黄剑涛

摘要：随着科技的发展，针对电子技术中的三相桥式全控整流电路中晶闸管容易出现的问题，提出了BP神经网络以解决故障的方法。为了验证此方法有效，利用Matlab软件来对三相桥式全控整流电路建立仿真模型。仿真试验可以得出BP神经网络进行训练的案例，进而得到所有类型的BP神经网络结构的故障。

关键词：BP神经网络；三相桥式全空整流电路；Matlab仿真；故障诊断

中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）30-0218-02

0引言

对于电力电子电路来说，它最早出现的电路形式就是整流电路，而整流电路的应用非常广泛，形式各有特色，可以进行交流电与直流间的转化。而在这些类的整流电路当中，应用较为广泛的是三相桥式全控整流电路，大多数情况下选择整流器件的时候都会选择晶闸管。然而，晶闸管在电力电子器件当中，是一种较为容易被损坏的器件，同时加之电力电子设备中拥有数量众多的晶闸管，故而确定哪一个坏了就是一件非常耗时、费力的工作。那么，如何准确快速的找到電力电子设备中器件所发生的具体故障，是很多国内外学者一直长期致力于研究的事项。而在本文中的电力电子技术知识就是对故障建立BP神经网络，从而进一步确定故障是何种类别。另外，对于较为复杂的非线性时变系统的三相桥式的全控整流电路来说，普通的分析和建模十分不易，在这种情况下，只能利用Matlab仿真软件来仿真三相桥式全控整流电路和故障模型。

1仿真三相桥式全控整流电路的故障分析

1.1分析三相桥式全控整流电路的构成情况

三相桥式全控整流电路构成主要包括6路触发脉冲、负载以及整流变压器等，建立仿真三相桥式全控整流电路模型时需借助Matlab/Simulink以及SimPowerSystem，具体如图1所示。

电路中的负载均使用纯电阻，采用odel5s（stiff/NDF）进行仿真计算，在无异常的情况下，负载电压的波形图具体如图2所示，从图中得出电压的波形图形是六段电压所构成的。

1.2晶闸管故障仿真分析

因为Matlab软件的功能非常强大，将其用在电力系统的仿真方面就能有十分好的灵活性与方便性。本文仿真各类故障时正是借助此种优势，按照负载两端的电压波形的不同，可将故障分为5种：

第一种：上半桥抑或是下半桥的3只管子全部损坏，这时所输出的波形是一个零直线。

第二种：1只管子损坏，又能分成下面六种状况：一是VT1损坏；二是VT2损坏；三是VT3损坏；四是VT4损坏；五是VT5损坏：六是VT6损坏。如果整流电路里面仅有1只管子损坏的情况下，稳定的电压波形在每一周期内都出现4段线电压，比未发生故障的时候少2段。不过对不同的管子而言，第1个完整的周期内4段线电压所出现的时间并不一样。

第三种：同1个桥臂的2只管子损坏，能分成下面三种状况：一是VT1和VT4损坏：二是VT2和VT5损坏：三是VT3和VT6损坏。如果在整流电路内同1个桥臂里的2只管子损坏的情况下，稳定的电压波形在每一周期里面会出现不连续的2段线电压，比没有发生故障的时候少4段。不过对不同的故障而言，第1个完整的周期里2段线电压所出现的时间并不相同。

第四种：同1半桥的2只管子损坏，能分成下面六种状况：一是VT1和VT3损坏：二是Vq2和VT4损坏：三是VT3和VT5损坏：四是VT4和VT6损坏：五是VT1和VT5损坏：六是VT2和VT6损坏。如果在整流电路里的同1桥臂的2只管子损坏的情况下，稳定的电压波形在每1周期内会出现连续的2段线电压，比没有发生故障的时候少4段。不过对不同的故障而言，第1个完整的周期内2段线电压所出现的时间也不相同。

第五种：不同半桥交叉的2只管子损坏，能分成下面六种状况：一是VTl和VT2损坏：二是VT2和VT3损坏：三是VT4和VT5损坏：四是VT5和VT6损坏：五是VT1和VT6损坏：六是VT3和VT4损坏。如果在整流电路内不同半桥交叉的2只管子损坏的情况下，稳定的电压波形在每一周期厘米会出现连续3段线电压，比没有发生故障的时候少3段。然而对于不同故障来说，第1个完整的周期内的3段线电压所出现的时间并不一致。

2 BP神经网络的构建

通常BP神经网络由输入层、隐层以及输出层3层所构建。对具体问题要是再在确定输入及输出变量以后，网络输入层以及输出层的结点个数亦可相应的确定，则确定1个3层BP神经网络的重点就集中在确定隐层的层数与每1层结点的数量。对隐层的层数来说可以先考虑仅选1层，同时从仿真结果能够看到，对本文的故障诊断来说，1层足以能够满足要求还可有效避免网络的复杂性。

面对在第1种故障的情况，无需BP神经网络参与即可诊断出结果。但面对后4种故障，如下表1所示，需要分析输出电压波形特征才能判断其属于何种故障。由此可知，在判断故障类型的时候无需BP网络参与，但在具体判断某类故障属于哪些管子损坏造成的时候，就能够依靠1个简单的3层BP神经网络予以诊断。

对于第2类故障来说，可以得出只有一只管子发生了损坏。具体有6种情况，依然把4段线出现电压最大值的时刻当做是特征信息，那么输入层的结点数S1=4，借助二进制数区分具体哪个管子发生了损坏。因此S3=3。后3类故障同理可得。第3类、4类、5类故障都是2只管子发生损坏，但具体情况不同，第三类故障S1=3、S3=2，而第4类故障S1=2、S3=3：第5类故障S1=3、S3=3。

3分析网络的训练

3.1提取训练样本

本文对于第2类故障主要是把4段线出现电压最大值的时刻记做特征信息，仿真测试6种不同情况，所得到的训练样本具体如表2所示。

3.2网络训练

对于第2，3，4，5类的故障来说，为了确定管子损坏的具体情况，以下一共建立了4个三层的BP神经网络。以下继续以第2类故障为例子来进行说明，如何确定网络隐层结点的个数以及训练的具体情况。2类故障网络的参数为：S1=4，S3=3，lr=0.05，期望误差最小值E=0.01的前提，不同隐层结点数的网络情况如表3所示。

3.3对网络进行测试

如果在一个三相全控桥式的整流电路当中，通过输出电压波形出现电压情况可以判断第二类故障的一个管子坏了，即，一个周期出现4段线电压。然后通过观看示波设备中完整周期电压出现的时刻，例如：Pc=[0.120.160.180.20]，T是通过二类故障所诊断的BP神经网络来得出一个3位输出信号Te=[0.05-0.18461.0739]^T，这样就可以根据以下原则进行归一化处理：如果输出的信号在取某位时大于或者等于0.5的时候是1，小于0.5的时候是0。那么就可得到输出的信号Tee=[001]^T，把这个和表

2进行对照就可以知道VT1管子哪一个损坏。

4结语

综上所述，本文为了验证故障诊断结果是否正确，因此，利用Matlab/Simulink技术建立仿真模型，主要是针对三相桥式全控整流电路而言，仿真实验可以得出对于BP神经网络下的故障诊断的相关方法。与此同时，此法仍适用于诊断电力电子电路方面所出现的故障分析。endprint