【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及逆变器故障分析，尤其涉及一种光伏逆变器故障检测方法。
技术介绍
1、igbt（绝缘栅双极晶体管）失效引起的逆变器故障主要含开路故障与短路故障两种，其中短路故障发生时瞬时电流比较大，但是现在的光伏发电系统中通常配备有过流检测装置或者短路保护装置等成熟的硬件来检测短路故障，可以及时的应对短路故障；而当某个igbt发生开路故障时，电力系统往往不会立即停止工作，还会继续运行一段时间，所以这种故障更加难以检测，但如果不及时处理，开路故障会造成电压电流波形发生畸变，影响系统的安全稳定运行，在一些特殊的工作环境中，使其他igbt承受过大的电流，很容易发生二次故障使电力系统瘫痪并造成更大损失。因此需要对逆变器故障诊断，即对当前故障电气量进行分类，判断其对应的具体类型，从而定位到具体故障元件。近几十年涌现了大量针对由逆变器 igbt 开路引起的故障诊断的研究论文，大致分为三大类：基于模型的故障分类方法、基于信号分析的故障分类方法与基于知识的故障分类方法。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本专利技术提供一种光伏逆变器故障检测方法。
2、第一方面，本专利技术提供一种光伏逆变器故障检测方法，包括：
3、采集待测光伏逆变器交流侧电压信号和直流侧电流信号；对交流侧电压信号和直流侧电流信号进行经验模态分解和变分模态分解处理分别得到第一电压本征模态张量和第二电压本征模态张量，第一电流本征模态张量和第二电流本征模态张量；对第一电压本征模态张
4、通过预训练的光伏逆变器开路故障识别模型分析堆叠的希尔伯特时频谱对光伏逆变器开路故障定位，其中，光伏逆变器开路故障识别网络包括：3d卷积网络和分类全连接网络，3d卷积网络提取堆叠的希尔伯特时频谱的特征，并将特征展平后输入到分类全连接网络得到光伏逆变器开路故障定位分类得分，确定最匹配的开路故障定位。
5、更进一步地，第一电压本征模态张量包含经验模态分解得到的、、三相的个第一电压本征模态子信号，形式如下：
6、，
7、其中，为经验模态分解得到相的个第一电压本征模态子信号，为经验模态分解得到相的个第一电压本征模态子信号，为经验模态分解得到相的个第一电压本征模态子信号；
8、第二电压本征模态张量包含变分模态分解得到的、、三相的个第一电压本征模态子信号，形式如下：
9、，
10、其中，为变分模态分解得到相的个第二电压本征模态子信号，为变分模态分解得到相的个第二电压本征模态子信号，为变分模态分解得到相的个第二电压本征模态子信号；
11、第一电流本征模态张量为：，
12、第二电流本征模态张量为：，
13、其中，表示第一电流本征模态张量包含的个第一电流本征模态子信号；表示第二电流本征模态张量包含的个第二电流本征模态子信号。
14、更进一步地，对交流侧电压信号和直流侧电流信号进行经验模态分解的过程包括：
15、分别找出交流侧电压信号各相或其不符合条件的候选子信号或其剩余信号，直流侧电流信号或其不符合要求候选子信号或其剩余信号的所有局部极大值和极小值；
16、使用三次样条插值基于局部极大值点拟合出交流侧电压信号各相和直流侧电流信号的上包络线，使用三次样条插值基于局部极小值点拟合出交流侧电压信号各相和直流侧电流信号的下包络线；
17、计算相应的上包络线和下包络线的平均值作为相应包络的包络均值；
18、交流侧电压信号各相和直流侧电流信号分别减去相应的包络均值，得到交流侧电压信号各相和直流侧电流信号的相应候选子信号；
19、对候选子信号进行如下条件检测：在整个交流侧电压信号各相和直流侧电流信号的相应候选子信号中，极值点和过零点的数量是否相同或至多相差一个，且在任何时间点，由局部极大值定义的上包络线和由局部极小值定义的下包络线的平均值是否为零；
20、将满足条件候选子信号作为相应的第一电压本征模态子信号和第一电流本征模态子信号，并从交流侧电压信号和直流侧电流信号分离；将分离后剩余信号迭代的分解第一电压本征模态子信号和第一电流本征模态子信号，直到剩余信号不能再提取出满足条件的候选子信号为止；
21、将不满足条件的候选子信号迭代的分解第一电压本征模态子信号和第一电流本征模态子信号。
22、更进一步地，对交流侧电压信号和直流侧电流信号进行变分模态分解的过程包括：
23、分别初始化交流侧电压信号各相和直流侧电流信号的第二电压本征模态初始张量和第二电流本征模态初始张量；
24、对应第二电压本征模态初始张量和第二电流本征模态初始张量中的元素分别设定相应的初始电压中心频率和初始电流中心频率：
25、：；
26、：；
27、构造如下变分目标函数：
28、，
29、其中，，
30、，
31、；
32、表示第个第二电压本征模态子信号或第二电流本征模态子信号，表示第个第二电压本征模态子信号或第二电流本征模态子信号，表示交流侧电压信号或直流侧电流信号；为分解的第二电压本征模态子信号的数量或第二电流本征模态子信号的数量，表示第个第二电压本征模态子信号或第二电流本征模态子信号对应的中心频率，表示二阶范数的平方，表示时间；
33、；
34、表示第次迭代的第二电压本征模态张量中索引对应的相中第或第个第二电压本征模态子信号，分别表示三相，表示第次迭代的第二电流本征模态张量中第或第个第二电流本征模态子信号；
35、通过交替方向乘子法迭代求解变分问题，更新第二电压本征模态子信号和第二电流本征模态子信号；在每次迭代中，通过希尔伯特变换计算每个第二电压本征模态子信号和第二电流本征模态子信号的解析信号，并更新相应的电压中心频率和电流中心频率；
36、当满足预设的收敛条件时，迭代停止；其中，所述预设的收敛条件包括：达到预设的迭代次数或者变分目标函数的变化量小于设定的阈值。
37、更进一步地，所述对第一电压本征模态张量，第一电流本征模态张量，第二电压本征模态张量和第二电流本征模态张量进行希尔伯特变换得到相应的希尔伯特时频谱包括：
