[發明專利]基于小波變換和Wigner-Ville分布的整流柜故障診斷方法

無效

• 申請號: 200910068299.3
• 申請日: 2009-03-30
• 公開（公告）號: CN101520643A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 方紅偉;許衛;肖朝霞;張宇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05B13/00
• 分類號: G05B13/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 江鎮華

技術領域

本發明屬于水電解制氫控制技術領域，具體涉及一種水電解制氫整流柜故障診斷方法。

背景技術

電解整流柜是水電解制氫系統的重要裝置之一，對安全可靠的制氫生產具有重要意義。其作用是將交流電改變為直流電。小容量(一般100KVA以下)的可將整流變壓器內置于整流柜內。水電解裝置整流方案有可控硅整流和硅整流兩種。雖然隨著電力電子等技術的發展，整流柜的可靠性越來越高，但是仍然存在變壓器故障、晶閘管故障、傳感器故障和控制回路故障等不同類型故障。雖然目前電解整流柜故障檢測方法已包括直接波形分析、譜分析和基于神經網絡等故障診斷方法，但最常用的故障診斷方法仍是用單蹤示波器測試整流柜的直流輸出波形，用鉗形表測試變壓器的交流波形等常規巡視法。其檢修常規做法通常是按照檢修程序先檢修主回路，后檢修控制回路。但回路中某一節點出現故障，往往表現出許多點故障，使判斷變難，修理復雜，需要維修的時間較長，現場操作效果往往不好。所以在整流柜維修特別是應急情況下需要簡化維修過程，建立新的在線故障診斷方法，從而快速恢復水電解制氫系統的運行。

發明內容

本發明針對現有水電解制氫整流柜故障診斷方法簡單、耗時長和可靠性不高等問題，提出了一種基于小波變換和Wigner-Ville分布的信號分析方法，實現對水電解制氫整流柜故障的在線診斷，可大大提高現有水電解制氫整流柜故障診斷的正確率、可靠性以及維修水平，從而保證水電解制氫設備更加安全可靠的工作。為此，本發明采用如下的技術方案：

一種基于小波變換和Wigner-Ville分布的整流柜故障診斷方法，將提取的整流柜輸出的直流電信號，直接送至分布式I/O，然后通過現場總線轉發到PLC控制站，最終傳送到本地監控站，在本地監控站上實現如下的直流信號分析：

(1)根據直流電信號中的故障信號所在頻段，選擇小波分解層數n；

(2)選用db1和db3作為小波母函數，并分別做n-1層多分辨率分解，把直流電信號中的故障信號分解成m個序列，每個序列只有一個組分；

(3)對每個組分進行Wigner-Ville分布分析，再把各個序列Wigner-Ville分布組合形成直流電信號中的故障信號的時頻分布，實現直流電信號的多尺度在線分析。

本發明具有如下的技術效果：

(1)采用新型時頻分析策略——基于小波變換和Wigner-Ville分布的信號分析方法，實現水電解制氫整流柜故障的非侵入式在線診斷與分析，提高了故障診斷的水平與可靠性。

(2)通過現場總線與工業以太網相結合的混合網絡控制技術，實現了水電解制氫整流柜故障的微機檢測與分析，為其實時保護與預測維修的實現奠定了基礎。

(3)能實現故障信號的多尺度分析和故障信號的三維Wigner-Ville分布圖直觀表示。

(4)故障檢測策略方法簡單，所需工具少，能快速實現相關故障的檢測與診斷，從而大大提高水電解整流柜及其控制系統的可靠性，保證制氫設備長期安全運行。

(5)水電解制氫系統中的其他功能和其他水電解制氫系統可被很好地增加到現有網絡拓撲中來，實現“即插即用”式功能。

附圖說明

圖1為水電解制氫整流柜原理框圖。

圖2是整流柜故障檢測方案圖。

圖3是基于小波變換的Wigner-Ville時頻分析策略框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳述。

圖1為一水電解制氫整流柜原理圖，本實施例研究對象為輸入為380V/114A、輸出為1012A/53V水電解制氫整流柜。

為了解決圖1所示的水電解制氫整流柜在故障分析與診斷中目前存在的問題，本發明提供了一種基于網絡控制的在線水電解制氫整流柜故障檢測方案，水電解制氫制氫整流柜故障診斷系統主要由整流柜、電流采樣傳感器、PLC分布式I/O，PLC控制站、本地監控站等部分組成，其基本結構如圖2所示。

本發明提出如圖3所示的基于小波變換和Wigner-Ville分布的信號分析策略，并將其應用在整流柜的故障診斷中，實現對整流柜故障的及時分析與處理，減少了制氫設備的停機時間和維修費用。

以整流柜輸出直流電流為采樣信號，直接將其模擬信號傳送至分布式I/O(ET200)，然后采用PROFIBUS-DP總線將其傳送至PLC控制站，最后再由工業以太網將其傳送至本地監控站進行時頻分析，實現水電解制氫設備整流柜故障的實時監控。