電力電子電路智能故障診斷技術(shù)探討

方鎮(zhèn)宏

（惠州市鴻業(yè)電力信息科技有限公司，廣東 惠州 516000）

0 引 言

電力電子電路智能故障診斷技術(shù)的發(fā)展，打破了傳統(tǒng)電路故障檢測(cè)的方法，使得電路故障診斷逐漸變得自動(dòng)化、智能化。在高度信息化的社會(huì)，電力電子電路技術(shù)不斷進(jìn)步，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，滿足了人們的需求。同時(shí)，這些電子產(chǎn)品在使用過程中出現(xiàn)了很多問題，最易出現(xiàn)問題的部分是電路。所以，對(duì)電子電路故障的診斷非常重要。傳統(tǒng)的電力電子電路故障檢測(cè)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的社會(huì)需求，智能故障檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 電力電子電路故障產(chǎn)生的原因

電子產(chǎn)品是根據(jù)當(dāng)前擁有的技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而技術(shù)一直在發(fā)展。電子產(chǎn)品在使用過程中出現(xiàn)故障不可避免，而產(chǎn)生電力電子電路故障的原因可能是產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題，也可能是外界的干擾。主要原因可以分為以下幾點(diǎn)[1]：（1）設(shè)備操控人員沒有按照嚴(yán)格的操作步驟進(jìn)行規(guī)范化操作；（2）電子設(shè)備長期處于較為潮濕或者高溫的環(huán)境，易導(dǎo)致一些部件被腐蝕；（3）設(shè)備在設(shè)計(jì)制作過程中沒有做好防雷電的防護(hù)措施，使得設(shè)備易受到雷擊；（4）電子電路運(yùn)行過程中沒有及時(shí)更換受損的零件和改進(jìn)老化的電路。

電力電子電路故障非常復(fù)雜，故障的發(fā)生往往是多個(gè)原因共同導(dǎo)致的結(jié)果。例如，因?yàn)樵O(shè)計(jì)問題而導(dǎo)致一些零部件的配置不合理，致使設(shè)備發(fā)生運(yùn)行不當(dāng)或者直接短路等故障。通過智能檢測(cè)技術(shù)能夠直接檢測(cè)各個(gè)性能指標(biāo)是否正常，根據(jù)相關(guān)指數(shù)自動(dòng)檢索故障發(fā)生處。

2 電路智能故障診斷技術(shù)的相關(guān)介紹

在模擬電路故障的研究發(fā)展過程中產(chǎn)生了電路智能故障診斷技術(shù)。電路智能診斷技術(shù)的產(chǎn)生標(biāo)志著我國電力電子電路診斷技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)期。但是，與國外技術(shù)相比，我國的智能故障診斷技術(shù)發(fā)展相對(duì)較晚，因此在發(fā)展過程中需借鑒先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)技術(shù)研究。研究初期，電力電子電路技術(shù)經(jīng)過對(duì)比電壓電流的方法診斷故障。在研究不斷發(fā)展的過程中，逐漸出現(xiàn)了不同的診斷方法和技術(shù)，促進(jìn)了我國電子診斷技術(shù)的高速發(fā)展，提高了診斷準(zhǔn)確性，節(jié)省了人力、物力和財(cái)力等。

3 電力電子電路故障智能診斷技術(shù)方法

3.1 信息預(yù)處理的小波分析

在電力電子電路的智能故障診斷過程中，信息預(yù)處理的小波分析具有重要作用。DFT與小波分析對(duì)比，小波分析能夠達(dá)到DFT所在的時(shí)域不能達(dá)到的高度。小波分析在故障檢測(cè)方面不存在局限性，適用于很多不平穩(wěn)的信號(hào)場(chǎng)所。可見，小波分析的使用范圍非常廣泛，并且能及時(shí)解決信號(hào)不穩(wěn)定等問題。小波分析技術(shù)也存在一定的缺點(diǎn)，如變換檢測(cè)過程中數(shù)據(jù)計(jì)算量非常大，波特性也比較差[2]。

