[发明专利]一种电力电子电路的状态监测与故障诊断装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子电路技术，具体涉及一种电力电子电路的状态监测与故障诊断装置，是一种基于磁场近场辐射的电力电子电路非接触式状态监测与故障诊断装置。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，以开关电源、UPS电源和变频电源为代表的电力电子产品在各行各业中得到了广泛的应用，他们的正常运行对保证电力系统以及工业生产过程中的安全、高效、优质运行十分重大，因而其可靠性、故障诊断与功能重构技术、电磁兼容性都是必须要研究的课题。对电力电子电路进行故障诊断，能及时地发现电路中的异常，判断故障部位和产生原因，及早采用有效措施，防范于未然；进行电力电子电路故障诊断的另一好处是在冗余系统中切除故障模块，投入冗余部分，维持整个系统正常运行。

通常所说的电力电子电路故障均指其主电路的故障，虽然电力电子电路的控制电路也可能发生故障，但是相对来说，只要控制电路设计好之后，它发生故障的几率比主电路发生故障的几率要小得多。实践表明，功率器件是电力电子电路中脆弱的一环，绝大多数故障变现为功率器件的开路和短路，尤其是故障瞬间，基本上都是短路性故障。在设计中可以采用增大功率器件额定容量的办法提高电力电子电路的可靠性，但是这将增大装置的体积、重量，减小功率密度，加大成本。

早期对于电力电子的故障诊断，大都采用直接测量电压、电流的方法，根据电压、电流的波形、幅值和频谱进行故障诊断；后期由于信号处理技术和人工智能技术的发展，衍生出大量用于电力电子电路的故障诊断方法，如模式识别、专家系统、人工神经网络等。近年来的发展表明：故障诊断方法已有简单的信号处理向复杂的人工智能处理方式上发展；诊断系统的组成由模拟电路向集成化、数字化方向发展。但是，一般来说，上述检测方法都需要测量电力电子电路的电量如电压和电流，传感器必须与主电路有物理连接，它们可统称为接触式故障诊断法。接触式故障诊断法对于电力电子变换器，尤其是中、高压大功率的电力电子变换器，存在着如下难以克服的缺点：

①由于需要电压电流互感器、霍尔等测量元件，而检测元件具有寄生参数，检测电路实际上不能与主电路完全隔离，电磁干扰大，诊断可能出现偏差；

②对于中、高压大容量变换器，其电压高、电流大，需要较大的电压、电流互感器，造价高；

③在主电路中插入电压、电流传感器，需改变原电路的电路结构。

④大多数故障诊断方法是针对某个具体电路而提出的，当将它应用另一电路中时，就必须重新构建主电路以及定义故障诊断规则。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述电力电子电路故障诊断的缺点而提供一种电力电子电路的状态监测与故障诊断装置，该装置以磁场信号为检测对象，从而实现检测装置与主电路的自然隔离；对磁场信号所包含的不同分量进行分别处理后再进行综合判断，准确度更高；可应用于各种类型的电力电子电路中，通用性更广。

为达到上述目的，本发明提出的一种电力电子电路的状态监测与故障诊断装置，其特征在于，该装置包括磁场检测模块、信号调理模块、模数转换模块和故障诊断模块；

磁场检测模块用于检测电力电子电路的磁场强度，并将检测得到的信号转化为电压信号后提供给信号调理模块；

信号调理模块用于对接收的电压信号进行放大，提供给模数转换模块；

模数转换模块用于将放大后的电压信号进行模数转换，将模拟信号转化成数字信号，提供给故障诊断模块，该数字信号为表征电力电子电路磁场强度的时域信号；

故障诊断模块用于对接收的数字信号进行分析，得到最终的诊断结论；故障诊断模块包括时域频域转换模块、综合诊断模块和n个特征分类子模块；n为正整数，表示电力电子电路中所存在的等效磁场源的数量；

时域频域转换模块用于对时域波形进行特征提取，得到n组频率成分子集，并分别提供给特征分类子模块；

特征分类子模块分别对所接收到的频率成分子集进行分类，得到每组频率成分子集所对应的分类结果，该分类结果为该组频率成分子集所对应的等效磁场源具有的一种标准工作状态；

综合诊断模块用于将各个特征分类模块的分类结果进行进一步的综合诊断，各分类结果与预先制定的诊断表进行对比，查表得到实际电路的最终诊断结论。

与现有的基于电压、电流信号的故障诊断技术相比，本发明采用磁场探头作为测量工具，基于磁场辐射信号进行状态监测与故障诊断，本装置具有如下优势：