变频器的健康评估方法、装置、存储介质、网关和系统与流程

本发明涉及数据处理，具体而言，涉及一种变频器的健康评估方法、装置、存储介质、网关和系统。

背景技术：

1、变频器属于连续工作的工业设备，随着工作时间的累加，变频设备通常会经历正常工作到轻微故障偶发，再到高危故障发生，直至最后设备报废退役的过程。

2、现有健康状态评估(soh，state of health，健康状态评估)是设备故障预测与健康管理(phm，prognostics health management，故障预测与健康管理)的重要研究方向之一，通常在航空航天或者大型设备领域研究工作较多，但针对高压变频器的研究非常少，产品化应用就少之又少。

3、现有变频器的研究主要是针对变频器的异常或者故障等“事后”问题开展研究，目前这些方面主要有两大类解决方法：一是通过优化变频器的电子电路，针对某一类特定器件进行电气保护电路(如开关管、散热风扇或者母线电容等的故障检测或保护)；另一种是通过构建大数据系统积累大量的信息之后通过分析不同维度数据之间的关系和某一类数据长期的变化趋势来针对性的故障事后的诊断检测，上述研究无法实现变频器的健康状态评估。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明的第一个方面在于，提供了一种变频器的健康评估方法。

3、本发明的第二个方面在于，提供了一种变频器的健康评估装置。

4、本发明的第三个方面在于，提供了一种变频器的健康评估装置。

5、本发明的第四个方面在于，提供了一种可读存储介质。

6、本发明的第五个方面在于，提供了一种网关。

7、本发明的第六个方面在于，提供了一种系统。

8、有鉴于此，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种变频器的健康评估方法，包括：确定第一特征空间，其中，第一特征空间是变频器处于正常状态下的运行参数所对应的特征空间，第一特征空间对应有第一参数；获取变频器的当前运行参数；确定当前运行参数对应的第二特征空间；根据第一特征空间和第二特征空间确定第二参数；根据第一参数和第二参数确定变频器的健康评估值。

9、本技术的技术方案提出了一种评估方法，通过运行该评估方法，可以实现变频器的健康状态的评估，用户根据确定的健康评估值来知悉变频器的当前健康状态，从而执行不同的应对策略。具体地，可以根据确定的健康评估值来预测变频器在后期使用时的状态，以便应对变频器可能出现的故障，降低变频器出现故障对实际使用所带来的影响，同时降低了维护难度。

10、本技术的技术方案是基于以下原理实现的，具体地，确定变频器在正常状态下运行时的第一特征区间，以将第一特征区间所对应的第一参数作为参考值来衡量在变频器后期使用过程中第一参数的变化情况，并基于此变化情况来表征健康评估值。

11、具体地，第一特征区间是基于变频器在正常状态下运行时的运行参数确定的，因此，第一参数可以表征变频器在正常状态下运行时的健康程度，通过获取变频器在使用后的运行参数，也即当前运行参数，将当前运行参数所对应的第二特征空间与第一特征空间进行混合，以便得到当前变频器的健康程度，利用第一参数来表征第二参数的情况，从而得到具有可信度的健康评估值。

12、在上述技术方案中，第二参数的确定是基于第二特征空间与第一特征空间得到的，因此，确定第二参数的时候受到了第一参数的影响，可以理解的是，结合第一参数确定的第二参数，因此，提高了在使用第二参数来表征变频器在使用后的健康程度的可信度，也确保了健康评估值的可信度。

13、在其中一个技术方案中，变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，其包括如主电路、整流器、平波回路、逆变器等。

14、另外，本技术提出的变频器的健康评估方法还具有以下附加技术特征。

15、在上述技术方案中，根据第一参数和第二参数确定变频器的健康评估值，包括：基于第二参数大于或等于第一参数，健康评估值为第一参数与第二参数的百分比；基于第二参数小于第一参数，健康评估值为100。

16、在该技术方案中，给出了健康评估值的详细确定方案，在该技术方案中，随着变频器的使用，变频器这一设备中的元器件会出现老化，上述老化会在第二参数上体现出现，具体地，随着老化程度越高，第二参数值越大。基于此原理，本技术的技术方案将第一参数与第二参数之间的百分比作为健康评估值，以便利用上述百分比来体现第一参数和第二参数之间的差异。

17、而对于第一参数大于第二参数的情况，认为，当前变频器的状态与正常运行时的状态相近或好于正常运行时的状态，此时，限定健康评估值取值为100，以实现变频器的健康状态的量化，方便用户知悉变频器的健康状态。

