湘潭大学科研团队基于本体追踪的永磁同步电机驱动系统开路故障诊断方法

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湘潭年夜学主动化与电子信息学院的研讨职员张潇丹、段斌、刘昌杰、陈月平，在2022年第13期《电工技术学报》上撰文，针对永磁同步电机（PMSM）体系故障间联系关系性强、异构信息繁杂繁多以及传统故障诊断办法无法追溯耦合故障产生的真正缘故原由等问题，提出了基于本体追踪的故障诊断办法。经试验验证，该办法进步了各子体系间信息的应用率，可以或许合理地追溯故障缘故原由，为年夜型繁杂体系的故障诊断提供了一个可共享、易更新的尺度化办法。

　　永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Machine, PMSM）相较于传统的同步电机具有转换效力高、能量损耗小、体积小和力矩惯量年夜等绝对上风而成长敏捷，近年来已普遍利用于新能源发电、航天航空、电动汽车等范畴。在工业运作进程中，永磁同步电机的持续功课异常紧张，任何以障的产生都邑导致伟大的损失，而PMSM体系是年夜型繁杂体系的典型代表，布局及运行机理繁杂，故障产生率高且耦合性极强，故障间联系关系慎密，此中以PMSM驱动体系开路故障最为常见且效果严重，而变流器开路故障是PMSM驱动体系高故障率的主要缘故原由之一。

　　数据阐发法是诊断变流器开路故障的主流办法之一，主要分为以电压量或电流量为观测旌旗灯号对变流器运行状况进行阐发。电压阐发法必要额外安装监测装备，对体系布局的空间预留及运行繁杂度有所要求；而电流是最容易获取的电旌旗灯号，同时可以或许比拟直观地反映出变流器的运行状况，无需额外增长装备。已有文献主要采纳Park矢量电流均匀值法、傅里叶归一化直流法、电流矢量轨迹法、输出电流DQ轨迹法等办法对故障进行检测和定位，但这些办法存在对负载变化敏感、算法繁杂度较年夜、诊断周期长等问题。

　　归一化偏差电流数据阐发法具有可以或许精准且快速地辨认故障开关的长处，为办理上述电流数据阐发算法存在的问题，从简化归一化计算繁杂度、划分诊断变量两方面临归一化偏差电流数据阐发法进行改良。但将其利用于PMSM驱动体系开路故障进行故障诊断时，该算法仅能定位至终极的故障IGBT，而在现实运行中，过电流销毁、线路开路、驱动旌旗灯号非常或丧失等缘故原由都邑终极导致并表示为变流器IGBT开路故障。

　　是以，仅寄托单一的改良归一化偏差电流数据阐发法无法追溯致使IGBT开路的泉源诱因及间接故障，且存在认知超载的问题。基于以上改良归一化偏差电流数据阐发法在追因溯源方面存在的不敷，交融本体追溯的办法进行支持。

　　近年来，本体技术及其在故障诊断中的利用研讨成长敏捷，李娟莉等将基于描写逻辑的本体故障常识表现办法以及运用贝叶斯收集进行本体常识推理利用到晋升机智能故障诊断办法中，并在工程中现实投入使用，验证了该办法的可行性及精确性；于德介、周安美等基于Java平台开发了基于本体的风力发电机组故障智能诊断原型体系，将本体与风电故障诊断联合，但在本体常识模子的构建及推理效力的进步上还必要进一步研讨；余磊等采纳本体技术对设备故障猜测及康健治理体系（Prognostic and Health Management, PHM）进行常识化建模，将故障诊断、故障猜测及维修案例作为PHM体系本体的子体系，办理了范畴信息异构的问题。

　　与此同时，中国电力科学研讨院、国度电网公司等正在进行政策部署、尺度研制、财产化推广等多因素的驱动下积极推行智慧电网常识图谱的开发及落地。常识图谱作为人工智能的紧张构成部门，在将海量非布局化信息及年夜范围数据形成常识收集方面有着无可比较的上风，而本体技术可以作为常识图谱的模子根基，可以或许为观点模子进行规范性阐明，在信息的布局化表现方面上风显著。

　　为办理PMSM体系故障诊断的繁杂工程问题，湘潭年夜学主动化与电子信息学院的研讨职员将PMSM驱动体系开路故障作为主要研讨工具，提出基于本体追踪的故障诊断办法。他们起首对PMSM故障诊断范畴本体模子进行情势化界说及尺度化构建，同一集成PMSM体系中密集的异构信息；其次，在改良归一化偏差电流数据阐发法可以或许精准快速地定位故障开关管的根基上，将定量阐发所得故障特性及辨认成果映射到故障范畴本体模子中，扩大了故障诊断规模；末了，经语义Web（SWRL）规矩库的预设以及基于规矩的推理，交融本体技术进行故障诱因、故障类型等信息的追溯及诊断。

　　图1 基于本体追踪的智能故障诊断系统框架

　　研讨职员指出，将改良归一化偏差电流数据阐发法嵌入到本体追踪技术中，将定量阐发与定性阐发的上风互补，在对故障开关精准定位的根基上追因溯源，可有用诊断故障诱因及间接故障类型。两种故障办法的有机联合而非简单堆叠使得各自办法的上风最年夜化，为体系内年夜范围布局化及非布局化范畴信息进行尺度化集成，将范畴常识及案例履历等非布局化信息与传统诊断所必需的数据实现联动，为PMSM体系故障诊断的智能化、尺度化、信息化提供了新的思绪。

　　图2 PMSM体系故障范畴本体模子部门睁开图

　　他们进一步表现，将定量诊断提取的故障特性用于之后的本体映射，使本体技术不再只寄托常识及规矩进行推理，延伸了故障诊断的性命周期，故障装备（IGBT开关管）由一样平常的诊断目的变为肇端点；同时优化了诊断偏向，将直接故障延长至中央故障终极追溯到故障基本缘故原由，增强了对不肯定变乱的机动推理。另外，本体模子构建作为常识图谱的前端设计，为PMSM体系常识图谱的成长提供了尺度化、易复用、布局清楚的范畴根基模子，补充了常识图谱构建进程中无法进行逻辑反省及机动推理缺失的不敷。

　　据悉，面向互助风电企业的现实需求，课题组已将该办法利用到风力发电机定子绕组故障、PMSM驱动体系故障、变桨电机故障、主轴承故障等10多种风电机组故障中，组成包括范畴常识和实践技巧的风电体系故障诊断常识图谱。

　　研讨职员末了指出，后续将研讨若何将自立构建的风电体系故障诊断常识图谱与更年夜平台的常识图谱并轨，终极实现与电力运检常识信息治理图谱、电力供给链图谱及电网调剂主动化体系图谱等电网营业图谱相搜集，遵循电力行业正在积极推行的智慧电网常识图谱成长态势。

　　
本文编自2022年第13期《电工技术学报》，论文题目为“基于本体追踪的永磁同步电机驱动体系开路故障诊断办法”。本课题获得湖南省天然科学基金的支撑。