基于智能的电力电子电路故障诊断

黄贵松

【摘要】：随着电力电子技术的迅猛发展，电力电子装置的应用日益广泛，其故障问题也越来越突出。且电力电子装置通常在工程系统中起着很重要的作用，一旦发生故障而不能及时得到诊断和恢复的话，就会导致停机而造成人员伤亡，带来巨大的经济损失。因此进行基于智能的电力电子电路故障诊断理论和方法的研究，具有现实和经济意义。

【关键词】：人工智能；电力电子电路；故障诊断

【引言】：国、内外经常采用的电力电子故障诊断方法如故障字典法只能解决单故障，故障树法建树工作量大，易发生错误，直接检测法硬件电路难于实现、投资大，残差法需要建立精确的数学模型，专家系统法存在知识获取“瓶颈”这些方法由于自身的局限性都限制了应用。基于智能的故障诊断方法由于良好的非线性映射特性和自学习能力，很好地适应了这一趋势，成为了故障诊断领域的研究热点。

1. 电力电子设备中电路的主要故障模式

电力电子设备的电路故障主要分为结构性故障和参数性故障两种。电力电子 电路的结构性故障主要指电路中的电容、电阻、电感与各种开关等电路器件的短 路与开路， 由于功率器件的损坏而导致电力电子设备的主电路的结构发生改变是 这一故障最为主要的表现形式。而电力电子电路的参数性故障主要是指电阻、电 感、 电容等器件参数由于发生了偏移或者开关的性能较为劣化，而导致了电力电 子设备的电路装置特性与它的正常特性产生了严重的偏离[1]。对于电力电子设备经过一段过程与时间运行，会产生各种各样的故障，电导致设备停止运行影响生产，严重的甚至会造成人身、设备事故。其故障大致可分为两大类：（1）具有外特征直观性的故障，如电动机、电气明显发热，冒烟，散发焦臭往往是电动机，电气绕组过载，线圈绝缘下降或击穿损坏，机械阻力过大或机械卡死，短路或接地所致。（2）没有外特征的隐性故障。这类故障时检修的难点，也是主要故障，其主要问题在电气线路或电气元件本身。如电气元件调整不当、损坏或电气元件与机械操作杆配合不当（如磨损）、松动错位，电气元件机械部分动作失灵，触点及压接线头接粗不良或松脱，导线绝缘磨破，元件参数设置不当或元件选择不当等原因所致。

2. 电力电子电路故障诊断的难点

由于电力电子产业发展较快，电力电子设备的内部构造越来越复杂，这造成 了对电力电子设备的电路故障难以进行诊断的现状。 再加上对电路的在线诊断本 身就具有较高的要求， 而且测试激励不好选用，使得对电力电子电路故障的诊断 难上加难。 首先， 电力电子设备的电路存在着非线性故障诊断问题。由于电力电子设备 的非线性电路较强，所以很难对其建立起精确的数学模型。 其次， 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[2]。 第三， 由于电力电子电路的故障诊断信息只在故障发生后与停电前的几十毫 秒内存在， 因此对其需要进行在线诊断与动态监听。而要完成电路的在线诊断就 需要在原有的设备基础上再增加新的部件，而这往往会导致企业成本的大幅上 升。 由于这些难点的存在，使得电子电力电路设备的诊断变得十分困难而复杂。 三、智能技术在电力电子电路故障诊断中的应用 从世界上第一支晶闸管出现开始， 电力电子技术已经走过了将近五十年的发 展历程。由于现在的电力电子电路故障诊断技术中存在着许多亟待解决的难题， 为电力电子产业的进一步发展带来了十分不利的影响。 而将人工智能技术引入到 对电力电子电路故障诊断中来已经成为了必然的发展趋势。

3. 智能技术在电力电子电路故障诊断中的应用

将人工智能技术引入到电力电子电路故障诊断中已经成为未来发展的必然趋势。具体应用如下：

3.1模擬安全的电路环境

电力电子电路智能诊断技术随着科学技术的发展得到了极大的进步，越来越多的问题被解决。电力电子产品的功能的增多和性能的提升，导致电力电子电路面临着超负荷的工作状态。在这种情况下，为了保证电力电子电路的安全、稳定的运行，利用先进的手段对电力电子电路进行事先模拟。在模拟的过程中，综合分析影响电力的因素，对经过电路的各项指标进行科学的计算分析，预防在实际过程中出现的故障，确保电路的安全运行。通过电路模拟可以有效的减小故障出现的概率，保证电力电子产品的使用安全。

3.2建立完整可靠的信息库

完整可靠的信息库是对故障进行诊断的依据。在进行电力电子电路智能诊断中，收集电路的信息和故障的原因及故障易发点，录入信息库中。信息库的信息具有两部分，一是动态，包括监测与诊断过程中得出的结论；二是静态，包括电路运行时各种参数的具体数值。一个完整可靠的信息库需要全面覆盖电力电子电路的各种参数、易发故障的信息。当故障发生时，通过与信息库的比较，可以精确、快速的判断出故障的原因，提高工作效率。

3.3诊断输电线路故障

电力电子产品在使用过程，最容易出现的问题就是电路故障。人们生活水平的提高使得人们对电力电子产品的需求越来越高，功能要求越来越大众化。在这样的背景下，电力电子电路在换向的时候会产生一定的能量，当能量超出电路的最大承受限度时，电路很有可能就会出现故障，无法安全运行。

3.4诊断主电路故障

电力电子电路的可靠性在电力电子产品的使用中至关重要，直接影响到电力电子产品的使用。在智能诊断技术中，对主电路的诊断主要使用晶闸管三相桥式变流器的技术。在晶闸管三相桥式变流器中，当电压经过时会触发脉冲控制器从而实现对电路电压的控制。此外，还可以通过计算得出变流器的输出电压，再根据电压量实现对主电路的检测。

结束语

电力电子电路的故障诊断理论发展了近五十年， 但是在如今的电路故障诊断 领域还是存在着对强非线性电路与容差电路故障诊断的很多问题。 而人工智能对电力电子电路故障诊断具有非线性并行性与容差性的特点， 因此能够很 好的解决原本的电力电子电路故障诊断中存在的问题。 这对进一步推动电力电子 产业的发展具有重大的意义。

【参考文献】：

[1] 钱照明，张军明.我国电力电子与电力传动面临的挑战与机遇[J].电工技术 学报，2013，19（08）：101-122.

[2] 张志学， 马皓.电力电子电路拓扑向量的寻求[J].中国电机工程学报，2006， 26（20）：157-163.