基于复杂网络理论的电力电子电路可靠性分析研究-论文

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基于复杂网络理论的电力电子电路可靠性分析研究　
龙 家 乐　

（ 衡 阳师范学院南岳 学院，河南衡 阳 ４ ２ １ ０ ０ ８ ） 　

摘 要：现代社会发展 中， 信 息网络技术 已经得到 了普遍推 广和运用， 使人们 的生活方 式变得越来越方便和快捷 ， 　 有利 于推动我 国社会 主义现代 化建设。在 电力 系统的运行 中

，信 息网络技 术的广泛应用 ， 使 电力 电子 电 路 的可靠性　 得到 了大大提 高，对于维持 电力的正常供应发挥着重要作 用。本 文就 复杂网络 理论进行 概述 ，对复杂 网络 的可 靠性　 和 电力电子电路 的失效情况进行分析和研 究，提 出基 于复杂网络模 型的电力电子电路的可靠性优化设计 ，以提 高电　 力系统 的稳定性 ，推动我 国电力事业不断向前发展 。 　
关键词 ：复杂网络 ：电力电子 电路 ；研 究 ；优化设计　 中图分类号：Ｔ Ｎ７ １ ０ 　 文献标识码 ：Ａ 　 随着 电力 电子设备应 用范围 的不 断扩 大，基于复杂 网络　 理 论的 电力 电子 电路 可靠 性的分析和研 究，有 利于提高 电力　 电子设备 的性能 ，对 于延 长 电力 电子设备 的使用寿命具有重　 要现实意义 。 　 复杂网络理论 的概述　 随着高科技信 息网络技术 的不 断推广 ，网络结构变得越　 来 越复杂 ，因此 ，提 高复杂网络 的稳 定性 ，对 于提高 电力系　 统的可靠性 具有 重要意义 。现代发展 中，复杂 网络具有无标　 度、小世 界、 自组织等特征 ，通过各种 不同特征 的相关参数 ， 　 可 以快速 、有效 的判 断一个 网络是否 可 以称之为复杂 网络。 　
一

