王海東 大連國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司

引言

電力電子設(shè)備的使用，既提高了企業(yè)的生產(chǎn)能力，又促進(jìn)了行業(yè)的快速發(fā)展。例如，機(jī)場(chǎng)作為航空公司和旅客之間的有效平臺(tái)，相應(yīng)的電力電子設(shè)備隨發(fā)展的變遷也不斷更新?lián)Q代，航站樓內(nèi)的電子系統(tǒng)和設(shè)備數(shù)量越來越多，復(fù)雜程度越來越高，設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)性也越來越強(qiáng)，一旦某個(gè)電子或電力設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，若沒有及時(shí)準(zhǔn)確地定位故障區(qū)域，處理故障設(shè)備，很可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)場(chǎng)癱瘓，造成大面積航班延誤，這是民航運(yùn)輸保障所不能接受的，所以對(duì)電力電子設(shè)備故障的診斷與維護(hù)就變得異常重要。

1 對(duì)電力電子電路智能故障診斷的研究作用和意義

在使用過程中，電力電子元件出現(xiàn)故障是經(jīng)常的，這些故障往往會(huì)產(chǎn)生很多不可控的影響。電子元件是設(shè)備中的核心要素，一旦電子元件出現(xiàn)了問題就會(huì)影響整個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至一些高危行業(yè)中，還會(huì)對(duì)工作人員的人身安全構(gòu)成威脅，所以，對(duì)電力電子電路智能故障技術(shù)的研究非常有必要。電力電子電路智能故障診斷技術(shù)研究的目的，就是能夠在設(shè)備出現(xiàn)問題之前及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題，預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢(shì)，并及時(shí)的采取補(bǔ)救措施和方案，防止故障惡化，第一時(shí)間解決問題。這樣就會(huì)減少對(duì)企業(yè)正常生產(chǎn)帶來的影響，很大程度上增強(qiáng)企業(yè)的運(yùn)行生產(chǎn)保障能力和提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 電力電子電路故障診斷的難點(diǎn)

一是非線性故障診斷，這是電力電子電路故障診斷的難點(diǎn)之一。因?yàn)閷?duì)于電力電子設(shè)備中的非線性故障的處理，是無法建立起緊缺的數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行故障處理的。二是常用的電力電子電路測(cè)試節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)輸出負(fù)載電壓，而僅靠設(shè)備的輸出電壓難以對(duì)電路故障做出具體的診斷或是根本不能診斷。而如果增加電力電子電路的測(cè)試節(jié)點(diǎn)又會(huì)提高電路的復(fù)雜性，并對(duì)負(fù)載輸出的電壓產(chǎn)生交叉影響，進(jìn)一步加大了故障診斷的難度。三是由于電力電子電路故障信息出現(xiàn)的時(shí)間非常特殊，只是在故障發(fā)生后與停電前的幾十毫秒內(nèi)存在，所以，應(yīng)該對(duì)電力電子電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，這就需要增加成本投入。

3 電子電力電路智能故障診斷的方法

電子設(shè)備對(duì)問題的智能檢測(cè)維護(hù)有兩種方式，即故障信息檢測(cè)和故障檢測(cè)。故障信息檢測(cè)是通過使用有關(guān)技術(shù)查明出現(xiàn)問題的一些數(shù)據(jù)資料，以及繼續(xù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的研究，進(jìn)而為接下來的問題的維護(hù)做出參考與建議。故障信息的檢測(cè)是故障檢測(cè)的基礎(chǔ)，可以發(fā)現(xiàn)故障的位置與出現(xiàn)的原因，有助于相關(guān)人員最快的發(fā)現(xiàn)問題并維護(hù)。在進(jìn)行電子設(shè)備的智能故障檢測(cè)時(shí)，會(huì)有很多的檢測(cè)方式，有時(shí)會(huì)共同使用多種方式，這樣可以更加智能的對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

3.1 頻譜分析法

此類方法是在傅里葉變換的檢測(cè)方式基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展，此方法是在訊號(hào)源發(fā)出的信號(hào)分析的基礎(chǔ)上，經(jīng)過一段時(shí)間的轉(zhuǎn)化變成單一的信息波的一種方式，這種技術(shù)對(duì)維護(hù)檢測(cè)電子設(shè)備具有極大的優(yōu)勢(shì)，能夠把復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，減少不必要的工作程序，但是在方便的同時(shí)也有一些缺陷，因?yàn)檫@種技術(shù)的范圍比較小，不能普遍運(yùn)用。

3.2 小波分析法

小波分析方法是目前電力電路電子故障的檢測(cè)中最普遍的方案之一，此類方法具有極高的準(zhǔn)確率與效率，在很多場(chǎng)合得到利用，許多故障檢測(cè)時(shí)，相關(guān)專業(yè)人員會(huì)優(yōu)先考慮此方法，并與其它方法進(jìn)行結(jié)合使用，這樣可以大大避免了診斷錯(cuò)誤與簡(jiǎn)化了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。此類分析方法具有精度高、通用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。

