一种啸叫故障的诊断装置、电力电子设备及方法与流程

本技术涉及电力电子，尤其涉及一种啸叫故障的诊断装置、电力电子设备及方法。

背景技术：

1、目前，在电力系统以及电力电子中，电力电子设备的应用越来越广泛，以逆变器为例，在光伏发电场合，风力发电场合，储能场合等均有应用。逆变器中除了逆变电路以外，还包括电感。但是电感除了使用早期存在噪声以外，在生命周期中也可能出现啸叫故障。电感出现啸叫故障表现为产生人耳可听到的中高频的尖锐噪声，严重影响客户的使用感受。因此，需要对逆变器的啸叫故障进行检测。

2、现有的逆变器对于电感的噪声管控，主要是对单电感或逆变器整机进行抽检，通常为将逆变器放置入消音室内，使用声学测量用精密传声器对噪声进行采集和分析。对于单电感，可以建造小型消音箱，将单电感放入消音箱内，但是单电感的检测难以模拟逆变器运行中的高频开关信号，从而无法激发逆变器正常使用时的潜在故障。

3、另外，对于逆变器整机，建造大型消音室的成本高、体积大，显然，现有对于逆变器中电感的啸叫检测成本较高，不便于实施；而且无法实现逆变器在实际运行中检测电感的啸叫。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本技术提供一种啸叫故障的诊断装置、电力电子设备及方法，能够比较容易实现对电力电子设备中啸叫器件的啸叫故障诊断。

2、本技术提供一种啸叫故障的诊断装置，可以设置于电力电子设备，对电力电子设备中的至少一个啸叫器件进行啸叫检测；例如啸叫器件为电感。装置包括：声音信号采集设备和信号处理设备；声音信号采集设备包括以下至少两个麦克风：第一麦克风和第二麦克风；第一麦克风和第二麦克风均位于电力电子设备的内部；第一麦克风和第二麦克风分别获取预设频率范围的第一噪声信号和第二噪声信号；信号处理设备对第一噪声信号和第二噪声信号进行模数转换，分别获得模数转换后的第一数字噪声信号和第二数字噪声信号，根据第一数字噪声信号和第二数字噪声信号获得采样特征；采样特征包括时域特征或频域特征中的至少一种；将采样特征与故障特征库的故障样本特征进行比对，判断啸叫器件是否发生啸叫故障。其中，故障样本特征包括时域样本特征或频域样本特征中的至少一种。其中采样特征既包括来自第一数字噪声信号的特征又包括来自第二数字噪声信号的特征。

3、不具体限定时域特征或频域特征的比对方式，例如可以做最接近的比对，如果故障特征库中存在与提取的时域特征或频域特征接近的故障样本特征，则说明电感发生啸叫故障。故障样本特征的比对，还可以可采用其他的评估模型，例如计算从麦克风提取的时域特征或频域特征与故障样本特征之间的均方距离(均方根rms)之和，如果均方距离越小，则说明提取的时域特征或频域特征与故障样本特征之间越接近，则选择均方距离最近的故障样本特征对应的故障类型作为最终的判定结果。

4、本技术不具体限定电力电子设备的类型，例如可以为整流器，直流直流dcdc变换器或逆变器，下面以逆变器为例进行介绍。

5、本技术提供的诊断装置，只需要设置麦克风和信号处理设备即可，硬件简单，而且设置于电力电子设备内部，既可以实现电力电子产品下线阶段的检测，也可以在电力电子产品在运行过程中进行啸叫检测。

6、由于电力电子设备中啸叫器件的位置已知，因此可以根据啸叫器件的位置来确定麦克风的设置位置，尽量使麦克风靠近啸叫器件，但是又不能对称轴重合，影响麦克风采样的效果。第一麦克风和第二麦克风均位于电力电子设备的pcb上；第一麦克风和第二麦克风之间存在第一轴对称线；第一轴对称线的位置根据啸叫器件的位置进行设置。

7、本技术不具体限定啸叫器件的数量，下面分别介绍一个啸叫器件的检测和多个啸叫器件的检测，当包括多个啸叫器件时，可以利用至少两个麦克风来检测啸叫故障，而且可以定位出发生啸叫的啸叫器件。

8、信号处理设备，针对一个啸叫器件的任意一种啸叫故障类型，用于根据第一麦克风预先采集的噪声信号获得第一时域/频域特征，第一时域/频域特征包括第一时域特征或第一频域特征中的至少一种；根据第二麦克风预先采集的噪声信号获得第二时域/频域特征，第二时域/频域特征包括第二时域特征或第二频域特征中的至少一种；根据第一时域/频域特征和第二时域/频域特征获得故障样本特征；不同的啸叫故障类型是指啸叫器件在不同故障频段发生的故障。