文章编号 ：１ ６ ７ ４ － ７ ７ １ ２（ ２ ０ １ ４ ） １ ６ — ０ ０ ２ ５ — ０ ２ 　

融合性，一旦发生会给 网络系统带来意想不到的后果。例如： 　 在 电力 电子电路的运 行过程 中，对复杂网络进行 长期规划 时， 　 要考虑 到发 电能力大小 的变 化、供 电需求变化 等，从而确定　 网络 的拓 扑结构，避免多重复杂 交融性给系统带来 的不定影　 响。 　 二、复杂 网络 的可靠性进行分析和研究　 在 复杂网络的运行过程 中，网络 的可靠性 与网络的各种　 特 点和与运行特征具有 密切联系 ，其 中，无标度 网络的节 点　 分布 情况与 网络 的中枢 有着 紧密关系 ，对 网络 的可靠性发挥　 着 决定性作用 。在 网络 系统结构 中， 网络 中心 化参数和 网络　 　 在实际生活 中，呈现 高度复杂　 的网络一般有航空 网络 、大　 效率等 ，可 以将不同操作 下节 点对 网络 的影响程度进行量化， 型Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 、基因调控 网和 ｗ ｗ ｗ网络等 ，都拥有 非常复杂的　 以了解 网络可靠性 的变化情况。 　 在 对 复 杂 网 络 的 可 靠 性 进 行 分 析 和 研 究 中，通 过对　 系统，并具 备相应 的网络关系 。根据相关调查和研 究分析， 　 复杂网络的复杂性有如下几个特点 ： 　 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ网络模 型进行 节点模拟攻击仿真操作可知 ，根据 不　 　 （ 一 ）网络 演化 能力 。随 着 时间 的变 化 ，网络技 术 的　 同要求进行节 点的删除操作，系统所表现 出的反应各不相 同， 应用 范 围越来 越广 ， 网络 中节 点和连 接会 不 断的产 生和 消　 如 果 针 对 较 关 键 的 节 点进 行 删 除 ， 当 中 心 节 点 的 删 除 达 到　 失 ，为 了满 足 人们 生活 需求 和社 会发 展 的需求 ，科研 人 员　 １ ０ ％左右 ，整个 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 系 统都会处于瘫痪状态 ，进而无 法　 会对 网络进行进一 步的深化 和研究 ，以提 高网络的稳定 性， 　 进行正常运行 ；当对 节点进行所 以删 除时，数量达 到 ８ ０ ％左　 使 网络 系统 变得 更加 完整 。例 如 ：在 使用 万 维 网时，会 遇　 右 ， 剩 余 部 分 的节 点仍 然 可 以形 成 完 整 的 连 接 ， 以保 证 系 统　 到 网页或 者链 接突 然 断开 的情 况，使 网络 结构 发生 相应 的　 的畅通连接 。因此 ，在 实际操作过程 中，复杂网络 的运行 遭　 到攻击 时，需要对关键节点进行研 究，并尽快恢 复系统结构 ， 　 变化 ，为 了使 网页浏览顺 畅 ，必须对 网页进行 修复 ，因此 ， 　 必 须对 网络 结构 进行 调整 ， 以不断 完善 网络 系统 ，提 高 网 　 以维持网络系统的正常运行 。 　 络系 统的完整性 。 　 三 、电力 电子 电路 的失效分析和研究　 （ 二 ）节点多样性特 点。在复杂 网络 系统中，节点可 以　 在 电力电子电力的失效情况 中，主要的失效 原因包括两　 代表 网络 中的任何符 号和事务 ，因此 ，节 点具有多样性 ，是　 部分 ：元件 失效和故障检测 与诊 断 问题 ，一般情 况下 ，电力　 复 杂网络的重要特 点。例如：在万维 网中，根 据操作要求 的　 电子 电路元件 中的半导体器件和 电解 电容是最易发 生故障 问　 不 同，复杂网络的节 点可 以表示各种各样 的网页， 以完成相　 题 。根据相关 调查显示 ，半导体器件 失效 占据全 电力 电子 电　 关 操 作 需求 。 　 路运行故 障的百分之 四十左右 ，而电解 电容器 失效 占据百分　 （ 三 ）连接 多样性 特点 。在复杂 网络的运行过程 中，不　 之 二 十 五 左 右 。 　 同节 点之 间的连接权具有不一样的特点，并存在着较大差异， 　 在 电力 电子 电路 的运行 过程 中，电能损 耗 会产 生大 量　 根 据不同 的操作顺序和 要求 ，所运行 的方 向会截然不 同。例　 的热 能，会给 半导体器件 的使用 寿命带来极大 影响，尤其 是　 如 ：在 万维 网的各种 网页中 ，选择购物 页面，根据所购 商品　 Ｍ Ｏ Ｓ Ｅ Ｅ Ｔ和 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ等开 关器件 ，在 频繁 的开关操 作下会 受到严　 的特 征进行选择 ，可 以快速 的查找到所 需商品 ，从而提 高复　 重损坏 ；与此 同时 ，电力 电子 电路本身所带有 的负载波动和　 启动机操 作等，也会给半导体器 件带来热损耗 影响，使各半　 杂 网络 的运行速度和 电力 电子 电路的可靠性。 　 （ 四 ）动力复杂性 。在 运用复杂 网络 来维持 电力 电子 电　 导体器件 的受热不均匀 ，进 而加速半导体器件 的发热损坏 ； 　 力 的可靠性时 ，由于 电力系统的稳定性操 作可 以随着 网络 的　 另外 ，由于环 境的变化和 电力电子 电路运载 量的改变 ，会 引　 不 断完善而提高 ，因此 ，网络具有动 力复杂性特 点，可 以在　 起热 耗的不 同变化 ，使半 导体器件 的温度差 异性较大 ，导 致　 运行过程 中不 断创新 ，以不断完善复杂 网络系统 。 　 半导体器件受到严重损坏。 　 （ 五 ）结 构复杂性。复杂 网络 的结构 比较繁多 ，且 各结　 在 电解 电容 的应用 过程中， 由于 电路工 作状态和外 界环　 构 相互连接可 以形 成不 同的系统 功能，使网络结构呈现 出不　 境预 估发生错误 ，导致 电解 电容的选型 出现 不恰 当问题 ，致　 同的特 征，因此 ，复杂网络具有结构复杂性特点 。 　 使电力 电子 电路 的电解 电容发生击穿 、短路和 加速老化损 坏　 （ 六 ）多重复杂融合性 。由于复杂网络是虚拟 的网络系　 等情况，使 电力 电子 电路的可靠性大大 降低 ，最终 引起 电力　 统，因此，在不 同的操作运行过程 中，随时会 出现新 的问题 ， 　 电子 电路 的失效 。电解 电容 的故障 问题是 因为电容器发 生热　 威胁系统 的稳 定性和可靠性 ，因此，复杂 网络具有 多重复杂　 （ 下转 第 ２ ７页 ） 　
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２ ５　肓 费电子 ２ ０ １ １ ４ 　

