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可解释的深度学习多电平逆变器故障检测方法
Explainable Deep Learning Fault Detection Method for Multilevel Inverters
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 多电平 深度学习 故障诊断 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 卷积神经网络 多电平逆变器 故障检测 Grad - CAM方法 故障类型识别 |
语言:
中文摘要
卷积神经网络(CNNs)在多种类型的多电平逆变器故障检测中展现出了巨大潜力。尽管卷积神经网络性能卓越,但其可解释性仍是一项挑战。这是因为网络具有复杂的黑箱行为。因此,它们在实际应用中广泛采用不同模型方面带来了重大挑战。此外,仅依靠准确率是不够的,特别是在关键应用中,保持可信度和鲁棒性对于保护系统免受潜在损害至关重要。因此,本研究采用了一种名为梯度加权类激活映射(Grad - CAM)的可视化解释方法用于多电平逆变器的故障检测。Grad - CAM方法能够识别模型的重要特征并解释故障类型的检测结果。通过对三电平中点钳位逆变器的仿真和实验结果验证了所提出的方法,证明了可靠的卷积神经网络能够实现较高的分类准确率并有效识别故障类型。
English Abstract
Convolutional neural networks (CNNs) have demonstrated a great potential in fault detection for a wide type of multilevel inverters. Despite the remarkable performance of CNNs, their interpretability remains a challenge. This is due to networks, which have complicated black boxes behaviors. Consequently, they present a substantial challenge for widespread adoption of different models in practical applications. Moreover, relying solely on accuracy is insufficient, especially in critical applications where maintaining trust and robustness is vital for protecting a system against potential damage. Therefore, this study implements a visual explanation method called gradient weighted class activation map (Grad-CAM) for fault detection of multilevel inverter. The Grad-CAM method can identify the model’s important features and interpret the detection of fault types. The proposed method was validated by both simulation and experimental results for three-level neutral-point clamped inverters, demonstrating that a reliable CNN achieved high classification accuracy and effectively identified fault types.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于可解释深度学习的多电平逆变器故障检测技术具有重要的应用价值。作为全球领先的逆变器制造商,我们的产品线涵盖集中式、组串式及储能逆变器,其中多电平拓扑结构广泛应用于大功率场景。该技术通过卷积神经网络实现故障检测,并引入Grad-CAM可视化方法解决了深度学习"黑箱"问题,这对提升产品可靠性和运维效率具有战略意义。
技术价值方面,该方法在三电平中点钳位型逆变器上的验证与我们的1500V大功率光伏逆变器及储能变流器产品高度契合。可解释性的突破使得故障诊断不仅能给出结果,还能呈现决策依据,这对于建立客户信任、满足电网并网标准以及通过安全认证至关重要。在大型光伏电站和储能项目中,精准的故障定位可显著降低停机时间,提升系统可用率,直接转化为经济效益。
从技术成熟度评估,论文已完成仿真和实验验证,但距离工程化应用仍需跨越数据鲁棒性、实时性和多场景适应性等挑战。我们需要考虑的关键问题包括:如何在复杂电磁环境下保持检测准确性,如何将算法集成到现有DSP/FPGA控制平台,以及如何建立覆盖全产品线的故障样本数据库。
机遇在于,该技术可与我们的iSolarCloud智慧能源管理平台深度融合,构建预测性维护体系,从被动响应转向主动预警。建议启动技术预研项目,重点突破边缘计算部署和迁移学习方法,加速技术从实验室到产品的转化,巩固我们在智能化运维领域的竞争优势。