3.2 專家系統(tǒng)診斷法

專家系統(tǒng)診斷法是利用當(dāng)前的智能計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過一些系統(tǒng)存在的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行電路故障檢測(cè)。它充分利用了爬蟲技術(shù)和當(dāng)前的人工智能技術(shù)，具有自動(dòng)化、智能化特征。專家經(jīng)驗(yàn)和方法對(duì)故障診斷來說非常重要，能夠通過診斷對(duì)可能存在問題的部位進(jìn)行檢測(cè)診斷，操作相對(duì)簡單[3]。但是，由于專家經(jīng)驗(yàn)不夠全面，也會(huì)有一部分失誤，在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用程度還不夠高。

3.3 離散頻譜分析技術(shù)

離散頻譜分析技術(shù)的研究比較早，因此技術(shù)相對(duì)比較成熟。當(dāng)前，這種智能故障檢測(cè)方式在電力電子電路故障檢測(cè)中作用巨大。離散頻譜分析技術(shù)采用離散傅里葉變換DFT。當(dāng)前的DFT已經(jīng)在電氣設(shè)備信號(hào)檢測(cè)行業(yè)應(yīng)用廣泛，能夠通過對(duì)電氣設(shè)備的各種波分離，得出每個(gè)信號(hào)的頻率等參數(shù)。一般情況下，相位較高的參數(shù)下，電氣信號(hào)的檢測(cè)中出現(xiàn)誤差的情況較為明顯。

離散傅里葉變換有正比變換和反變換形式。正離散傅里葉變換和反離散傅里葉變換分別為[4]：

圖1為時(shí)域信號(hào)的傅里葉變換圖，圖2是頻域信號(hào)變換圖。離散傅里葉轉(zhuǎn)換中，從x1到xn的變換是從時(shí)域空間到頻率空間的變換。

圖1 時(shí)域信號(hào)

圖2 頻域信號(hào)

可以看出，兩種信號(hào)的頻率明顯不同，可以很容易區(qū)分這兩個(gè)信號(hào)。

從式（1）的離散傅里葉變換公式可以看出，它是一個(gè)矩陣和向量的線性相乘，表示為：

綜合式（3）可以計(jì)算離散傅里葉變換，相應(yīng)的python代碼如下：

通過對(duì)比代碼的處理結(jié)果和Numpy內(nèi)嵌的FFT計(jì)算結(jié)果做對(duì)比。

以上是DFT的常規(guī)計(jì)算方法。

3.4 紅外熱像故障診斷技術(shù)

紅外熱像故障診斷技術(shù)在電力電子電路故障的檢測(cè)中同樣適用。在電子設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候，電路運(yùn)轉(zhuǎn)故障出現(xiàn)時(shí)，它的表面會(huì)有溫差出現(xiàn)。紅外熱像診斷技術(shù)的故障診斷是在設(shè)備的路線絕對(duì)溫度變化的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在高壓電氣設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，線路不能正常運(yùn)行，導(dǎo)致高壓電氣設(shè)備的局部線路溫度過高。設(shè)備內(nèi)部的溫度高于限制溫度時(shí)，會(huì)被產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成輻射能。在外部達(dá)到一定的溫度時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生紅色的光。在很多電子設(shè)備線路中，一些線路存在的故障無法通過直觀感受來發(fā)現(xiàn)，溫度也不能用普通的溫度測(cè)量儀測(cè)量[5]。因此，紅外熱像故障診斷技術(shù)在此刻非常適用，能通過自身的診斷判斷故障位置。

3.5 主成分分析法

在一些電路故障診斷中，故障產(chǎn)生的主要問題是故障診斷的最重要因素。因此，在電力電子電路故障檢測(cè)過程中，應(yīng)該找到故障產(chǎn)生的主要問題，排除次要冗雜，將電力電子電路故障在最短的時(shí)間內(nèi)用最快的方法解決。在主成分分析法中，它在系統(tǒng)中能夠輸入多個(gè)變量，并且轉(zhuǎn)換變量，選擇比較重要的幾個(gè)變量。這種變量的統(tǒng)計(jì)方式比較特殊，能夠參照系統(tǒng)中變量之間的變化，由輸入的變量形成矩陣的特點(diǎn)確定壓縮。在變量處理過程中，根據(jù)變量的數(shù)據(jù)成分進(jìn)行預(yù)處理，然后得出分析所需的主要成分變量。主成分分析法主要應(yīng)用于信息數(shù)據(jù)較多、變量之間的復(fù)雜度較大的時(shí)候。通過主成分分析過濾變量中的冗雜，覆蓋原始數(shù)據(jù)中的不重要成分，表達(dá)出最主要的信息數(shù)據(jù)，在較短的時(shí)間檢測(cè)出故障，便于電力電子電路故障診斷。