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综上 所述 ，大 型异 步 电动机 故障 萌芽 在 线检 测技 术 的　 出现 、发展 、应用 引发 了异步 电动机维修 体制的一次 革命 ， 　 使 传统 的事 后维 修 、定期检 修 方式 逐步 转变 为预 知维修 方　 式。该 技术 可 以对大 型异 步 电动机 集群 中 的每一 台异 步 电　 动 机进 行 实时 、在线 的定 子绕 组 匝间短 路 、转子 断条 以及　 轴 承 等初发 故 障检测 ，可 以在 毫不 干扰 异步 电动 机 当前运　 行 状态 的前 提 下、于 故 障萌芽 阶段 即行 报警 ，并 向现 场技　 术人 员提供 必 要信 息 以合理 安排 、组织 预 知维修 ，从 而 避　 免事 故停机 ，减 少 故障 损失 ，市场 发展 前景 广 阔，具 有 十　 分 重 要 的推 广 意 义 。 　 参考文献： 　 ［ １ 】 许伯 强 ， 李和 明 ， 孙 丽玲 ． 异 步电动机 定子 绕组 匝 间 　 短路 故 障检 测方法研 究 Ｕ 】 ． 中国电机 工程 学报 ， ２ ０ ０ ４ （ ０ ７ ） ： １ ７ ７ — 　
１ ８ ２． 　

计算机　针对每一 台异步 电动机 ， 设置一就地检测单元 ， 采集、 　 处理 电动机定子 电压与定子 电流信 号，实施定子绕组 匝间短　 路、转子断条 以及轴 承等萌芽故 障的就地检测 、结果显 示； 　 后台监控终端通过 Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ网络与各个就地检测单元通讯， 　 通过后 台监控 终端，可 以监控各个就 地检测单元 、读取其 数　 据、显示各 台异 步 电动机 的参数 、状 态。总体方案可 以采 用　 图 ２形 象 描述 。 　 四、萌芽在线检测技术推广实施后 的经 济效益预期　 大型集群 异步 电动机故 障萌 芽在 线检测技术 能够对 电动　 机进行 “ 安 全 和 寿 命 管 理 ” ，从 而 大 大 减 少 检 修 时 间 、 避 免　 安全 隐患 、可 靠保 障企业生产 能力。相关资料和用户数 据统　 计表 明：设备 ４ ０ ％非直 接成本来 自于 定期维护 ，状态监 测会　 减少近 ３ ０ ％的 维 护 成 本和 不必 要 的停 机 时 间 。其 中： 　 提高产量 （ ２ － ４ Ｏ ％ ） 　 减少维修 费用 （ ７ － ６ ０ ％ ） 　 提高产 品质量 （ 重新回炉生产 ＆废 品率减少 ５ － ９ ０ ％ ） 　 延长设备寿命 （ １ ０ ％ 一 ２ ） 　 减少零配件库存 （ １ ０ － ６ ０ ％ ） 　 增加库存周转率 （ ７ ５ ％ ） 　 降低 能耗 （ ５ － ｌ ５ ％ ） 　 增强生产安全及环 境保 护 （ 社会对此类事 故越 来越不可　
原谅 ） 　

