專利名稱：并聯(lián)混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器專家故障分析與診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路故障診斷方法，特別涉及一種并聯(lián)混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器專家故障分析與診斷方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應(yīng)用的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器會產(chǎn)生大量諧波，對電網(wǎng)污染嚴(yán)重。由于電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器能夠全面集中地對電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行綜合補(bǔ)償，可解決電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題，近年來成為一個研究熱點。其中大部分研究集中在電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，諧波電流檢測方法和控制方法等方面，但是，對于電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器自身的故障的分析與診斷的研究卻很少。然而，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器一旦發(fā)生故障，其故障所導(dǎo)致的后果十分嚴(yán)重，35kv并聯(lián)混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的實際運(yùn)行表明，大多數(shù)故障表現(xiàn)為功率開關(guān)器件及其相關(guān)電路的損壞，比如IGBT，晶閘管這些核心部件及相關(guān)電路的損壞。在這些核心部件發(fā)生故障后，對故障進(jìn)行快速診斷能減少故障損失，因此，很有必要對電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的故障分析與診斷開展研究。與IGBT及其電路相關(guān)的主要故障有(1)橋臂直通故障。當(dāng)某一橋臂上的一個IGBT開始導(dǎo)通時，而另一個因出現(xiàn)故障不能及時關(guān)斷，或是當(dāng)一個IGBT在導(dǎo)通時而另一個因誤觸發(fā)導(dǎo)通，則在該橋臂上出現(xiàn)直通短路的現(xiàn)象。(2)驅(qū)動電路故障。由于空間電磁與地線的干擾以及環(huán)境等因素的影響，可能會造成脈沖發(fā)生器輸出脈沖紊亂，危及到IGBT的正常運(yùn)行。(3)過電壓故障。IGBT導(dǎo)通到關(guān)斷過程中，因主回路電流的急劇變化，導(dǎo)致主回路布線電感感應(yīng)出高電壓，很小的電路電感就可能引起很大的Ldi/dt，從而很容易造成危及 IGBT安全的過電壓。(4)過電流故障。由于IGBT工作在高電壓、大電流的環(huán)境下，而其體積小、熱容量小，當(dāng)有超過額定值的電流流過時，熱量來不及散發(fā)，導(dǎo)致IGBT燒毀。IGBT發(fā)生過電流故障不外乎有兩種情況，一種就是電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器自身的故障，如裝置主元件的老化導(dǎo)致的短路過流、直流電容器短路造成的IGBT橋臂短路以及橋臂直通故障引起的短路過流等等，另一種就是電力系統(tǒng)發(fā)生的故障或擾動引起的IGBT過流。(5)du/dt故障。處于關(guān)斷狀態(tài)下的IGBT，由于與其反并聯(lián)的二極管的恢復(fù)過程， 將承受C-E間電壓的急劇上升。此靜態(tài)的du/dt通在IGBT在集、射極間電容內(nèi)產(chǎn)生電流流向柵極驅(qū)動電路，最壞的情況下使得VeE增加(趨向于VeE(th))并達(dá)到閥值電壓，導(dǎo)致IGBT 被導(dǎo)通，出現(xiàn)直通短路故障。(6)短路故障。在35kv并聯(lián)混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器中，主開關(guān)元件IGBT構(gòu)成的逆變器電路發(fā)生負(fù)載短路或同一橋臂直通故障時，母線電壓直接加在IGBT的C、E端，流過 IGBT的集電極電流會急劇增加，此時如不及時撤除柵極驅(qū)動信號，IGBT必將燒毀。(7)過熱故障。由于IGBT的PN結(jié)的特性與溫度密切相關(guān)，每個IGBT工作溫度不能超過其最高工作結(jié)溫Τ,器件在工作時超過結(jié)溫和功率的最大值，器件的許多特性和參數(shù)都會發(fā)生變化，出現(xiàn)器件永久性燒毀現(xiàn)象。IGBT工作在高電壓、大電流的條件下，在開關(guān)過程中，浪涌電流、反向電流已及過電壓等因素，都會造成IGBT開關(guān)功率損耗過大，引起整個芯片過熱。與晶閘管相關(guān)的故障主要有(1)晶閘管元件故障。晶閘管元件因電壓過高使PN結(jié)被擊穿(短路)，或因電流過大使PN結(jié)被燒斷(開路)。(2)晶閘管非全波導(dǎo)通。無功補(bǔ)償裝置由于電路的負(fù)載為電力電容器，如果電流信號發(fā)生錯誤將會使晶閘管非全波導(dǎo)通。(3)晶閘管缺相導(dǎo)通。因并聯(lián)于電容的放電電阻數(shù)值較大，電壓衰減時間較長，有可能出現(xiàn)3組晶閘管閥中某組不導(dǎo)通的情形即晶閘管缺相導(dǎo)通。