[發明專利]一種基于小波分析和SVM的逆變器故障診斷方法

有效

• 申請號: 201510367945.1
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN105095566B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 陳復揚;金林強;唐春萍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明涉及一種基于小波分析和SVM的逆變器故障診斷方法，首先建立二極管NPC三電平逆變器模型并確定分類原則，將逆變器無故障時的交流輸出側3個相電壓Ua、Ub、Uc與每種故障時的交流輸出側3個相電壓進行相減，得到ΔUa、ΔUb、ΔUc，然后對ΔUa、ΔUb、ΔUc進行d?q變換，將三相變為兩相，得到Ud和Uq，并利用小波變換對Ud和Uq進行分析；其次對Ud、Uq經小波變換后的各頻帶信號分別進行能量提取，確定故障特征向量，以此建立數據樣本；最后利用MATLAB軟件和LIBSVM工具箱建立多值分類器，從而實現二極管NPC三電平逆變器交叉雙相橋的故障診斷。

技術領域

本發明涉及電力電子裝置故障診斷領域，尤其是一種基于小波分析和SVM的逆變器故障診斷方法。

背景技術

多電平變換器是一種通過改變變換器自身拓撲結構來實現高壓大功率輸出的新型變換器，它無需升降壓電路和均壓電路。與二電平逆變器相比，多電平逆變器具有功率開關電壓應力低、功率器件串聯均壓、輸出電壓波形諧波含量低、電磁干擾問題小、開關損耗小和工作效率高等優點，因而這種結構的逆變器在高電壓、大電流、大功率領域應用廣泛，如上海磁懸浮列車以及和諧號CRH列車等等。在多電平變換器中最典型的是二極管NPC(Neutral Point Clamped)三電平逆變器，其電路原理圖如圖1所示。

然而，二極管NPC三電平逆變器較二電平逆變器使用了更多的開關器件，電路結構和控制更加復雜，這使得電力電子設備的故障增多，系統的可靠性大大降低。多電平一旦發生故障，輕則造成企業工廠停產，重則造成災難性事故，給社會造成巨大損失與影響。因此盡早發現電路的故障對于提高二極管NPC三電平逆變器的工作可靠性具有重大意義。

基于數據驅動的思想，利用逆變系統運行過程中不斷產生著反應運行機理和狀態的數據，通過適當有效的分析和提取，可以快速實現逆變系統的故障檢測與識別，這比傳統的只靠人工檢測和維修去定位故障有效率得多。

小波變換是20世紀80年代中期發展起來的一種時頻分析方法，比DCT(DiscreteCosine Transform)這樣的傅里葉變換的性能更優越，具有多分辨分析功能，被譽為數學顯微鏡。SVM是一種基于統計學習理論的機器學習算法，逆變器復合故障診斷屬于多值分類問題。多值分類問題也是SVM研究的一個重要方向。

發明內容

針對上述背景技術的不足，本發明的目的是提供一種基于小波分析和SVM的逆變器故障診斷方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于小波分析和SVM的逆變器故障診斷方法，包括如下步驟：

步驟一，建立二極管NPC三電平逆變電路的模型，僅考慮交叉雙相橋同時兩只IGBT功率管的開路故障的情況，并將故障類型進行分類；

步驟二，通過仿真軟件分別獲得無故障和所述故障條件下交流輸出側的三個相電壓Ua、Ub、Uc，將逆變器無故障時的交流輸出側3個相電壓與每種故障時的交流輸出側3個相電壓進行相減，得到各故障條件時交流輸出側的三個相電壓差值ΔUa、ΔUb、ΔUc，然后對所述差值ΔUa、ΔUb、ΔUc進行d-q變換，得到Ud和Uq，選取小波基函數db3分別對各故障下的Ud、Uq進行6層的小波分解，提取各個頻段下的信號；

步驟三，計算步驟二獲得的Ud、Uq小波分解后的各頻段的能量，提取各個故障下的Ud、Uq的能量特征，構造特征向量；

步驟四，獲取數據樣本；根據步驟一劃分故障種類和步驟三獲得的所有故障的特征向量，從不同種類中各選擇一個作為樣本，并分別對選擇的故障特征向量添加5％的隨機噪聲，每類故障選取若干組樣本，得到故障樣本；

步驟五，根據步驟四獲得的故障樣本，將其輸入至處理器中，并利用處理器對所述故障樣本進行分類，建立針對各種故障的數據模型，在后期出現故障時直接調取故障數據進行比對，判斷故障類型。