［ ２ ］ 马 宏忠 ， 胡虔 生 ， 黄 允凯 ． 感应 电机转 子绕组 故 障仿　 真与 实验研 究 ［ １ ］ ． 中国电机工程学报 ， ２ ０ ０ ３ （ ０ ４ ） ： １ ０ ７ － １ １ ２ ． 　 【 ３ 】 姜建 国 ， 汪庆生 ， 杨秉寿 ． 用 自适应方法提 取鼠笼式异　 步 电机转 子断条的特征分 量 ［ Ｉ １ ． 电工技 术 学报 ， １ ９ ９ ６ （ ０ ４ ） ： １ ７ ６ 一 　
】 ７ ９． 　

获利 与投 资 比可 达 １ ７ ：ｌ 　

［ 作者简介 ］ 孙立兵 （ １ ９ ７ ５ ． ０ ４ － ） ， 男， 信 息 自动化部 工作 ， 　 工程师 ，工业 自动化专业 ，本科 ，学士学位 ，研 究方 向：计　 算机系统工程 、电气 自动化 。 　

（ 上接 第 ２ ５页 ） 　 效应造成 的， 由于 电解 电容器本身具有一 定阻抗性，在 电容　 器纹波 电流的作用情况 下， 电解 电容 回不 断散热，使 电路运　 行过程 的温度不断升 高，致使 电解液不 断被蒸发，最终变得　 干涸 。与 此同时 ，电解 电容的阻抗力会逐渐 增大，导致 电容　 器 的 损 耗 不 断 增 大 ，最 终 导 致 电力 电 子 电 路 出现 失效 情 况 。 　 电 力 电子 电路 的 故 障 监 测 和 诊 断 是针 对 电力 电子 电路 的　 主 电 路 进 行 的 ， 由于 电 力 电子 电路 元 件 的 过 载 量 较 小 、损 害　 速度 较快等 ，故障 问题 在很短 时间内会 迅速发生 ，因此 ，采　 集 电力 电子 电路某 些路段的输 出波形 ，并及 时进行分析和研　 究 ，可 以有效进行 电力 电子 电路 的故 障监 测和诊断 ，减少 电　 力 电子 电路 的失效情况 。 　 四、基于复杂 网络模型的电力电子电路的可靠性优化设计　 在基于复 杂网络理论 的电力 电子电路的运行 中，电力 电　 子 电路的可靠性 与关键元件和关键节 点之间具有紧密联系 ， 　 因此 ，通过 降低关键 元件 的失效 率，提升节点的传播效率 ， 　 可 以大 大 提 高 电力 电子 电路 的可 靠 性 。 　 下面 以全桥 电路为例进行 复杂网络模型下 ，电力 电子 电　 路 的可靠性优化 设计。在 电力 电子电力中，全桥 电路是一 种　 常 见的 电路形 式，被广泛 的应用 于电解 电镀、列车牵 引等 领　 域 中，大大提 高了系统 的可靠性 和稳定性 。因此 ，根据 电力　 电子 电力 失效情 况建立全桥 电路 的加权 网络模型 ，并通过 计　 算 各元件 失效变化 对全桥 电路加权 网络模型各种运行情况 的　 影响程度 ，以了解 电路 中的关键 元件 ，从而进行全桥 电路 的　 可靠性优化设 计。运用复杂 网络模 型下全桥 电路在不 同情 况　 下的失效情况 ，假 设各元件 的工 作失效率为不 同值 ，根据 不　 同值计算 出全 桥 电路加权 网络模 型的网络效率值 ，可 以对 网　 络的变化有一 个清晰 的了解 ，从 而计算 出各元件 的失效率 。 　 在基于复 杂网络理论下 的全桥 电路的加权 网络模 型中，电路　 结构与可 靠性有着极大关 系，因此，运用模块化和集 成化的　 电力 电子 技术，对 电路设计进行 改善，可 以使系统 的可靠性　 得到大大 提高 。与此 同时，根据 经济成本 的理论 原理，不断　
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进行整个全桥 电路的优化设计 ，选 择正确 的元件 和设置合理　 的电路输 入输出参数 ，可 以大 大减 低 电路 的成本 和失效率 ， 　 提高 电路的可靠性 。 例如 当选用型号为 Ｒ Ｂ Ｖ ５ ０ ０ ６ 的整流桥时 ， 　 全桥 电路 的网络效率 值可选用 Ｇ Ｂ Ｊ ３ ０ ０ ６ ，，因此，通过 减小 元　 件 的失效 率，可 以降低 电路成 本，使 电路 的可靠 性得到大大　 提高 。 　 五 、 结 束语　 现代 化建设 中，随着 电力 电子设备 的广泛应 用，基于复　 杂 网络 理 论 的 电力 电子 电 路 可 靠 性 分 析 和 研 究 ， 给 不 断 提 高　 电路 的 可 靠 性 奠 定 了基 础 。在 电力 电子 电路 的 运 行 过 程 中 ， 　 对复 杂网络进行更深入 的分析和研究 ，才 能更好 的掌握复 杂　 网络 的特 征， 以不断进行 电力 电子 电路 的优 化设计 ，使 电力　 电子 电路 的可靠性得到真正提高。 　 参 考 文献 ： 　 ［ １ 】 戴婷婷 ， 刘俊 勇 ， 魏震 ． 基 于 复 杂 网络 理 论 的 电 力 系 　 统脆 弱性分析 盯 ］ ． 现代 电力 ， ２ ０ １ ０ （ ０ １ ） ： ５ ６ — ６ ０ ． 　

