[發明專利]一種中壓模塊化多電平變流器故障診斷方法

在審

• 申請號: 202110267772.1
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113159119A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 張莉;馬瑞
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08;G01R31/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜威威;李洪福

1.一種中壓模塊化多電平變流器故障診斷方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：每間隔N個采樣周期采集一次模塊化多電平變流器的各子模塊電容電壓值和各橋臂電流值，同時記錄每個采樣周期模塊化多電平變流器MMC的各子模塊的開關運行狀態數據；

S2：將采集到的模塊化多電平變流器MMC的各子模塊電容電壓值和各橋臂電流值構造成數據集，所述數據集中包括模塊化多電平變流器MMC的子模塊的正常運行狀態數據和故障運行狀態數據；

S3：對模塊化多電平變流器MMC的各子模塊電容電壓值和各橋臂電流值構造成數據集進行特征重構及樣本篩選，得到新的特征值，由新的特征值構成樣本集，將樣本集分為訓練集及測試集，將樣本集根據模塊化多電平變流器運行狀態進行獨熱編碼，得到編碼向量，作為類標簽；

S4:采用神經網絡并基于BP反向傳播算法對訓練集進行參數訓練，得到模塊化多電平變流器故障診斷模型；

S5：將測試集輸入MMC故障診斷模型中，進行模塊化多電平變流器的各子模塊開路故障診斷，通過與類標簽的匹配，得出故障類型。

2.根據權利要求1所述的一種中壓模塊化多電平變流器故障診斷方法，其特征在于：所述對模塊化多電平變流器MMC的各子模塊電容電壓值和各橋臂電流值構造成數據集進行特征重構及樣本篩選，得到新的特征值包括如下步驟：

S3-1:將采集到的子模塊電容電壓、各橋臂電流和記錄的開關狀態數據根據初步樣本集公式構造初步樣本集；

S3-2:根據故障類型篩選樣本，若與電容串聯開關器件發生開路故障，僅保留當故障子模塊的輸入電流小于零時的樣本；若與電容并聯的開關器件發生開路故障，僅保留故障子模塊的輸入電流大于零時的樣本；進而得到新的特征值。

3.根據權利要求1所述的一種中壓模塊化多電平變流器故障診斷方法，其特征在于：所述初步樣本集公式如下：

其中：U_pji(k)表示p相第j個橋臂的第i個子模塊k時刻的電容電壓值；I_pj(k)表示p相第j個橋臂k時刻的電流值；S_pji^g表示p相第j個橋臂的第i個子模塊在k+1-g時刻的開關運行狀態，其中，‘1’為子模塊投入，‘0’為子模塊切除；C_SM為子模塊的電容值，Ts為采樣周期，G_pji表征第p相第j個橋臂的i個子模塊的重構特征值，即初步特征值。

4.根據權利要求1所述的一種中壓模塊化多電平變流器故障診斷方法，其特征在于：所述獨熱編碼的編碼規則如下：

當模塊化多電平變流器為正常狀態時，獨熱編碼的編碼規則為0 0...0 1；

當模塊化多電平變流器為故障狀態時，獨熱編碼的編碼規則如下；

若模塊化多電平變流器故障發生在第p(1，2，3)相第j(1，2)個橋臂的第i(1，2.....,M-1,M)個子模塊，則從最高位起其第(M*(p-1)+M*(j-1)+i)位為‘1’其余位為‘0’；其中，p(1,2,3)分別表征A,B,C三相，j(1,2)分別表征上下橋臂，i(1，2.....，M-1，M)分別表征單一橋臂子模塊編號。

5.根據權利要求1所述的一種中壓模塊化多電平變流器故障診斷方法，其特征在于：所述神經網絡激活函數是sigmoid函數，其輸入為的6M維向量，分別代表6M個子模塊的重構特征，隱藏層有10個單元，輸出層有6M+1個單元，分別代表1個正常工作狀態外加6M個故障位置。

6.根據權利要求1所述的一種中壓模塊化多電平變流器故障診斷方法，其特征在于：所述MMC故障診斷模型包括Softmax分類器；所述Softmax分類器輸出屬于變流器各個狀態的概率值，選擇概率最大所匹配的類標簽，得出故障類型。

7.根據權利要求6所述的一種中壓模塊化多電平變流器故障診斷方法，其特征在于：所述Softmax分類器公式為：

式中，y_i為第i個狀態對應的概率值；m為輸出神經元的個數，即對應變流器的各個狀態。