[发明专利]基于红外热成像技术的多电平逆变器故障诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于红外热成像技术的多电平逆变器故障诊断方法，其获取多电平逆变器工作时的红外热成像图像；然后对红外热成像图像中截取的有效矩形部分进行背景去除，得到热点图像；接着对热点图像转换成的灰度图像进行分割处理，得到多幅矩形灰度热点图像；之后提取出每幅矩形灰度热点图像中的最热点，并将最热点的灰度温度值转换为真实温度值；再根据每幅矩形灰度热点图像中的最热点的真实温度值及其绝对误差和相对误差的归一化值，计算综合评价指标；最后根据每幅矩形灰度热点图像的综合评价指标，确定对应的开关器件是否出现了故障；优点是诊断结果能够精确定位到具体的开关器件，且其无需电压或电流或电压和电流作为故障诊断的参数。

主权项

1.一种基于红外热成像技术的多电平逆变器故障诊断方法，其特征在于包括以下步骤：步骤①：获取待故障诊断的二极管NPC三电平逆变器在工作时的红外热成像图像，记为S_org；步骤②：从S_org中截取出包含所有开关器件的有效矩形部分，作为待处理图像，并记为S_α，其中，S_α的宽度为W，且高度为H；步骤③：对S_α进行背景去除处理，得到热点图像，记为S_RGB，其中，S_RGB中包含有多个热点区域，每个热点区域对应待故障诊断的二极管NPC三电平逆变器中的一个开关器件；步骤④：将S_RGB转换成灰度图像，记为S_gray，并将S_gray中与S_RGB中的每个热点区域对应的灰度区域定义为灰度热点区域；步骤⑤：对S_gray进行分割处理，得到多幅矩形灰度热点图像，将第n幅矩形灰度热点图像记为S_n，S_n中包含一个灰度热点区域，其中，1≤n≤N，N表示对S_gray进行分割处理得到的矩形灰度热点图像的总幅数；步骤⑥：提取出每幅矩形灰度热点图像中的最热点，对于S_n，S_n中的最热点为S_n中像素值最大的像素点；然后将每幅矩形灰度热点图像中的最热点的像素值作为该最热点的灰度温度值，将S_n中的最热点的灰度温度值记为T_n,gray；其中，T_n,gray∈[0,255]；步骤⑦：将每幅矩形灰度热点图像中的最热点的灰度温度值转换为真实温度值，将S_n中的最热点的真实温度值记为T_n,real；然后计算每幅矩形灰度热点图像中的最热点的真实温度值的绝对误差和相对误差，将T_n,real的绝对误差和相对误差对应记为ΔT_n和ΔT_n,r；接着对每幅矩形灰度热点图像中的最热点的真实温度值及其绝对误差和相对误差进行归一化处理，得到每幅矩形灰度热点图像中的最热点的真实温度值及其绝对误差和相对误差各自的归一化值，将T_n,real、ΔT_n和ΔT_n,r各自的归一化值对应记为T_{n,real‑norm}、ΔT_n,norm和ΔT_n,r‑norm；其中，T_{n,real‑norm}∈[0,1]，ΔT_n,norm∈[0,1]，ΔT_n,r‑norm∈[0,1]；所述的步骤⑦中，ΔT_n＝T_n,real‑T_ref，其中，T_max表示S_gray中的最大像素值，T_min表示S_gray中的最小像素值，T_ref表示二极管NPC三电平逆变器在正常工作时的参考温度值；步骤⑧：计算每幅矩形灰度热点图像的综合评价指标，将S_n的综合评价指标记为F_n，F_n＝f₁×ΔT_n,norm+f₂×ΔT_n,r‑norm+f₃×T_{n,real‑norm}；然后根据每幅矩形灰度热点图像的综合评价指标，确定每幅矩形灰度热点图像所对应的开关器件是否出现了故障，对于F_n，判断F_n是否小于或等于设定的故障诊断阈值，如果是，则确定S_n所对应的开关器件未出现故障；否则，确定S_n所对应的开关器件出现了故障；其中，f₁为ΔT_n,norm的权重系数，f₂为ΔT_n,r‑norm的权重系数，f₃为T_{n,real‑norm}的权重系数，f₁+f₂+f₃＝1。