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电动汽车驱动 三电平 故障诊断 ★ 5.0

基于白噪声注入数据增强的三电平NPC逆变器开路故障鲁棒诊断方法

Robust Open-Switch Fault Diagnosis of Three-Level NPC Inverters Based on Data Augmentation With White Noise Injection

作者 Jiwon Jung · Dyan Puspita Apsari · Dong-Choon Lee
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年10月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 三电平 故障诊断
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 三电平中点钳位逆变器 一维卷积神经网络 故障诊断 数据增强 深度学习模型
语言:

中文摘要

本文提出了一种基于一维(1-D)卷积神经网络(CNN)的三电平中性点钳位逆变器实时故障诊断新方法。该方法将数据增强技术应用于仿真数据,提升了深度学习模型的泛化能力。这使得故障诊断模型即使在未经训练的系统条件下也具有较高的鲁棒性。在这种情况下,应用采用数据增强的一维卷积神经网络模型的性能优于未加入白噪声的相同模型,准确率最高可提高1.71%。此外,与使用实验数据训练的深度学习模型相比,使用经过数据增强的仿真数据训练的深度学习模型表现更佳。所提出的方法已通过离线测试仿真和实时深度学习算法实验得到验证。

English Abstract

This article proposes a novel real-time fault diagnosis approach for three-level neutral-point-clamped inverters based on a one-dimensional (1-D) convolutional neural network (CNN). The proposed method incorporates data augmentation into simulation data, enhancing the generalization capabilities of deep learning models. This allows fault diagnostic models to have high robustness even in untrained system conditions. In such scenarios, the application of 1-D CNN models with data augmentation surpasses the performance of the same models without the incorporation of white noise, resulting in accuracy improvements of up to 1.71%. Furthermore, deep learning models trained on simulation data with data augmentation give a better performance when compared to those trained using experiment data. The proposed method has been verified through simulation with offline testing and experimentation with real-time deep learning algorithms.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于一维卷积神经网络的三电平NPC逆变器开路故障诊断技术具有重要的战略价值。三电平NPC拓扑结构是我司大功率光伏逆变器和储能变流器的核心技术架构,该诊断方法直接契合我们在1500V及以上系统、集中式逆变器和大型储能PCS产品线的技术需求。

该技术的核心创新在于通过白噪声注入实现数据增强,使深度学习模型在未经训练的系统工况下仍保持高鲁棒性。这对阳光电源具有三重价值:首先,可显著提升产品的故障预警能力,将传统事后维护转变为预测性维护,这对我们在全球部署的数百GW装机容量而言,能大幅降低运维成本和系统停机损失;其次,该方法基于仿真数据训练即可获得优于实验数据的性能,这将加速我们新产品的开发周期,减少昂贵的实验验证成本;第三,实时诊断能力可与我们的iSolarCloud智慧能源管理平台深度集成,增强系统级解决方案的竞争力。

从技术成熟度评估,该方法已通过离线仿真和实时算法验证,但在工业化应用中仍面临挑战:包括不同工况下的泛化能力验证、边缘计算硬件的算力适配,以及与现有SCADA系统的融合。建议我司技术中心优先在MW级储能项目中开展试点应用,积累多场景数据,并结合我们在功率半导体热管理方面的技术积累,构建更全面的故障诊断体系,为智能化、高可靠性产品建立技术壁垒。