電力電子電路故障診斷技術(shù)探索與預(yù)測(cè)

徐超國(guó)

摘要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展以及科技水平的不斷提升，我國(guó)的電力電子電路技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展，為人們的生產(chǎn)活動(dòng)的開(kāi)展以及日常生活帶來(lái)了非常大的便利。但是隨著電力電子電路技術(shù)的不斷提升，其電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，使用過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，因此電力電子電路故障診斷技術(shù)也引起了人們更加廣泛的關(guān)注和重視，并為電子系統(tǒng)正常有序的運(yùn)轉(zhuǎn)提供了必要的支持和保障。下面，我們就對(duì)電力電子電路故障診斷技術(shù)的研究與預(yù)測(cè)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和探究，希望能夠?yàn)榧夹g(shù)的提升和進(jìn)步帶來(lái)些許的幫助作用。

關(guān)鍵詞：電力電子電路、故障診斷技術(shù)、探索與預(yù)測(cè)

一、電力電子電路的概述

電力電子電路是指利用電力電子器件對(duì)工業(yè)電能進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換和控制的大功率電子電路。電力電子電路與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式變流電路存在著一定的區(qū)別，其電路中沒(méi)有旋轉(zhuǎn)元及其部件等，所以又被稱(chēng)為靜止式交流電路。相對(duì)于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式變流電路來(lái)說(shuō)，電力電子電路具有無(wú)磨損、噪音低以及工作效率高等特點(diǎn)，因此在實(shí)際使用過(guò)程中不需要為其建造專(zhuān)門(mén)的地基，而且更加利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和生產(chǎn)。電力電子電路按照電能變換時(shí)的電路功能可以分為：整流電路（AC/DC變換電路）、逆變電路（DC/AC變換電路）、交流變換電路（AC/AC變換電路）、直流變換電路（DC/DC變換電路）這四種;而按照電能轉(zhuǎn)換次數(shù)可以分為：基本變換電路、組合變換電路兩種[1]。

二、應(yīng)用電力電子電路故障診斷技術(shù)的重要意義以及故障診斷的技術(shù)手段

（一）電力電子電路故障診斷技術(shù)的應(yīng)用意義

電力電子電路故障診斷技術(shù)是保證電力電子電路系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障和手段之一。通過(guò)對(duì)電力電子電路故障診斷技術(shù)的科學(xué)合理的應(yīng)用，則可以大大提高電力電子電路系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且可以大大提高電力電子電路系統(tǒng)的工作效率。而且合理應(yīng)用電力電子電路故障診斷技術(shù)也可以有效減少維修人員的工作量，提供維修人員對(duì)于電力電子電路系統(tǒng)維護(hù)檢修的工作效率，為維護(hù)檢修企業(yè)以及部門(mén)的發(fā)展起到了非常積極的促進(jìn)作用。通過(guò)電力電子電路故障診斷技術(shù)的應(yīng)用也可以有效減少維護(hù)檢修所需要的時(shí)間，提高故障診斷以及解決的精確度，避免故障診斷檢修時(shí)所造成的損失[2]。

（二）電力電子電路故障診斷的技術(shù)手段和方法

電力電子電路故障診斷的具體技術(shù)手段和方法主要包括小波分析技術(shù)、馬氏距離技術(shù)以及隱馬爾科夫技術(shù)等等。

小波分析技術(shù)主要是指用有限長(zhǎng)或快速衰減的、稱(chēng)為母小波（mother wavelet）的振蕩波形來(lái)表示信號(hào)，然后將這種信號(hào)傳送方式與電力電子電路故障診斷進(jìn)行有效的結(jié)合，通過(guò)分析小波信號(hào)的傳輸頻率以及時(shí)間等，來(lái)提前信號(hào)中的有用信息，從而達(dá)到電力電子電路故障診斷的目的。通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，小波分析具有多分辨率分析的特征，在低頻部分的時(shí)間分辨率較低，頻率分辨率則相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高;而高頻部分的時(shí)間分辨率比較高，而頻率的分辨率則相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低。

馬氏距離技術(shù)則是一種計(jì)算兩個(gè)未知樣本集的相似度的有效方法，通過(guò)分析不同個(gè)體點(diǎn)與分布之間的具體距離來(lái)得出與同一分布以及其協(xié)方差矩陣為Σ的隨機(jī)變量之間的差異程度，從而達(dá)到得出有用信息的目的。相對(duì)于我們熟悉的歐式距離來(lái)說(shuō)，馬氏距離不會(huì)受到量綱的影響，兩點(diǎn)之間的馬氏距離與原始數(shù)據(jù)的測(cè)量單位無(wú)關(guān)，由標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和中心化數(shù)據(jù)（即原始數(shù)據(jù)與均值之差）計(jì)算出的二點(diǎn)之間的馬氏距離相同，馬氏距離還可以排除變量之間的相關(guān)性的干擾。