3.3 專家系統(tǒng)診斷的方法

專家系統(tǒng)診斷就是把計(jì)算機(jī)技術(shù)和專家的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來，設(shè)計(jì)出一套人工智能系統(tǒng)，去解決電力電子電路中的系統(tǒng)故障問題。專家系統(tǒng)診斷方法能夠把經(jīng)驗(yàn)性的知識(shí)進(jìn)行形式化描述，有利于把領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗(yàn)進(jìn)行推廣。同時(shí)還結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，把領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)變得更加靈活、適用。專家系統(tǒng)診斷中的計(jì)算機(jī)推理和領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗(yàn)是動(dòng)態(tài)的，可重寫增刪，可以結(jié)合其它診斷方法，構(gòu)成知識(shí)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序，擁有人機(jī)聯(lián)診功能，充分發(fā)揮了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的主觀能動(dòng)性，并能逐步積累經(jīng)驗(yàn)日趨完善，因此是很有生命力的故障診斷法。

3.4 故障字典法

把一組典型的測(cè)量特征值和故障值以一定的表格形式存放，通過比較測(cè)量值和特征值，判斷故障。先用計(jì)算機(jī)對(duì)電路正常狀態(tài)和所有硬故障狀態(tài)模擬，建立故障字典。然后對(duì)端口測(cè)試進(jìn)行分析，以識(shí)別故障，即將選定節(jié)點(diǎn)上測(cè)出的電壓與故障字典中電壓比較，運(yùn)用某些隔離算法查出對(duì)應(yīng)故障。

故障字典法對(duì)于模擬電路和數(shù)字電路故障診斷具有很大的實(shí)用價(jià)值，但字典法只能解決單故障診斷，多故障的組合數(shù)大，在實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)。

3.5 殘差法

殘差法是一種基于解析模型的故障診斷方法。即通過研究實(shí)際系統(tǒng)與參考模型特征輸出量間的殘差來進(jìn)行電力電子裝置主電路在線故障診斷和故障定位的過程。該方法同樣適用于逆變器主電路的故障診斷，參考模型法用于電力電子電路的故障診斷具有檢測(cè)量少、判據(jù)簡(jiǎn)單且與輸出大小無關(guān)的特點(diǎn)。特別是在復(fù)雜電力電子電路的故障診斷中該法的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

3.6 Petri 網(wǎng)建模法

Petri 網(wǎng)（Petri Net）是1962 年由德國(guó)數(shù)學(xué)家Carl Adam Petri提出的一種通用數(shù)學(xué)模型，以描述系統(tǒng)中各條件與事件之間的關(guān)系為基礎(chǔ)，用網(wǎng)絡(luò)來表示系統(tǒng)中同時(shí)發(fā)生、次序發(fā)生或循環(huán)發(fā)生的各種行為，是描述并行、異步、離散非線性數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模型。Petri 網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及執(zhí)行規(guī)則是用圖形直觀表示，同時(shí)可以用矩陣運(yùn)算表述，對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)不同的故障問題的不確定性、模糊性和關(guān)聯(lián)性都可進(jìn)行定性和定量的分析，所以Petri 網(wǎng)是研究和模擬系統(tǒng)狀態(tài)變化、運(yùn)行特性和細(xì)節(jié)變換的有效方法，也是一種離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、研究分析和專業(yè)設(shè)計(jì)的理想工具。

4 電力電子電路智能故障診斷的具體應(yīng)用

4.1 模擬安全的電路環(huán)境

電力電子電路的智能故障檢測(cè)技術(shù)在逐漸的發(fā)展中得到完善，繼而在更合適的情況中得以運(yùn)用，同時(shí)也解決了很多之前遇到卻無法解決的問題，對(duì)電子系統(tǒng)維護(hù)的研究與利用起到了很大的推動(dòng)效果。因此，在設(shè)計(jì)新電路和元器件時(shí)，可以先模擬安全狀態(tài)，依照模擬的成果進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)與改進(jìn)，從而可以設(shè)計(jì)出更完整的電路與相關(guān)設(shè)備。

4.2 建立完整可靠的中心

在電子電路的維護(hù)或檢測(cè)過程中會(huì)產(chǎn)生很多種故障現(xiàn)象，相關(guān)故障的產(chǎn)生問題與修復(fù)對(duì)于電子系統(tǒng)的使用會(huì)起到非常重要的作用，在檢測(cè)與維護(hù)過程中可以記錄相關(guān)資料與數(shù)據(jù)，建立一個(gè)專業(yè)科學(xué)的數(shù)據(jù)中心和專家系統(tǒng)。

5 結(jié)語

綜上所述，電力電子電路故障診斷技術(shù)的深入研究是意義深遠(yuǎn)的，同時(shí)也要在各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮極其重要的作用。這就要求我們?cè)趯?shí)際的診斷過程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，利用新理論，研究新技術(shù)和歸納新方法來提高電子設(shè)備的穩(wěn)定性，對(duì)電子設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行中的故障進(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)，診斷和排故，保證設(shè)備系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。