4 電力電子電路智能故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

4.1 建立完整的數(shù)據(jù)信息庫

數(shù)據(jù)信息庫的建立很大程度上依賴于電力電子電路智能故障診斷技術(shù)。智能故障診斷技術(shù)能夠在很大程度上提高整個(gè)信息數(shù)據(jù)庫的完整性和有效性，并且提高診斷效率。智能故障診斷技術(shù)在診斷過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，把它及時(shí)存入信息數(shù)據(jù)庫中。信息數(shù)據(jù)庫主要包括一些電路運(yùn)行的數(shù)據(jù)和一些相關(guān)的診斷報(bào)告等，然后通過將這些數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中存在的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，判斷電路中存在的狀況，迅速找到電力電子電路中的故障點(diǎn)[6]。

4.2 對(duì)輸電線路故障進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)

電力電子電路故障是電子設(shè)備中經(jīng)常存在的問題。由于電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，電子產(chǎn)品和設(shè)備已經(jīng)存在于人們生活的方方面面。市場(chǎng)的需求要求電子產(chǎn)品的故障檢測(cè)必須具備強(qiáng)大的技術(shù)支持，而智能故障診斷技術(shù)通過全方位檢測(cè)電子電路故障，應(yīng)用故障分析方法分析故障所在處，在最短的時(shí)間最快找到故障點(diǎn)。根據(jù)電路的故障情況對(duì)電路進(jìn)行維修和改良，以保障電路的正常運(yùn)行。

4.3 準(zhǔn)確模擬電路的運(yùn)行情況

高速信息化的時(shí)代，電力電子電路智能故障診斷技術(shù)獲得了快速發(fā)展，很多智能診斷技術(shù)被用于人們的生活實(shí)踐活動(dòng)中，為企業(yè)解決了很多難題，促進(jìn)了社會(huì)的智能化發(fā)展。與以往的電子產(chǎn)品相比，當(dāng)前的電子產(chǎn)品對(duì)相關(guān)的電子技術(shù)要求更高，需要的工作更多。企業(yè)為了保證電子產(chǎn)品中電的路運(yùn)行，運(yùn)用當(dāng)前的電力電子電路智能故障診斷技術(shù)對(duì)其電路進(jìn)行模擬運(yùn)行，然后通過檢測(cè)到的各種數(shù)據(jù)及參數(shù)分析和診斷電子設(shè)備的性能，以此推斷可能發(fā)生的故障，通過故障修復(fù)及改進(jìn)，預(yù)防后期發(fā)售出現(xiàn)故障的可能，保證電子設(shè)備的正常運(yùn)行。由于企業(yè)通過電路模擬進(jìn)行分析和診斷，降低了故障發(fā)生率，使得發(fā)售的電子設(shè)備能夠更加安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

5 結(jié) 論

近幾年，我國電力電子電路設(shè)備行業(yè)得到了很大發(fā)展。盡管在發(fā)展過程中得到了一些限制和打擊，但并沒有阻止我國電子電路技術(shù)的發(fā)展，各種電力電子電路故障逐漸復(fù)雜化和多樣化，使得智能故障診斷技術(shù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。電力電子電路故障的出現(xiàn)降低了電子設(shè)備的使用壽命，減緩了電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對(duì)于當(dāng)前的電力電子電路故障檢測(cè)，傳統(tǒng)意義上的故障診斷已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的需求，而此時(shí)智能故障診斷技術(shù)的出現(xiàn)取得了迅速發(fā)展。因此，企業(yè)應(yīng)該增加對(duì)智能診斷技術(shù)相關(guān)研究的投入，加大對(duì)電力電子電路智能故障診斷技術(shù)的應(yīng)用，以研究更加便捷易操作的智能診斷系統(tǒng)，提高電子設(shè)備的使用壽命，使企業(yè)得到快速發(fā)展，促進(jìn)我國電力電子電路智能故障診斷技術(shù)的發(fā)展。