9、由于噪声信号检测时，两个麦克风共获得两个噪声信号，即对应的采样特征为两个特征的组合，因此，故障样本特征也是预先两个麦克风采样的组合。本技术实施例不具体限定组合的具体方式，例如可以为第一时域特征与第二时域特征的组合，也可以为第一时域特征与第二频域特征的组合，也可以为第一频域特征与第二频域特征的组合，也可以为第一频域特征与第二时域特征的组合，也可以为第一时域特征、第一频域特征、第二时域特征和第二频域特征的组合。即两个麦克风采样的噪声信号对应的任意特征的组合均可以，在此不再一一赘述。

10、信号处理设备将采样特征与故障特征库的故障样本特征进行比对，当采样特征与故障样本特征的相似度位于预设阈值区间时，判断电感啸叫器件发生啸叫故障；信号处理设备，还用于在判断电感啸叫器件发生啸叫故障后，根据故障样本特征对应的啸叫故障类型确定发生啸叫故障的啸叫器件位置；故障样本特征与啸叫故障类型存在映射关系。

11、以上介绍的是电力电子设备包括至少一个啸叫器件的情况，下面介绍电力电子设备包括至少两个啸叫器件的情况。

12、为了保证两个麦克风采集噪声信号的准确性，准确检测出啸叫故障，可以根据已知的啸叫器件的位置来决定两个麦克风的位置，为了达到噪声信号较好的接收效果，在物理布局上，当采取多个麦克风且逆变器包括多个电感时，尽量使麦克风的对称轴与电感的对称轴不重合。例如第一麦克风和第二麦克风均位于电力电子设备的pcb上，电力电子设备中包括至少两个啸叫器件；至少两个啸叫器件存在第二轴对称线；第一麦克风和第二麦克风存在第一轴对称线；第一轴对称线和第二轴对称线之间存在夹角，或者第一轴对称线和第二轴对称线相互平行且间隔预设距离，即两个对称线不能重合。

13、信号处理设备，还用于针对至少两个啸叫器件的所有啸叫故障组合，预先根据第一麦克风采集的噪声信号获得第一时域/频域特征，第一时域/频域特征包括第一时域特征或第一频域特征中的至少一种；根据第二麦克风采集的噪声信号获得第二时域/频域特征，第二时域/频域特征包括第二时域特征或第二频域特征中的至少一种；根据第一时域/频域特征和第二时域/频域特征获得故障样本特征；不同故障组合是指至少两个啸叫器件在不同故障频段的故障组合。

14、信号处理设备，具体用于将采样特征与故障特征库的故障样本特征进行比对，当采样特征与故障样本特征的相似度位于预设阈值区间时，判断啸叫器件发生啸叫故障。由于包括多个啸叫器件，因此，信号处理设备，还用于在判断啸叫器件发生啸叫故障后，根据故障样本特征对应的啸叫故障组合确定发生啸叫故障的啸叫器件位置；故障样本特征与啸叫故障组合存在映射关系。具体地，例如啸叫器件为电感，故障样本特征中已经对于故障的电感进行了组合，例如对于第一电感故障，第二电感正常形成一种故障样本特征，对于第一电感正常第二电感故障形成一种故障样本特征，对于第一电感和第二电感均故障对应一种故障样本特征，因此，可以通过两个电感不同故障的组合来对应不同的故障样本特征，进而确定发生啸叫故障的电感。

15、本技术不具体限定信号处理设备的具体实现形式，可以根据传感器或者电路或者控制器的不同组合来实现。下面介绍信号处理设备两种不同的实现方式：

16、第一种，信号处理设备包括：模数转换电路和控制器；模数转换电路，用于对第一噪声信号和第二噪声信号进行模数转换，分别获得第一数字噪声信号和第二数字噪声信号发送给控制器；控制器，用于将第一数字噪声信号转为第一特征信号，将第二数字噪声信号转换为第二特征信号，第一特征信号包括时域特征信号或频域特征信号中的至少一种；第二特征信号包括时域特征信号或频域特征信号中的至少一种；根据第一特征信号和第二特征信号获得采样特征；将采样特征与故障特征库的故障样本特征进行比对，判断啸叫器件是否发生啸叫故障。

17、第二种：信号处理设备包括：信号处理电路和控制器；信号处理电路，用于对第一噪声信号和第二噪声信号进行模数转换，分别获得第一数字噪声信号和第二数字噪声信号，将第一数字噪声信号转为第一特征信号，将第二数字噪声信号转换为第二特征信号，将第一特征信号和第二特征信号发送给控制器；第一特征信号包括时域特征信号或频域特征信号中的至少一种；第二特征信号包括时域特征信号或频域特征信号中的至少一种；控制器，用于根据第一特征信号和第二特征信号获得采样特征；将采样特征与故障特征库的故障样本特征进行比对，判断啸叫器件是否发生啸叫故障。该诊断装置，特征信号的转换由信号处理电路来实现，这样可以降低控制器的任务，节约控制器的性能，控制器可以集中处理其他任务。