ｆ ２ ］ 陈好 ． 电力电子 电路参数辨识新 方法与故 障预 测算法　 研究 『 Ｄ１ ． 南京航 空航天大 学 ， ２ ０ １ ２ ． 　
【 ３ 】 何俊 ． 基 于 复 杂 网络 理 论 的 电 力 系统 连 锁 故 障 分 析　 ｆ Ｄ１ ． 东北 电力 大学 ， ２ ０ １ ３ ． 　 ［ ４ 】 梅丹 ， 王公 宝 ， 胡伟 文 ． 基 于 复杂 网络 理论 的 电力 系 　
统脆 弱性 研 究概 述 【 １ ］ ． 电子 设 计 工 程 ， ２ ０ １ ４ （ ０ ６ ） ： １ ９ ０ —１ ９ ２ ． 　

［ ５ 】 昊棉 ． 电力 电子 电路故 障特征 参数提取与健康预报 研　 究ｆ Ｄ１ ． 南京航 空航天 大学 ， ２ ０ １ ３ ． 　
［ ６ ］ 鞠文云 ． 基 于复 杂 网络 理 论 的 电 力 系统 脆 弱元 件 辨 识　

指标研 究 『 Ｄ１ ． 华 中科技 大学 ， ２ ０ １ ３ ． 　 ｆ ７ 】 江伟 ． 电 力 电子 电路 中复杂行 为 分析 及 其控 制研 究　 【 Ｄ］ ． 安徽 大学 ， ２ ０ １ １ ． 　
［ 作者简介 ］龙家乐 （ １ ９ ９ １ － ），男，衡 阳师 范学院南岳　 学院，本科在读 ，研究方 向：电子信息技术 。 　



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