基于小波分析的逆變電路故障診斷方法研究

劉玲　劉荷花

摘 要： 針對逆變電路受到輸入電壓不穩定性等因素的影響時容易產生故障的問題，提出一種基于小波分析的逆變電路故障診斷方法。構建逆變電路的電壓、電流和功率的輸入/輸出模型，確定電路故障的約束參量模型，構建逆變電路運行狀態目標函數，對電路中的傳輸信息流采用小波分析方法進行特征提取，實現故障準確檢測和診斷。測試結果表明，采用該方法進行逆變電路故障診斷的準確性較高，可靠性較好。

關鍵詞： 小波分析； 逆變電路； 故障診斷； 特征提取

中圖分類號： TN710?34； TM315 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）20?0156?03

Abstract： The inverter circuit may easily produce the fault caused by the influence of input voltage instability and other factors； therefore a wavelet analysis based fault diagnosis method of inverter circuit is proposed. The input/output model of voltage， current and power of the inverter circuit is constructed to determine the constraint parameter model of circuit fault. The target function of inverter circuit operation state is established. The wavelet analysis method is adopted to extract the features of transmission information flow in the circuit， and realize the accurate fault detection and diagnosis. The test results show that the method has high accuracy and reliability for fault diagnosis of inverter circuit.

Keywords： wavelet analysis； inverter circuit； fault diagnosis； feature extraction

0 引 言

逆變電路是通過并聯諧振逆變器把直流電變成交流電的電路結構，逆變電路根據直流側儲能元件形式的不同可以分為有源逆變和無源逆變，用電力電子器件（如晶閘管等）逆變器給串聯負載供電，實現交流電機調速和輸出穩壓控制能功能。逆變電路在電力電子裝置、電源設計等領域具有廣泛的應用。逆變電路受到輸入電壓的不穩定性和電力電子器件的耦合性等因素的影響，容易產生故障，導致整個電路系統不能正常工作，需要進行逆變電路故障診斷優化設計，提高電路的穩定運行能力。

傳統方法中，對逆變電路故障診斷方法主要有時域分析診斷法[1]、頻域分析診斷法、模糊神經網絡診斷方法等[2?3]。通過故障特征提取信息采集分析方法得到逆變電路故障狀態信息參量，實現對逆變電路的運行狀態和故障原因進行實時定位和分析，但上述方法存在實時性不好，魯棒性不高的問題。對此，本文提出一種基于小波分析的逆變電路故障診斷方法，通過診斷算法研究和實驗測試分析，得到有效性結論。

1 逆變電路故障診斷原理和特征提取

1.1 故障診斷原理及總體設計

為了有效構建逆變電路的故障診斷模型，首先分析逆變電路的故障診斷原理。逆變電路故障診斷主要是通過對電路的輸入/輸出的電流、功率、電壓和功耗等參量進行信息特征分析和融合，實現故障特征提取和故障屬性判別的過程[4]。典型的逆變電路的等效電路模型如圖1所示。以圖1給出的逆變電路等效模型為研究對象，進行故障診斷原理分析。采用傳感器設備進行逆變電路的電氣參量測試和采集，在電路的輸出設備中獲得有關參數實現對逆變電路的內部特征的定量分析。對逆變電路的運行狀態進行特征分析，提取逆變電路的異常工況特征信息，通過特征優選和專家系統的分類決策，實現逆變電路的故障分類診斷。根據上述設計原理，得到逆變電路的故障診斷的實現原理框圖如圖2所示。

1.2 逆變電路故障信息獲取

根據圖2給出的逆變電路故障診斷原理可知，進行電路故障診斷的第一步就是進行信息特征提取。采用小波分析方法進行特征參量融合分析[5]，定義雙曲調頻母小波為：

2 故障特征提取與診斷實現

構建逆變電路運行狀態目標函數，對電路中的傳輸信息流采用小波分析方法進行特征提取。在逆變電路的次級共振環節，根據逆變電路系統的拓撲結構[6]，構建電壓和功率輸出增益為：

3 仿真實驗分析

為了測試本文方法在實現逆變電路故障準確診斷中的應用性能，進行以此仿真實驗。實驗軟件平臺建立在Matlab 7.0仿真軟件的基礎上，電路的參量設定為：互感值[Lp2=2.3 μH]，磁共振電容[Cp1=405 pF]，一級電阻[Rp1=45 Ω]， 諧振頻率[f=27.05 MHz]，串聯電容由圖3結果得知，采用本文方法進行逆變電路故障診斷的準確性較好，表1和表2展示了不同方法進行電路故障診斷的耗時、負荷量和時間延遲方面的性能指標對比結果。分析得知，采用本文方法進行故障診斷的耗時較小，準確率較高，總體性能優于傳統方法。

4 結 語

本文提出一種基于小波分析的逆變電路故障診斷方法，構建逆變電路的電壓、電流和功率的輸入/輸出模型，確定電路故障的約束參量模型，構建逆變電路運行狀態目標函數，對電路中的傳輸信息流采用小波分析方法進行特征提取，實現故障準確檢測和診斷。測試結果表明，采用該方法進行逆變電路故障診斷的準確性較高，可靠性較好，具有較好的電路故障診斷應用價值。

參考文獻

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