18、基于以上提供的一种啸叫故障的诊断装置，本技术还提供一种电力电子设备，包括：功率变换电路和以上介绍的啸叫故障的诊断装置，啸叫器件连接在所述功率变换电路的输出端。电力电子设备的优点以及以下方法的优点与以上介绍的诊断装置相同，在此不再赘述。

19、本技术不限定电力电子设备的具体类型，也不具体限定啸叫器件的类型，例如可以为电感也可以为电容。例如电力电子设备可以包括逆变器；逆变器包括滤波电路，啸叫器件为滤波电路包括的电感。为了节省资源，逆变器实际运行中进行啸叫检测时可以获得逆变器当前的工况，以工况作为啸叫检测的触发条件，例如逆变器的工况可以通过逆变器的功率、电流或电压来获得，一般电感啸叫容易发生在逆变器满载的工况下，因此，只有逆变器处于满载的工况时，才进行电感啸叫的诊断，如果从当前工况判断逆变器不处于满载情况，例如处于轻载时则不进行啸叫的检测。

20、本技术还提供一种电力电子设备的啸叫故障的诊断方法，电力电子设备包括至少一个啸叫器件；方法包括：利用第一麦克风获取预设频率范围的第一噪声信号，利用第二麦克风获取预设频率范围的第二噪声信号；对第一噪声信号和第二噪声信号进行模数转换，分别获得模数转换后的第一数字噪声信号和第二数字噪声信号；根据第一数字噪声信号和第二数字噪声信号获得采样特征；采样特征包括时域特征或频域特征中的至少一种；将采样特征与故障特征库的故障样本特征进行比对，判断啸叫器件是否发生啸叫故障。

21、一种可能的实现方式，第一麦克风和第二麦克风均位于电力电子设备的pcb上；第一麦克风和第二麦克风之间存在第一轴对称线；第一轴对称线的位置根据啸叫器件的位置进行设置；还包括：故障特征库为预先建立，针对一个啸叫器件的任意一种啸叫故障类型，信号处理设备，用于根据第一麦克风预先采集的噪声信号获得第一时域/频域特征，第一时域/频域特征包括第一时域特征或第一频域特征中的至少一种；根据第二麦克风预先采集的噪声信号获得第二时域/频域特征，第二时域/频域特征包括第二时域特征或第二频域特征中的至少一种；根据第一时域/频域特征和第二时域/频域特征获得故障样本特征；不同的啸叫故障类型是指啸叫器件在不同故障频段发生的故障。

22、一种可能的实现方式，第一麦克风和第二麦克风均位于电力电子设备的pcb上，电力电子设备中包括至少两个啸叫器件；还包括：针对至少两个啸叫器件的所有啸叫故障组合，预先根据第一麦克风采集的噪声信号获得第一时域/频域特征，第一时域/频域特征包括第一时域特征或第一频域特征中的至少一种；根据第二麦克风采集的噪声信号获得第二时域/频域特征，第二时域/频域特征包括第二时域特征或第二频域特征中的至少一种；根据第一时域/频域特征和第二时域/频域特征获得故障样本特征；不同故障组合是指至少两个啸叫器件在不同故障频段的故障组合。

23、一种可能的实现方式，将采样特征与故障特征库的故障样本特征进行比对，判断啸叫器件是否发生啸叫故障，具体包括：将采样特征与故障特征库的故障样本特征进行比对，当采样特征与故障样本特征的相似度位于预设阈值区间时，判断啸叫器件发生啸叫故障。

24、一种可能的实现方式，还包括：在判断啸叫器件发生啸叫故障后，根据故障样本特征对应的啸叫故障组合确定发生啸叫故障的啸叫器件位置；故障样本特征与啸叫故障组合存在映射关系。

25、本技术至少具有以下优点：

26、该啸叫故障的诊断装置，位于电力电子设备内部，采用麦克风采集电力电子设备中的噪声信号，对噪声信号进行模数转换后，提取采样特征，采样特征包括时域特征或频域特征中的至少一种，将采样特征与故障特征库中的故障样本特征进行比对，判断电力电子设备中的啸叫器件是否发生了啸叫故障，如果是则进行预警。故障特征库中的故障样本特征可以预先在啸叫器件发生啸叫故障时获得，故障样本特征包括时域特征或频域特征中的至少一种。本技术提供的诊断装置，只需要设置麦克风和信号处理设备即可，硬件简单，而且设置于电力电子设备内部，既可以实现电力电子产品下线阶段的检测，也可以在电力电子产品在运行过程中进行啸叫检测。