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拓扑与电路 故障诊断 ★ 5.0

逆变器系统早期故障检测的多阶密集特征提取

Intensive Multiorder Feature Extraction for Incipient Fault Detection of Inverter System

作者 Min Wang · Feiyang Cheng · Min Xie · Gen Qiu · Jingxin Zhang
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年10月
技术分类 拓扑与电路
技术标签 故障诊断
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 逆变器系统 早期故障检测 多阶特征提取器 故障检测性能 实验验证
语言:

中文摘要

逆变器系统在航空航天、国防、交通运输、现代工业和电力系统中起着至关重要的作用,这促使学者和工程师们在故障诊断方面付出了大量努力。基于数据的方法在解决该问题时被广泛应用,因其可利用现有的历史数据,而无需进行复杂的数学建模,但它们在检测顽固的早期故障方面能力不足。因此,本文提出了一种深度多阶特征提取器(IMFE)用于逆变器系统的早期故障检测,该提取器能够深度提取统计特征并减少有害干扰。首先,采用一种在非相邻层之间具有短路径的密集结构,以实现多阶知识的复用。然后,对获取的特征进行优化,并舍弃低质量信息。此外,通过严格的数学推导以及灵敏度和复杂度分析,证明了 IMFE 的有效性。最后,搭建了一个基于电流和电压双控制的三相逆变器系统平台,以验证所提方法的优越性。实验结果表明,所提方法显著提高了故障检测性能,与现有的先进方法相比,故障检测率提高了 3.1%。

English Abstract

Inverter systems play a crucial role in aerospace, defense, transportation, modern industry, and power systems, leading to extensive efforts from scholars and engineers in fault diagnosis. Data-based methods are widely utilized with the accessible history data instead of complex math modeling for this issue but they are incompetent for obstinate incipient fault. Therefore, this article proposes an intensive multiorder feature extractor (IMFE) for the incipient fault detection of inverter system, with intensively extracting deep statistical features and reducing harmful perturbations. First, a dense structure with short paths between nonadjacent layers is adopted for multiorder knowledge reutilization. Then, the acquired features are refined and the low-quality information is discarded. In addition, the effectiveness of IMFE is demonstrated through rigorous mathematical derivation with sensitivity and complexity analysis. Finally, a three-phase inverter system platform based on current and voltage dual control is established to verify the superiority of the proposed method. Experimental results show that the proposed approach significantly improves fault detection performance, achieving a 3.1% higher fault detection rate compared to existing state-of-the-art methods.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇关于逆变器系统早期故障检测的论文具有重要的工程应用价值。论文提出的密集多阶特征提取器(IMFE)方法,针对传统数据驱动方法在早期故障检测中的不足,通过密集连接结构实现多阶知识重利用和特征精炼,将故障检测率提升3.1%,这对于大规模光伏电站和储能系统的可靠性保障具有显著意义。

对于阳光电源的核心产品线,该技术的应用价值体现在多个层面。首先,在光伏逆变器领域,早期故障检测能够在设备性能劣化初期即发出预警,避免突发性故障导致的发电损失和维护成本激增。特别是在集中式逆变器和大型地面电站场景中,单台设备故障可能影响兆瓦级发电容量,提前3-5%的检测窗口期即可创造显著经济价值。其次,对于储能系统而言,逆变器的健康状态直接关系到电网侧的功率质量和系统安全,该方法基于电流电压双控制的验证平台与阳光电源的PCS(储能变流器)控制架构高度契合。

从技术成熟度评估,论文已通过三相逆变器平台的实验验证,但工业化应用仍需考虑几个关键挑战:一是算法的实时性能否满足微秒级控制周期要求,二是在复杂工况(温度波动、谐波干扰、电网扰动)下的鲁棒性验证,三是与现有SCADA系统和云平台的集成适配。建议阳光电源可将该技术纳入智慧运维体系的研发路线图,优先在高价值场景(如海外大型项目、工商业储能)进行试点验证,并结合公司在功率电子拓扑和控制算法方面的积累,进一步优化特征提取策略,形成差异化的预测性维护解决方案。