38、求第一电压本征模态张量，第一电流本征模态张量，第二电压本征模态张量和第二电流本征模态张量中本征模态子信号的希尔伯特变换；
39、根据希尔伯特变换求得幅值函数和相位函数，根据相位函数求得瞬时频率；
40、基于瞬时频率和幅值函数求得第一电压本征模态张量，第一电流本征模态张量，第二电压本征模态张量和第二电流本征模态张量的希尔伯特时频谱。
41、更进一步地，所述3d卷积网络包括：对堆叠的希尔伯特时频本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，第一电压本征模态张量包含经验模态分解得到的、、三相的个第一电压本征模态子信号，形式如下：
3.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，对交流侧电压信号和直流侧电流信号进行经验模态分解的过程包括：
4.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，对交流侧电压信号和直流侧电流信号进行变分模态分解的过程包括：
5.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，所述对第一电压本征模态张量，第一电流本征模态张量，第二电压本征模态张量和第二电流本征模态张量进行希尔伯特变换得到相应的希尔伯特时频谱包括：
6.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，所述3D卷积网络包括：对堆叠的希尔伯特时频谱进行时频域降维、通道扩维的2D卷积层，所述2D卷积层连接串接的3层3D卷积块，每个所述3D卷积块包含3D卷积层、3D批归一化层、LeakyReLU激活函数层和3D最大池化层，其中，3D
7.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，所述分类全连接网络包括：全连接层、ReLU激活函数和Softmax层。
8.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，构建光伏逆变器的MATLAB仿真模型，取光伏逆变器全部IGBT正常时，光伏逆变器交流侧电压信号和直流侧电流信号；取光伏逆变器任意单相桥臂任一IGBT、任意两个单相桥臂中任意一个IGBT和任意单相桥臂两个IGBT开路故障时，光伏逆变器交流侧电压信号和直流侧电流信号，并将所采集的信号通过故障类型标签标注得到故障识别数据集，将所述故障识别数据集分为训练集和验证集，将训练集的第一电压本征模态张量，第一电流本征模态张量，第二电压本征模态张量和第二电流本征模态张量进行希尔伯特变换得到相应的希尔伯特时频谱，将希尔伯特时频谱按时间对齐按顺序堆叠后输入所述光伏逆变器开路故障识别模型，利用真实故障类型标签标和光伏逆变器开路故障识别模型预测结果之间的交叉熵损失作为损失函数，利用梯度下降算法训练光伏逆变器开路故障识别模型，直至所述损失函数降低到设定阈值，通过验证集对训练完的所述光伏逆变器开路故障识别模型验证。
9.一种实现光伏逆变器故障检测方法的装置，其特征在于，包括：至少一处理单元，通过总线单元将所述处理单元、存储单元采集单元互联，所述采集单元采集光伏逆变器交流侧电压信号和直流侧电流信号，所述存储单元存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理单元执行时，实现如权利要求1-8任一所述的光伏逆变器故障检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-8任一项所述的光伏逆变器故障检测方法。
...【技术特征摘要】
1.一种光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，第一电压本征模态张量包含经验模态分解得到的、、三相的个第一电压本征模态子信号，形式如下：
3.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，对交流侧电压信号和直流侧电流信号进行经验模态分解的过程包括：
4.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，对交流侧电压信号和直流侧电流信号进行变分模态分解的过程包括：
5.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，所述对第一电压本征模态张量，第一电流本征模态张量，第二电压本征模态张量和第二电流本征模态张量进行希尔伯特变换得到相应的希尔伯特时频谱包括：
6.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，所述3d卷积网络包括：对堆叠的希尔伯特时频谱进行时频域降维、通道扩维的2d卷积层，所述2d卷积层连接串接的3层3d卷积块，每个所述3d卷积块包含3d卷积层、3d批归一化层、leakyrelu激活函数层和3d最大池化层，其中，3d卷积层的卷积核为3×3×3和3d最大池化层的核大小为2×2×2。
7.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，所述分类全连接网络包括：全连接层、relu激活函数和softmax层。
8.根据权利要求1所述的光伏逆变器故障检测方法，其特征在于，构建光伏...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖锋，武彦龙，
申请(专利权)人：中科华辰山东实业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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