基于多頻段歪度分析的微網(wǎng)逆變器自適應故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電網(wǎng)故障診斷領(lǐng)域，特別涉及一種基于多頻段歪度分析的微網(wǎng)逆變 器自適應故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人們對能源質(zhì)量要求的不斷提高，微電網(wǎng)技術(shù)也越來越受到重視。逆變器的 可靠性是微電網(wǎng)正常運作的基礎(chǔ)保障。逆變器的故障會影響系統(tǒng)許多其它組件的正常工 作，導致電能輸出的不穩(wěn)定以及很多不良影響。因此，微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的故障診斷在維持 系統(tǒng)正常運行和降低經(jīng)濟損失方面有著重要的意義。
[0003] 雖然現(xiàn)有相關(guān)逆變器故障診斷方法多種多樣，但仍存在很多的不足：很多逆變器 故障診斷方法中大多針對逆變器開路故障的診斷，這主要因為很難實現(xiàn)短路故障的診斷和 分類。短路故障往往特征值不是特別明顯，這也主要受限于很多方法的分辨精度問題。另 一方面，基于各種算法的相關(guān)故障診斷方法是需要根據(jù)具體系統(tǒng)診斷情況，設(shè)定算法的相 關(guān)閥值，這類方法往往過于理想化，難以精確的實現(xiàn)故障診斷，而且如果像新型微電網(wǎng)中的 逆變器，開關(guān)多，具有故障診斷針對性的算法很難實現(xiàn)全面的故障診斷設(shè)計，應用范圍非常 局限。專家系統(tǒng)類的故障診斷方法，需要詳細的各種故障類別特征值，實際操作起來非常困 難，且很難實現(xiàn)精度較高的分辨效果。由此可見，現(xiàn)有逆變器的相關(guān)故障診斷方法存在著很 多問題。
[0004] 多種多樣的現(xiàn)有故障診斷方法，大體可分為基于數(shù)據(jù)和基于模型的。早期的相關(guān) 研究大多是基于模型的，根據(jù)數(shù)學表達式研究相關(guān)特性以及故障情況，并通過數(shù)學手段進 行相關(guān)的故障檢測和故障恢復。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展、新型電網(wǎng)種類的不斷增多、規(guī)模 的不斷擴大和需求側(cè)的不可預測性，電網(wǎng)的數(shù)學模型很難精確的被構(gòu)建，更難以通過精確 的數(shù)學方式去實現(xiàn)故障的診斷和恢復。因此基于數(shù)據(jù)的診斷方法受到更多的關(guān)注，它是一 種基于數(shù)據(jù)條件下，根據(jù)一定的算法對信號數(shù)據(jù)進行分析實現(xiàn)故障的診斷與分類問題，其 更具有一定的實際操作意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種基于多頻段歪度分析的微網(wǎng)逆變器自 適應故障診斷方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：
[0007] -種基于多頻段歪度分析的微網(wǎng)逆變器自適應故障診斷方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :從微電網(wǎng)獲得經(jīng)濾波采樣后的三相電流信號；
[0009] 步驟2 :基于能量分析的方法對三相電流信號進行分解與重構(gòu)，得到多層次、不同 頻段的分解信號；
[0010] 步驟2. 1 :初步確定微電網(wǎng)逆變器正常狀態(tài)下，三相電流信號的應分解層數(shù)J; [0011] 設(shè)三相電流信號的采樣頻率為fs，則將微電網(wǎng)三相電流信號分解為多層次的分解 信號時，第j層分解信號對應的頻率帶寬為[2 (]+1)fs，2 ]fs];如果微電網(wǎng)逆變器正常狀態(tài) 下，系統(tǒng)輸出的三相電流信號的頻率f，且正好處于三相電流采樣信號第Μ層分解信號對應 的頻率帶寬[2 (M+1)fs，2Mfs]之中，則可確定此時三相電流信號的主要能量分布在第Μ層中， 從而初步確定三相電流信號的應分解層數(shù)J=Μ;
[0012] 步驟2. 2 :采用基于離散小波變換的多分辨率分析方法對微電網(wǎng)三相電流信號進 行J層的分解，得到微電網(wǎng)三相電流信號在不同層次的分解系數(shù)；
[0013] 步驟2. 3:對每層的分解系數(shù)分別進行重構(gòu)得到電網(wǎng)三相電流信號的J個頻段的 分解信號；
[0014] 步驟2. 4:確定三相電流信號在上述J層的能量分布情況；
[0015] 首先分別從微電網(wǎng)獲得經(jīng)濾波采樣后的一組開關(guān)管的不同狀態(tài)下的三相電流信 號；然后按照步驟2. 2和步驟2. 3的方法分別將本步驟所采樣的三相電流信號進行J層分 解和重構(gòu)得到相應的分解信號；再計算各分解信號的能量值，進而確定該組開關(guān)的不同狀 態(tài)下的三相電流信號的能量分布情況；
