户用能源路由器交流端口故障诊断方法、装置及系统与流程

本发明属于户用能源路由器，具体涉及一种户用能源路由器交流端口故障诊断方法、装置及系统。

背景技术：

1、户用能源路由器是一种通过各种变换器连接公共直流母线电压与其他端口的变流系统，其公共直流母线上会外接储能电源、负载设备、居民市电及其他分布式电源等，这些外接设备的功率平衡、信息共享及端口协调运行需要稳定公共直流母线电压来实现。能源路由器不仅能为分布式电源提供即插即用的交、直流接口，还可以根据负荷及故障需求自主实现与配电网的隔离或并网，充分保证了配电网的能量平衡。同时，能源路由器可以通过信息流与能量流的相互制约，实现能量的高效传输与精准路由。它主要具有可再生性、分布式性、互连性、开放性等特点，可最大化利用可再生能源、节能减费并提高整个能源系统的安全性。

2、户用能源路由器是实现交直流柔性供电的能量枢纽和核心设备，其性能的优劣直接决定着用户侧供电的稳定性和可靠性。在其交流端口中，开关器件最常见的两种故障类型是开路故障和短路故障。当开关器件发生短路故障时，会产生大量热量，导致器件烧毁并最终转换成开路故障。而当开关器件发生开路故障时，它将一直处于关断状态。在故障初期，开路故障的破坏性较小，很难被察觉。然而，如果不及时发现，开路故障可能会导致系统发生二次故障，甚至对系统造成无法修复的损害。现有的户用能源路由器故障诊断方法一般为离线诊断，无法在户用能源路由器运行过程中快速及时地诊断故障发生位置和故障类型。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种户用能源路由器交流端口故障诊断方法、装置及系统，通过提取户用能源路由器各交流端口拓扑中的故障特征，并进行故障特征的识别和分类，实现准确定位故障位置。

