[發明專利]一種電力電子電路的狀態監測與故障診斷裝置

無效

• 申請號: 201010176043.7
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN101819251A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 裴雪軍;陳宇;聶松松;康勇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R31/302
• 分類號: G01R31/302;G01R33/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明涉及一種電力電子電路技術，具體涉及一種電力電子電路的狀態監測與故障診斷裝置，是一種基于磁場近場輻射的電力電子電路非接觸式狀態監測與故障診斷裝置。

背景技術

隨著電力電子技術的快速發展，以開關電源、UPS電源和變頻電源為代表的電力電子產品在各行各業中得到了廣泛的應用，他們的正常運行對保證電力系統以及工業生產過程中的安全、高效、優質運行十分重大，因而其可靠性、故障診斷與功能重構技術、電磁兼容性都是必須要研究的課題。對電力電子電路進行故障診斷，能及時地發現電路中的異常，判斷故障部位和產生原因，及早采用有效措施，防范于未然；進行電力電子電路故障診斷的另一好處是在冗余系統中切除故障模塊，投入冗余部分，維持整個系統正常運行。

通常所說的電力電子電路故障均指其主電路的故障，雖然電力電子電路的控制電路也可能發生故障，但是相對來說，只要控制電路設計好之后，它發生故障的幾率比主電路發生故障的幾率要小得多。實踐表明，功率器件是電力電子電路中脆弱的一環，絕大多數故障變現為功率器件的開路和短路，尤其是故障瞬間，基本上都是短路性故障。在設計中可以采用增大功率器件額定容量的辦法提高電力電子電路的可靠性，但是這將增大裝置的體積、重量，減小功率密度，加大成本。

早期對于電力電子的故障診斷，大都采用直接測量電壓、電流的方法，根據電壓、電流的波形、幅值和頻譜進行故障診斷；后期由于信號處理技術和人工智能技術的發展，衍生出大量用于電力電子電路的故障診斷方法，如模式識別、專家系統、人工神經網絡等。近年來的發展表明：故障診斷方法已有簡單的信號處理向復雜的人工智能處理方式上發展；診斷系統的組成由模擬電路向集成化、數字化方向發展。但是，一般來說，上述檢測方法都需要測量電力電子電路的電量如電壓和電流，傳感器必須與主電路有物理連接，它們可統稱為接觸式故障診斷法。接觸式故障診斷法對于電力電子變換器，尤其是中、高壓大功率的電力電子變換器，存在著如下難以克服的缺點：

①由于需要電壓電流互感器、霍爾等測量元件，而檢測元件具有寄生參數，檢測電路實際上不能與主電路完全隔離，電磁干擾大，診斷可能出現偏差；

②對于中、高壓大容量變換器，其電壓高、電流大，需要較大的電壓、電流互感器，造價高；

③在主電路中插入電壓、電流傳感器，需改變原電路的電路結構。

④大多數故障診斷方法是針對某個具體電路而提出的，當將它應用另一電路中時，就必須重新構建主電路以及定義故障診斷規則。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述電力電子電路故障診斷的缺點而提供一種電力電子電路的狀態監測與故障診斷裝置，該裝置以磁場信號為檢測對象，從而實現檢測裝置與主電路的自然隔離；對磁場信號所包含的不同分量進行分別處理后再進行綜合判斷，準確度更高；可應用于各種類型的電力電子電路中，通用性更廣。

為達到上述目的，本發明提出的一種電力電子電路的狀態監測與故障診斷裝置，其特征在于，該裝置包括磁場檢測模塊、信號調理模塊、模數轉換模塊和故障診斷模塊；

磁場檢測模塊用于檢測電力電子電路的磁場強度，并將檢測得到的信號轉化為電壓信號后提供給信號調理模塊；

信號調理模塊用于對接收的電壓信號進行放大，提供給模數轉換模塊；

模數轉換模塊用于將放大后的電壓信號進行模數轉換，將模擬信號轉化成數字信號，提供給故障診斷模塊，該數字信號為表征電力電子電路磁場強度的時域信號；

故障診斷模塊用于對接收的數字信號進行分析，得到最終的診斷結論；故障診斷模塊包括時域頻域轉換模塊、綜合診斷模塊和n個特征分類子模塊；n為正整數，表示電力電子電路中所存在的等效磁場源的數量；

時域頻域轉換模塊用于對時域波形進行特征提取，得到n組頻率成分子集，并分別提供給特征分類子模塊；

特征分類子模塊分別對所接收到的頻率成分子集進行分類，得到每組頻率成分子集所對應的分類結果，該分類結果為該組頻率成分子集所對應的等效磁場源具有的一種標準工作狀態；

綜合診斷模塊用于將各個特征分類模塊的分類結果進行進一步的綜合診斷，各分類結果與預先制定的診斷表進行對比，查表得到實際電路的最終診斷結論。

與現有的基于電壓、電流信號的故障診斷技術相比，本發明采用磁場探頭作為測量工具，基于磁場輻射信號進行狀態監測與故障診斷，本裝置具有如下優勢：