← 返回
基于可靠性评分基准与电阻损耗分布的电机驱动系统开路故障诊断方法
Reliability Score Benchmarking and Resistive Loss Profile-Based Open-Circuit Fault Diagnosis Approach for Motor Drive System
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 可靠性分析 故障诊断 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 开路故障 可靠性评分标准 模型预测控制 特征提取数据集 数据驱动分类器 |
语言:
中文摘要
近年来,数据驱动方法在诊断逆变器驱动应用中的各种开路故障(OCF)模式方面显示出了良好前景。然而,现有研究主要仅基于分类准确率来评估这些方法的可靠性,忽略了关键的实时因素,例如分别与数据驱动方法和通信协议相关的计算延迟和数据传输延迟,这些因素会影响实时运行可靠性。本文通过提出一种通用的可靠性得分准则来弥补这些不足,该准则将分类准确率与系统时序特性相结合。此外,将采用主动热管理(ATM)的模型预测控制策略应用于驱动系统,从而能够详细分析OCF模式对金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管(MOSFET)结温的影响。此外,还引入了一种新颖的特征提取数据集,该数据集利用了ATM方案中的电阻/传导损耗数据,无需进行信号预处理。使用各种数据驱动分类器验证了所提出的可靠性得分量化方法和该数据集的诊断潜力。诊断准确率达到99.95%的最可靠分类器,还在OPAL - RT测试平台和树莓派上通过控制硬件在环设置在不同运行条件下进行了进一步测试。
English Abstract
In recent years, data-driven methods have shown promise in diagnosing various open circuit fault (OCF) modes in inverter drive applications. However, existing studies primarily evaluate the reliability of these methods based solely on classification accuracy, neglecting critical real-time factors, such as computational delays and data transfer latency associated with the data-driven approach and communication protocols, respectively, which can affect real-time operational reliability. This article addresses these gaps by proposing a universally applicable reliability score criterion that integrates classification accuracy with system timing profiles. In addition, a model predictive control strategy employing active thermal management (ATM) is applied to the drive system, enabling a detailed analysis of the impact of OCF modes on the junction temperature of mosfets. Moreover, a novel feature extraction dataset is introduced, leveraging resistive/conduction loss data from the ATM scheme without requiring signal preprocessing. The proposed reliability score quantification and the dataset's diagnostic potential are validated using various data-driven classifiers. The most reliable classifier, achieving a 99.95% diagnosis accuracy, is further tested under diverse operating conditions using a control hardware-in-the-loop setup on an OPAL-RT testbed and Raspberry Pi.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对电机驱动系统开路故障诊断的研究具有重要的技术借鉴价值。该研究提出的可靠性评分基准和基于电阻损耗特征的故障诊断方法,与我司光伏逆变器、储能变流器等核心产品的功率电子可靠性需求高度契合。
该技术的核心价值在于突破了传统数据驱动诊断方法仅关注分类准确率的局限,创新性地将计算延迟、数据传输时延等实时性因素纳入可靠性评估体系。这对于阳光电源大规模光伏电站和储能系统的实时故障诊断至关重要。特别是其提出的基于模型预测控制和主动热管理的方案,能够精确分析MOSFET结温变化,这与我司在SiC、IGBT等功率器件的热管理优化方向完全一致。更值得关注的是,该方法利用导通损耗数据进行特征提取,无需额外的信号预处理,显著降低了系统复杂度和成本。
从技术成熟度评估,该研究已通过OPAL-RT硬件在环测试验证,达到99.95%的诊断准确率,具备较强的工程化基础。对于阳光电源而言,将此技术集成到现有的逆变器智能运维平台,可显著提升设备预测性维护能力,降低因功率器件开路故障导致的系统停机损失。
然而,技术应用仍面临挑战:一是需要适配阳光电源多样化的拓扑结构(如组串式、集中式逆变器);二是大规模部署时的边缘计算资源分配优化;三是与现有SCADA系统的数据融合。建议优先在储能PCS等高价值应用场景开展试点,逐步积累不同工况下的故障数据库,为全面推广奠定基础。