2、为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种户用能源路由器交流端口故障诊断方法，包括：

4、基于生成的户用能源路由器在不同工作状态下的三相电流信号，提取出n种故障特征；

5、对提取出的故障特征进行特征降维，生成原始数据集，所述原始数据集中包括m种故障特征，m＜n；

6、利用所述原始数据集和对应的不同工作状态，训练故障分类模型；

7、基于实时获取到的户用能源路由器的三相电流信号，提取出m种故障特征，并输入至训练好的故障分类模型，获得故障分类结果。

8、结合第一方面，可选地，所述不同工作工作状态包括正常状态、功率管开路故障状态、功率管短路故障状态；

9、当户用能源路由器处于正常状态下，其输出的电流信号的波形为标准正弦波，总谐波失真小于预设百分比；

10、所述开路故障状态指的是三相桥臂中单管开路故障状态；

11、所述短路故障状态指的是三相桥臂中单管短路故障状态。

12、结合第一方面，可选地，所述故障特征的提取方法包括：

13、针对三相电流信号，采用统计方法提取出故障特征。

14、结合第一方面，可选地，所述基于生成的户用能源路由器在不同工作状态下的三相电流信号，提取出n种故障特征，包括：

15、基于选取的电流波形段，计算电流信号的最大瞬时值，具体的计算公式为：

16、f1＝max(x(i))；

17、基于选取的电流波形段，计算电流信号的最小瞬时值，具体的计算公式为：

18、f2＝min(x(i))；

19、基于选取的电流波形段，计算电流信号的峰值，具体的计算公式为：

20、f3＝max(|x(i)|)；

21、基于选取的电流波形段，计算电流信号的峰峰值，具体的计算公式为：

22、f4＝max(x(i))-min(x(i))；

23、基于选取的电流波形段，计算电流信号的平均值，具体的计算公式为：

24、

25、基于选取的电流波形段，计算电流信号的绝对平均值，具体的计算公式为：

26、

27、基于选取的电流波形段，计算电流信号的均方根值，具体的计算公式为：

28、

29、基于选取的电流波形段，计算电流信号的方差，具体的计算公式为：

30、

31、基于选取的电流波形段，计算电流信号的标准差，具体的计算公式为：

32、

33、基于选取的电流波形段，计算电流信号的有效值，具体的计算公式为：

34、

35、基于选取的电流波形段，计算电流信号的峭度，具体的计算公式为：

36、

37、基于选取的电流波形段，计算电流信号的偏度，具体的计算公式为：

38、

39、基于选取的电流波形段，计算电流信号的波形因子，具体的计算公式为：

40、

41、基于选取的电流波形段，计算电流信号的峰值因子，具体的计算公式为：

42、

43、基于选取的电流波形段，计算电流信号的脉冲因子，具体的计算公式为：

44、

45、基于选取的电流波形段，计算电流信号的裕度因子，具体的计算公式为：

46、

47、基于选取的电流波形段，计算电流信号的余隙因子，具体的计算公式为：

48、

49、式中，x(i)表示第i个电流序列；ns表示电流序列中的样本量。

50、结合第一方面，可选地，所述对提取出的故障特征进行特征降维，生成原始数据集，包括：

51、利用随机森林对提取出的故障特征进行特征降维，生成原始数据集。

52、结合第一方面，可选地，所述原始数据集的生成方法包括：

53、构造基于n种故障特征的不同状态下的户用能源路由器数据集，输入至随机森林模型，并获得每个故障特征在随机森林中的分裂贡献度，进而获得每个故障特征的评价分数；

54、基于每个特征在随机森林中的评价分数，筛选出评价分数大于设定阈值的故障特征，生成原始数据集。

55、结合第一方面，可选地，针对单个故障特征，选取均方根误差重要性作为分裂贡献度的评价标准，所述均方根误差重要性的计算公式为：

56、

57、式中，im(f)表示均方根误差重要性；t是单个故障特征所有参与分裂的节点总数；rmse(t)是节点t的均方误差。

58、结合第一方面，可选地，所述故障分类模型为基于核函数的svm分类器。

59、第二方面，本发明提供了一种户用能源路由器交流端口故障诊断装置，包括：

60、第一特征提取模块，用于基于生成的户用能源路由器在不同工作状态下的三相电流信号，提取出n种故障特征；

61、特征降维模块，用于对提取出的故障特征进行特征降维，生成原始数据集，所述原始数据集中包括m种故障特征，m＜n；

62、模型训练模块，用于利用所述原始数据集和对应的不同工作状态，训练故障分类模型；

63、故障诊断模块，用于基于实时获取到的户用能源路由器的三相电流信号，提取出m种故障特征，并输入至训练好的故障分类模型，获得故障分类结果。

64、第三方面，本发明提供了一种户用能源路由器交流端口故障诊断系统，包括存储介质和处理器；

65、所述存储介质用于存储指令；

66、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面中任一项所述的方法。

67、与现有技术相比，本发明的有益效果：

68、现有户用能源路由器故障诊断技术一般为离线诊断，无法及时有效地判断故障发生位置和故障类型，本发明提出的户用能源路由器交流端口故障诊断方法、装置及系统，首先生成的户用能源路由器在不同工作状态下的三相电流信号，提取出n种故障特征；然后，对提取出的故障特征进行特征降维，生成原始数据集，所述原始数据集中包括m种故障特征，用于实现降低实时运行时的计算代价，并提高故障诊断的效率；利用所述原始数据集和对应的不同工作状态，训练故障分类模型；基于实时获取到的户用能源路由器的三相电流信号，提取出m种故障特征，并输入至训练好的故障分类模型，获得故障分类结果，最终实现实时诊断功能，能够及时有效地诊断户用能源路由器交流端口故障位置和故障原因。

69、进一步地，本发明提出基于统计数据的随机森林特征提取方法，所选取的特征为得分最高的几个特征，普适性较强。具体地，针对每个故障特征，获得了随机森林中故障特征影响节点分裂的误差，误差的大小表征该故障特征参与决策树分裂的节点位置，因此根据误差可以评价该故障特征是否适合作为故障分类的依据。