隱馬爾科夫技術(shù)為稱(chēng)之為HMM技術(shù)，該技術(shù)在二十世紀(jì)六七十年代就已經(jīng)被創(chuàng)立出來(lái)，因此其技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟度，應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較廣泛。但是隱馬爾可夫技術(shù)在狀態(tài)轉(zhuǎn)移以及統(tǒng)計(jì)觀測(cè)方面具有很大的隨機(jī)性，因此在實(shí)際的過(guò)程中，通過(guò)該技術(shù)得出的觀測(cè)結(jié)論與電力電子電路所處的實(shí)際狀態(tài)有時(shí)候會(huì)有一定的差距，而概率分布則是兩個(gè)部分的重要連接載體。隨著科技水平的不斷發(fā)展和提升，隱馬爾可夫技術(shù)也在不斷的成熟和完善，特別是隱馬爾可夫技術(shù)在語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)中的應(yīng)用，則與電力電子電路維修檢測(cè)中應(yīng)用有很多的相似之處。相對(duì)于通過(guò)只能憑借電子信號(hào)來(lái)判斷電路運(yùn)行的內(nèi)部狀態(tài)以及電路健康程度的方法來(lái)說(shuō)，則可以體現(xiàn)出隱馬爾可夫技術(shù)在維修檢測(cè)方面的優(yōu)越性[3]。

三、電力電子電路故障預(yù)測(cè)的技術(shù)手段和方法

（一）AR模型預(yù)測(cè)技術(shù)

AR模型又稱(chēng)之為自回歸模型，通過(guò)利用自身作為回歸的變量，即利用前期若干時(shí)刻的隨機(jī)變量的線(xiàn)性組合來(lái)描述以后某時(shí)刻隨機(jī)變量的線(xiàn)性回歸模型，同時(shí)也是時(shí)間序列中的一種常見(jiàn)形式。AR模型預(yù)測(cè)技術(shù)在平穩(wěn)隨機(jī)序列研究方面具有非常重要的作用，而噪聲源則是影響技術(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素之一。目前應(yīng)用比較廣泛的AR模型預(yù)測(cè)技術(shù)主要包括以下兩種：一種是最小二乘法又稱(chēng)最小平方法，是一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，通過(guò)最小化誤差的平方以及尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配來(lái)達(dá)到最佳結(jié)果的目的。另外一種則是通過(guò)誤差濾波器將造成誤差的功率達(dá)到其最小值，利用列文森遞推公式以及噪聲差分公式來(lái)最終得出Burg遞推技術(shù)[4]。

（二）BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)又稱(chēng)為多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是指通過(guò)模仿生物大腦的結(jié)構(gòu)以及功能來(lái)形成的一種信息處理系統(tǒng)，通過(guò)不同神經(jīng)元之間的連接來(lái)構(gòu)成不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，而B(niǎo)P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型則是其中之一。在進(jìn)行BP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)前，一般應(yīng)從網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)、每層中的神經(jīng)元個(gè)數(shù)、初始值以及學(xué)習(xí)方法等方面進(jìn)行考慮，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要是由輸入層、隱含層和輸出層組成。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)在電力電子電路故障診斷過(guò)程中利用誤差逆轉(zhuǎn)傳播算法，不斷降低誤差函數(shù)值的最小梯度，從而使誤差保持在規(guī)定的范圍之內(nèi)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)不斷修正和優(yōu)化已經(jīng)連接的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目的。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)主要包括信號(hào)前向傳播以及誤差反向傳播兩種傳播方式，即將網(wǎng)絡(luò)輸出按照信號(hào)輸入和輸出的方向進(jìn)行分析和計(jì)算，然后通過(guò)信號(hào)輸出和輸入的反向進(jìn)行修改和優(yōu)化。

（三）GM預(yù)測(cè)技術(shù)

GM預(yù)測(cè)技術(shù)又稱(chēng)之為灰色預(yù)測(cè)模型，是一種非常簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型方法?；疑到y(tǒng)理論中的灰色預(yù)測(cè)法是一種對(duì)既包含已知信息又包含很多不穩(wěn)定因素的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。在利用GM預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)電力電子電路故障進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，通過(guò)對(duì)已知信息、未知信息以及樣本等來(lái)達(dá)到從中提取有效信息的目的。而且通過(guò)GM預(yù)測(cè)技術(shù)也可以有效監(jiān)控電力電子電路系統(tǒng)的運(yùn)行行為，從而達(dá)到對(duì)于電力電子電路系統(tǒng)的控制和預(yù)測(cè)的最終目的[5]。

結(jié)語(yǔ)：電力電子電路故障的診斷和預(yù)測(cè)，不僅可以保證電力電子電路系統(tǒng)的有效運(yùn)行，而且對(duì)于企業(yè)的日常生產(chǎn)活動(dòng)開(kāi)展也具有非常重要的意義。因此在實(shí)際的故障診斷和預(yù)測(cè)過(guò)程中，各種技術(shù)方法和手段也在不斷的進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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