因此，對35kV并聯(lián)型混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器進(jìn)行上述故障分析與診斷研究具有重要的意義，可以減少由于設(shè)備故障導(dǎo)致的停機(jī)時間，降低故障率，提高可靠性，防止事故發(fā)生，降低維修費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決并聯(lián)型混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器故障診斷存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種并聯(lián)混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器專家故障分析與診斷方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案包括以下步驟(1)從電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的采樣點采集信號作為故障樣本信號；(2)對采集的故障樣本信號進(jìn)行去噪處理；(3)利用小波包變換對去噪后的故障樣本信號提取能量特征向量；(4)將提取的能量特征向量作為目標(biāo)輸入向量，并同設(shè)定的故障類型輸出向量一起輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，建立故障分類器；(5)將實時采集的故障信號的能量特征向量輸入故障分類器輸入故障分類器，故障分類器將故障信號與故障分類器內(nèi)的各類故障特征進(jìn)行比較，輸出故障診斷結(jié)果。上述的并聯(lián)混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器專家故障分析與診斷方法，對采集的故障樣本信號進(jìn)行去噪處理的具體步驟為(1)對采集的故障樣本信號f(k)做小波變換，得到一組小波系數(shù)Wj,kj，k表示尺度因子，為整數(shù)；(2)通過Wj,k軟、硬閥值函數(shù)進(jìn)行閥值處理，得到估計小波系數(shù)…使得
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器專家故障分析與診斷方法，包括以下步驟(1)從電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的采樣點采集信號作為故障樣本信號；(2)對采集的故障樣本信號進(jìn)行去噪處理；(3)利用小波包變換對去噪后的故障樣本信號提取能量特征向量；(4)將提取的能量特征向量作為目標(biāo)輸入向量，并同設(shè)定的故障類型輸出向量一起輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，建立故障分類器；(5)將實時采集的故障信號的能量特征向量輸入故障分類器，故障分類器將故障信號與故障分類器內(nèi)的各類故障特征進(jìn)行比較，輸出故障診斷結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器專家故障分析與診斷方法，所述步驟O)的具體步驟為(1)對采集的故障樣本信號f(k)做小波變換，得到一組小波系數(shù)，j，k表示尺度因子，為整數(shù)；(2)通過軟、硬閥值函數(shù)進(jìn)行閥值處理，得到估計小波系數(shù)1,使得最(3)利用^rS行小波重構(gòu)，得到估計信號f {k、，即為去噪后的信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器專家故障分析與診斷方法，所述的硬閥值函數(shù)為其中sgn(·)為符號函數(shù)，閥值λ為σ.ΜΝ)，N為離散信號的個數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器專家故障分析與診斷方法，所述步驟(3)的具體步驟為(1)對去噪后的故障樣本信號進(jìn)行η層小波包分解，提取第η層的2"個各頻帶信號特征；(2)對小波包各分解系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，在各自頻段范圍內(nèi)形成重構(gòu)后的信號S；(3)求各頻帶信號的總能量；(4)構(gòu)造能量特征向量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種并聯(lián)混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器專家故障分析與診斷方法。其步驟為從電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的采樣點采集電壓信號作為故障樣本信號；對采集的故障樣本信號進(jìn)行去噪處理；利用小波包變換對去噪后的故障樣本信號提取能量特征向量；將提取的能量特征向量作為目標(biāo)輸入向量，并同設(shè)定的故障類型輸出向量一起輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，建立故障分類器；將實時采集的故障信號輸入故障分類器，故障分類器將故障信號與故障分類器內(nèi)的各類故障特征進(jìn)行比較，輸出故障診斷結(jié)果。本發(fā)明可較為準(zhǔn)確診斷出故障狀態(tài)，從而避免和減少電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器中核心部件發(fā)生故障時造成的損失。
文檔編號G06N3/02GK102567783SQ20121003006
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者劉路, 劉鵬, 周一勇, 周柯, 寧文輝, 楊藝云, 楚紅波, 王凱, 蒙恩, 覃奇, 高立克 申請人:廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院