[0016] 步驟2. 5 :從層數(shù)Μ開始逐層增加分解層數(shù)，并按照步驟2. 2和步驟2. 3的方法得 到新增加的分解信號，再按照步驟2. 4的方法計算出新增加的分解信號的能量值，進而確 定出增加分解層數(shù)后的三相電流信號的能量分布情況，直到獲得最優(yōu)分解層數(shù)J%進而確 定三相電流信號的最終分解層數(shù)J=r;
[0017] 從Μ層開始逐層增加分解層數(shù)，并按照步驟2. 2和步驟2. 3的方法得到新增加的 分解信號，再按照步驟2. 4的方法計算出新增加的分解信號的能量值；當分解到第Γ層時， 若在微網(wǎng)逆變器中所有開關(guān)的不同狀態(tài)下的第Γ層的信號能量值總數(shù)小于微網(wǎng)逆變器中 所有開關(guān)的不同狀態(tài)下的第Γ-1層的信號能量值總數(shù)，且三相電流信號的主要能量分布在 JM層時，則將第Γ層確定為最優(yōu)分解層數(shù)，進而確定三相電流信號的最終分解層數(shù)J= J*;
[0018] 步驟3 :計算各頻段對應的分解信號的歪度特征值；
[0019] 步驟4:以各分解信號的歪度特征值為輸入，以微網(wǎng)逆變器故障診斷結(jié)果為輸出， 建立并訓練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
[0020] 步驟5 :利用訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行微網(wǎng)逆變器自適應故障診斷。
[0021] 本發(fā)明的原理為：本發(fā)明立足信號特征在故障前后不同頻段內(nèi)的變化，基于離散 小波多分辨率分析方法提取不同頻段、多層次的三相電流分解系數(shù)，并通過重構(gòu)獲得故障 檢測信號（三相電流信號）不同頻段、多層次的分解信號，并通過能量分析方法確定最優(yōu)分 解層數(shù)。然后分別對不同頻段的多層次分解信號進行歪度分析，得到各分解信號的歪度特 征值來表示各分解信號因故障而發(fā)生的扭曲程度。最后以三相電流信號不同頻段各分解信 號的歪度特征值為輸入，以微網(wǎng)逆變器故障診斷結(jié)果為輸出，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)微網(wǎng) 逆變器自適應故障診斷。
[0022] 本發(fā)明的有益效果：
[0023] 1.通過基于離散小波多分辨率分析方法對三相電流信號進行多層次的分解和重 構(gòu)獲得三相信號不同頻段的詳細分解信號，可以體現(xiàn)出信號在不同頻段發(fā)生的信號變化規(guī) 律，可以進一步提高微網(wǎng)逆變器故障診斷識別能力，并且，通過信號的能量分析方法，針對 具體的電網(wǎng)故障信號，在提高診斷識別精度的前提下，盡量減少不必要的分解層數(shù)，降低計 舁里；
[0024] 2.對不同頻段、多層次的分解信號進行歪度程度的分析，能夠體現(xiàn)由故障引起的 三相電流信號在不同頻段的扭曲變化程度。而且所提取的多層次三相電流信號歪度特征 值，在不同的逆變器開關(guān)狀態(tài)下的變化是明顯的，因此可以非常出色的體現(xiàn)出不同逆變器 開關(guān)故障帶來的信號變化程度；
[0025] 3.建立的以各分解信號的歪度特征值為輸入和以微網(wǎng)逆變器故障診斷結(jié)果為輸 出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)微網(wǎng)逆變器自適應故障診斷，不用設(shè)定閥值，更加有利于實際 操作使用，且相對精度較高，能很好地進行微電網(wǎng)逆變器開關(guān)故障的診斷與定位。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明一種實施方式的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明一種實施方式的基于多頻段歪度分析的微網(wǎng)逆變器自適應故障診 斷方法流程圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明一種實施方式的電流信號Iac]經(jīng)過離散小波變換的分解得到不同層 次的分解系數(shù)的過程示意圖；
[0029] 圖4本發(fā)明一種實施方式的結(jié)構(gòu)為33-23-13的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖；
[0030] 圖5本發(fā)明一種實施方式三相電流信號經(jīng)分解和重構(gòu)后的11層分解信號圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細的說明。
[0032] 本實施方式以圖1所示的微電網(wǎng)逆變器開關(guān)故障為例詳細說明本實施方式的基 于多頻段歪度分析的微網(wǎng)逆變器自適應故障診斷方法。圖1為微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意