量眾多的晶閘管，故而確定哪一個壞了就是一件非常耗時、費力的工作。那么，如何準(zhǔn)確快速的找到電力電子設(shè)備中器件所發(fā)生的具體故障，是很多國內(nèi)外學(xué)者一直長期致力于研究的事項。而在本文中的電力電子技術(shù)知識就是對故障建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)一步確定故障是何種類別。另外，對于較為復(fù)雜的非線性時變系統(tǒng)的三相橋式的全控整流電路來說，普通的分析和建模十分不易，在這種情況下，只能利用Matlab仿真軟件來仿真三相橋式全控整流電路和故障模型。

1仿真三相橋式全控整流電路的故障分析

1.1分析三相橋式全控整流電路的構(gòu)成情況

三相橋式全控整流電路構(gòu)成主要包括6路觸發(fā)脈沖、負(fù)載以及整流變壓器等，建立仿真三相橋式全控整流電路模型時需借助Matlab/Simulink以及SimPowerSystem，具體如圖1所示。

電路中的負(fù)載均使用純電阻，采用odel5s（stiff/NDF）進(jìn)行仿真計算，在無異常的情況下，負(fù)載電壓的波形圖具體如圖2所示，從圖中得出電壓的波形圖形是六段電壓所構(gòu)成的。

1.2晶閘管故障仿真分析

因為Matlab軟件的功能非常強(qiáng)大，將其用在電力系統(tǒng)的仿真方面就能有十分好的靈活性與方便性。本文仿真各類故障時正是借助此種優(yōu)勢，按照負(fù)載兩端的電壓波形的不同，可將故障分為5種：

第一種：上半橋抑或是下半橋的3只管子全部損壞，這時所輸出的波形是一個零直線。

第二種：1只管子損壞，又能分成下面六種狀況：一是VT1損壞；二是VT2損壞；三是VT3損壞；四是VT4損壞；五是VT5損壞：六是VT6損壞。如果整流電路里面僅有1只管子損壞的情況下，穩(wěn)定的電壓波形在每一周期內(nèi)都出現(xiàn)4段線電壓，比未發(fā)生故障的時候少2段。不過對不同的管子而言，第1個完整的周期內(nèi)4段線電壓所出現(xiàn)的時間并不一樣。

第三種：同1個橋臂的2只管子損壞，能分成下面三種狀況：一是VT1和VT4損壞：二是VT2和VT5損壞：三是VT3和VT6損壞。如果在整流電路內(nèi)同1個橋臂里的2只管子損壞的情況下，穩(wěn)定的電壓波形在每一周期里面會出現(xiàn)不連續(xù)的2段線電壓，比沒有發(fā)生故障的時候少4段。不過對不同的故障而言，第1個完整的周期里2段線電壓所出現(xiàn)的時間并不相同。

第四種：同1半橋的2只管子損壞，能分成下面六種狀況：一是VT1和VT3損壞：二是Vq2和VT4損壞：三是VT3和VT5損壞：四是VT4和VT6損壞：五是VT1和VT5損壞：六是VT2和VT6損壞。如果在整流電路里的同1橋臂的2只管子損壞的情況下，穩(wěn)定的電壓波形在每1周期內(nèi)會出現(xiàn)連續(xù)的2段線電壓，比沒有發(fā)生故障的時候少4段。不過對不同的故障而言，第1個完整的周期內(nèi)2段線電壓所出現(xiàn)的時間也不相同。

第五種：不同半橋交叉的2只管子損壞，能分成下面六種狀況：一是VTl和VT2損壞：二是VT2和VT3損壞：三是VT4和VT5損壞：四是VT5和VT6損壞：五是VT1和VT6損壞：六是VT3和VT4損壞。如果在整流電路內(nèi)不同半橋交叉的2只管子損壞的情況下，穩(wěn)定的電壓波形在每一周期厘米會出現(xiàn)連續(xù)3段線電壓，比沒有發(fā)生故障的時候少3段。然而對于不同故障來說，第1個完整的周期內(nèi)的3段線電壓所出現(xiàn)的時間并不一致。

2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

通常BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、隱層以及輸出層3層所構(gòu)建。對具體問題要是再在確定輸入及輸出變量以后，網(wǎng)絡(luò)輸入層以及輸出層的結(jié)點個數(shù)亦可相應(yīng)的確定，則確定1個3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重點就集中在確定隱層的層數(shù)與每1層結(jié)點的數(shù)量。對隱層的層數(shù)來說可以先考慮僅選1層，同時從仿真結(jié)果能夠看到，對本文的故障診斷來說，1層足以能夠滿足要求還可有效避免網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。

面對在第1種故障的情況，無需BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參與即可診斷出結(jié)果。但面對后4種故障，如下表1所示，需要分析輸出電壓波形特征才能判斷其屬于何種故障。由此可知，在判斷故障類型的時候無需BP網(wǎng)絡(luò)參與，但在具體判斷某類故障屬于哪些管子損壞造成的時候，就能夠依靠1個簡單的3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)予以診斷。

對于第2類故障來說，可以得出只有一只管子發(fā)生了損壞。具體有6種情況，依然把4段線出現(xiàn)電壓最大值的時刻當(dāng)做是特征信息，那么輸入層的結(jié)點數(shù)S1=4，借助二進(jìn)制數(shù)區(qū)分具體哪個管子發(fā)生了損壞。因此S3=3。后3類故障同理可得。第3類、4類、5類故障都是2只管子發(fā)生損壞，但具體情況不同，第三類故障S1=3、S3=2，而第4類故障S1=2、S3=3：第5類故障S1=3、S3=3。

3分析網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練

3.1提取訓(xùn)練樣本

本文對于第2類故障主要是把4段線出現(xiàn)電壓最大值的時刻記做特征信息，仿真測試6種不同情況，所得到的訓(xùn)練樣本具體如表2所示。

3.2網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練

對于第2，3，4，5類的故障來說，為了確定管子損壞的具體情況，以下一共建立了4個三層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。以下繼續(xù)以第2類故障為例子來進(jìn)行說明，如何確定網(wǎng)絡(luò)隱層結(jié)點的個數(shù)以及訓(xùn)練的具體情況。2類故障網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)為：S1=4，S3=3，lr=0.05，期望誤差最小值E=0.01的前提，不同隱層結(jié)點數(shù)的網(wǎng)絡(luò)情況如表3所示。

3.3對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試

如果在一個三相全控橋式的整流電路當(dāng)中，通過輸出電壓波形出現(xiàn)電壓情況可以判斷第二類故障的一個管子壞了，即，一個周期出現(xiàn)4段線電壓。然后通過觀看示波設(shè)備中完整周期電壓出現(xiàn)的時刻，例如：Pc=[0.120.160.180.20]，T是通過二類故障所診斷的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來得出一個3位輸出信號Te=[0.05-0.18461.0739]^T，這樣就可以根據(jù)以下原則進(jìn)行歸一化處理：如果輸出的信號在取某位時大于或者等于0.5的時候是1，小于0.5的時候是0。那么就可得到輸出的信號Tee=[001]^T，把這個和表

2進(jìn)行對照就可以知道VT1管子哪一個損壞。

4結(jié)語

綜上所述，本文為了驗證故障診斷結(jié)果是否正確，因此，利用Matlab/Simulink技術(shù)建立仿真模型，主要是針對三相橋式全控整流電路而言，仿真實驗可以得出對于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)下的故障診斷的相關(guān)方法。與此同時，此法仍適用于診斷電力電子電路方面所出現(xiàn)的故障分析。endprint