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储能系统技术 储能系统 DC-DC变换器 故障诊断 ★ 5.0

DC-DC变换器先进故障诊断方法:利用电信号的时间连续性

Advanced Fault Diagnosis Method for DC–DC Converters: Leveraging the Temporal Continuity of Electrical Signals

作者 Li Wang · Zidong Wang · Chao Xu · Yiming Xu · Liang Hua
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2025年1月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 DC-DC变换器 故障诊断
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 直流-直流转换器 故障诊断 自适应小波变换 扩展卷积胶囊网络模型 时间连续性特征
语言:

中文摘要

本文聚焦可靠的直流 - 直流转换器运行对现代电力电子设备稳定性的关键作用。解决了直流 - 直流转换器故障诊断中的一个常见问题:倾向于依赖局部特征拟合,而忽略了电信号的时间连续性。从数据处理的角度提出了一种利用自适应小波变换的创新诊断方法。该技术可以动态调整尺度和平移参数,以适应电路条件变化导致的电信号连续变化。从模型改进的角度,设计了扩展卷积胶囊网络模型。该模型通过多尺度特征提取、全局 - 局部注意力机制的融合以及全局向量分析,有效诊断故障特征。结果表明,本文方法能有效提取电信号的时间连续性特征,在诊断准确性、性能指标和应用泛化能力方面表现出显著优势。因此,本研究为直流 - 直流转换器的故障诊断提供了一种全面有效的方法。

English Abstract

This article focuses on the crucial role of reliable dc–dc converter operation for the stability of modern power electronic devices. Addressed is a common issue in the fault diagnosis of dc–dc converters: the tendency to rely on local feature fitting while the temporal continuity of electrical signals is neglected. An innovative diagnostic method that utilizes an adaptive wavelet transform from a data processing perspective is proposed. This technique can dynamically adjust the scale and translation parameters to adapt to the continuous changes in electrical signals caused by varying circuit conditions. From the standpoint of model improvement, the extended convolutional capsule network model is designed. Through multiscale feature extraction, integration of global-local attention mechanisms, and global vector analysis, this model effectively diagnoses fault features. It is demonstrated that our method is effective in extracting the time-continuity features of electrical signals, and exhibits significant advantages in diagnostic accuracy, performance metrics, and application generalization capability. Consequently, this study presents a holistic and effective approach for fault diagnosis in dc–dc converters.
S

SunView 深度解读

作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商,阳光电源的产品核心依赖于高可靠性的DC-DC变换器。该论文提出的基于时序连续性特征的故障诊断方法,对我们现有产品线具有重要应用价值。

从业务角度看,该技术直击当前诊断系统的痛点。传统方法侧重局部特征拟合,在光伏逆变器面对复杂光照变化、储能系统应对频繁充放电切换时,往往出现误判。论文提出的自适应小波变换能动态调整参数以适应电气信号的连续变化,这与我们1+X模块化逆变器和液冷储能系统的多工况运行特性高度契合。扩展卷积胶囊网络通过多尺度特征提取和全局-局部注意力机制,可有效识别IGBT老化、电容失效等早期故障征兆,显著提升系统预测性维护能力。

技术价值方面,该方法可直接应用于我们PowerTitan系列储能变流器的智能诊断系统,降低现场故障率,提升系统可用度至99.5%以上。对于海外大型地面电站和工商业储能项目,远程智能诊断能力将大幅降低运维成本。然而,技术落地仍面临挑战:深度学习模型的实时性能否满足微秒级控制需求,训练数据集能否覆盖全工况场景,以及边缘计算硬件的成本控制问题。

建议与高校合作建立联合实验室,基于我们海量运行数据进行模型训练和验证,优先在新一代智慧能源管理系统中试点应用,逐步构建差异化的技术壁垒,巩固市场领先地位。