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電力電子電路的實際運行表明,大多數(shù)故障表現(xiàn)為功率開關(guān)器件的損壞,其中以功率開關(guān)器件的開路和直通最為常見。電力電子電路故障診斷與一般的模擬電路、數(shù)字電路的故障診斷存在較大差別,由于電力電子器件過載能力小,損壞速度快,其故障信息僅存在于發(fā)生故障到停電之前數(shù)十毫秒之內(nèi),因此,需要實時監(jiān)視、在線診斷;另外電力電子電路的功率已達數(shù)千千瓦,模擬電路、數(shù)字電路診斷中采用的改變輸入看輸出的方法不再適用,只能以輸出波形來診斷電力電子電路是否有故障及有何種故障。
故障診斷的關(guān)鍵是提取故障的特征。故障特征是指反映故障征兆的信號經(jīng)過加工處理后所得的反映設(shè)備與系統(tǒng)的故障種類、部位與程度的綜合量。故障診斷方法按提取特征的方法的區(qū)別,可分為譜分析方法、基于動態(tài)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法、采用模式識別的方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法、專家系統(tǒng)的方法、小波變換的方法和利用遺傳算法等。這些方法將在下文具體介紹。
一、故障診斷中的譜分析方法
在故障診斷中比較常用的信號處理方法是譜分析。常用傅里葉譜、沃爾什譜,另外還有濾波、相關(guān)分析等。譜分析的目的:信號中包含噪聲,為了提取特征;故障信號的時域波形不能清楚地反映故障的特征。而電力電子電路中包含故障信息的關(guān)鍵點信號通常具有周期性,因此可以用傅里葉變換將時域中的故障波形變換到頻域,以突出故障特征,實現(xiàn)故障診斷。
傅里葉變換是將某一周期函數(shù)分解成各種頻率的正弦分量,類似地,沃爾什變換是將某一函數(shù)分解成一組沃爾什函數(shù)分量。自適應(yīng)濾波是一種數(shù)字信號的處理統(tǒng)計方法,它不需要知道信號一二階的先驗統(tǒng)計知識,直接利用觀測資料,通過運算改變?yōu)V波器的某些參數(shù),而使自適應(yīng)濾波器的輸出能自動跟蹤信號特性的變化。在電力電子系統(tǒng)故障診斷中,可以用自適應(yīng)處理來實現(xiàn)噪聲抵消,譜線增強等功能,從噪聲背景下提取故障特征,從而實現(xiàn)準確的診斷。