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电动汽车驱动
★ 5.0
基于边缘2D-CNN轻量部署的ANPC逆变器多开路故障实时诊断
Real-Time Diagnosis of Multiple Open-Circuit Faults in ANPC Inverters Based on Lightweight Deployment of Edge 2D-CNN
| 作者 | Guangtong Ma · Chunxing Yao · Shuai Xu · Guanzhou Ren · Zhenyao Sun · Sijia Wu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 三电平有源中点钳位逆变器 开路故障 卷积神经网络 边缘计算 故障诊断 |
语言:
中文摘要
摘要:多个开路(OC)故障严重影响了有源中点钳位(ANPC)逆变器的可靠运行。为实现对三电平ANPC(3L - ANPC)逆变器多个OC故障的快速准确检测,本文将轻量级卷积神经网络(CNN)部署到边缘计算板上。具体而言,所提出的在线诊断方法包括离线训练和在线部署。在离线训练阶段,设计了多源信息融合方法以促进有效特征提取,从而提高所设计CNN的预测精度。此外,采用特定的优化框架来简化离线训练过程。在在线部署方面,通过使用TensorRT实现训练好的CNN的轻量级设计,以降低计算成本并加快诊断速度。进行了对比研究以验证所设计CNN的优势和泛化能力。最后,通过由3L - ANPC逆变器供电的永磁同步电机驱动平台,实验验证了所提出的基于边缘的诊断策略的可行性。
English Abstract
Multiple open-circuit (OC) faults have severely deteriorated the reliable operation of active neutral-point-clamped (ANPC) inverters. To achieve fast and accurate detection for multiple OC faults of three-level ANPC (3L-ANPC) inverter, this article deploys a lightweight convolutional neural network (CNN) into an edge computation board. Specifically, the proposed online diagnosis includes offline training and online deployment. During the offline training, a multisource information fusion is devised to promote the effective feature extraction, thereby enhancing the predictive accuracy of the designed CNN. Furthermore, a specific optimization framework is utilized to simplify the offline training process. For online deployment, the lightweight design of the trained CNN is realized by employing the TensorRT to reduce the computation cost and accelerate the diagnostic speed. Comparative studies are conducted to verify the advantages and the generalization ability of the designed CNN. Finally, the feasibility of the proposed edge-based diagnosis strategy is experimentally verified through the platform of the permanent magnet synchronous motor drives fed by 3L-ANPC inverter.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于边缘计算的ANPC逆变器多重开路故障实时诊断技术具有重要的应用价值。ANPC(有源中点钳位)拓扑作为三电平逆变器的重要技术路线,在我司大功率光伏逆变器和储能变流器产品中已有广泛应用,其效率和功率密度优势明显,但多重开路故障一直是影响系统可靠性的关键痛点。
该论文提出的轻量化2D-CNN边缘诊断方案具有三大技术亮点:首先,多源信息融合策略能够有效提取故障特征,这对于复杂工况下的光伏电站和储能系统尤为重要;其次,通过TensorRT优化实现的轻量化部署,使得算法可在边缘计算板上实时运行,无需依赖云端处理,显著降低了诊断延迟和通信成本;第三,在永磁同步电机驱动平台的验证表明该技术具备良好的工程实用性。
对于阳光电源而言,这项技术可直接应用于智能逆变器和储能PCS产品的故障预测性维护系统。通过集成边缘AI诊断模块,可实现毫秒级故障识别,在故障扩散前触发保护策略,大幅提升设备可用率。这与我司"1+ΔN"智慧能源管理系统的理念高度契合,能够增强产品的智能化水平和市场竞争力。
技术挑战主要在于:需要积累大量实际运行数据以优化CNN模型的泛化能力;不同功率等级和应用场景下的模型适配性需要验证;边缘硬件的成本控制与算力平衡。建议与高校合作建立联合实验室,在现有产品平台上开展工程化验证,优先在高可靠性要求的储能和工商业场景中试点应用。