18、此外，通过选取百分比的方式来表征健康评估值，以便符合用户的实际使用习惯，提高与用户进行数据交互的使用体验。

19、在其中一个技术方案中，在第一参数小于或等于第二参数的情况下，计算第一参数与第二参数的比值，并基于该比值乘以100以得到前文中的百分比。

20、在上述任一技术方案中，还包括：根据健康评估值与预设评估阈值的比较结果确定变频器的健康评价结果。

21、在该技术方案中，通过将健康评估值和预设评估阈值进行比较，进而对变频器的当前状态进行评价，方便用户知悉变频器的当前健康状态，以此降低变频器的维护难度。

22、在其中一个技术方案中，预设评估阈值可以是由网关预存储的，也可以是用户设置的。

23、在上述任一技术方案中，预设评估阈值包括依次增大的第一阈值和第二阈值；根据健康评估值与预设评估阈值的比较结果确定变频器的健康评价结果，包括：基于健康评估值小于或等于第一阈值，输出第一健康评价结果；基于健康评估值大于第一阈值、且小于或等于第二阈值，输出第二健康评价结果；基于健康评估值大于第二阈值，输出第三健康评价结果。

24、在该技术方案中，具体给出了预设评估阈值所包含的阈值以及根据阈值确定健康评价结果的详细方案，其中，通过设置第一阈值和第二阈值，以便利用上述三个阈值划分出三个区间，在确定健康评估值之后，根据健康评估值与三个区间的关系来确定对应的健康评价结果。

25、具体地，三个区间分别是小于或等于第一阈值的第一个区间；大于第一阈值、但不超过第二阈值的第二个区间以及大于第二阈值的第三个区间。在实际使用中，将健康评估值与三个区间的边界值进行比较，进而确定健康评估值所归属的区间，进而输出对应的健康评价结果。

26、在其中一个技术方案中，第一、第二以及第三健康评价结果可以采用文字的形式进行输出，也可以采用语音的方式进行输出，还可以采用通知短信的形式输出。

27、在上述任一技术方案中，基于输出第一健康评价结果，输出报警信息。

28、在该技术方案中，第一健康评价结果可以理解为，变频器的健康程度较差，也即，变频器处于不健康状态，此时变频器运行会有较大几率出现故障，通过输出报警信息，以便通知维护人员及时对变频器进行维护，进而降低变频器因故障而停止运行的几率。

29、在上述任一技术方案中，报警信息可以是发出报警文字、发出报警声音或触发一级报警事件，其中，一级报警事件可以是调整变频器主要功能运行，如控制变频器停机，或将当前运行的变频器切换至备用的变频器运行，以便降低变频器故障对实际使用的影响。

30、在上述任一技术方案中，报警信息还可以是发出灯光信号，以吸引用户查看，举例来说，发出红色闪烁的灯光信号。

31、在上述任一技术方案中，基于输出第二健康评价结果，输出提醒信息。

32、在该技术方案中，第二健康评价结果可以理解为变频器的健康程度较差，也即，变频器处于亚健康状态，此时变频器运行会有较小几率出现故障，通过输出提醒信息，以便提醒维护人员及时对变频器进行维护，进而降低变频器因故障而停止运行的几率。

33、在上述任一技术方案中，提醒信息可以是发出提醒文字、发出提醒声音或触发二级报警事件，其中，二级报警事件可以是调整变频器非主要功能运行，如降低变频器的运行负载压力，或将当前运行的变频器的非主要功能切换至备用的变频器运行，以便降低变频器故障对实际使用的影响。

34、在上述任一技术方案中，提醒信息还可以是发出灯光信号，以吸引用户查看，举例来说，发出黄色闪烁的灯光信号。

35、在上述任一技术方案中，确定当前运行参数对应的第二特征空间，包括：采用预设评估模型对当前运行参数进行编码，得到第二特征空间。

36、在该技术方案中，给出了第二特征空间的确定方式，通过使用预设评估模型进行编码，以便将当前运行参数转化为特征值或特征向量，进而实现数据的统一。

37、在上述任一技术方案中，确定第一特征空间，包括：获取变频器处于正常状态下的运行参数；采用预设评估模型对运行参数进行编码，得到第一特征空间。

38、在该技术方案中，给出了第一特征空间的确定方式，通过使用预设评估模型进行编码，以便将当前运行参数转化为特征值或特征向量，进而实现数据的统一。

39、在上述任一技术方案中，还包括：获取变频器在第一功率因数下的第一运行参数，作为训练数据集；获取变频器在第二功率因数下的第二运行参数，作为训练测试集，其中，第一功率因数不等于第二功率因数；根据训练数据集对编码-解码模型进行训练，根据训练测试集对训练后的编码-解码模型进行测试，得到预设评估模型。

40、在该技术方案中，给出了预设评估模型的确定方式，通过获取训练数据集，以便利用训练数据集对编码-解码模型训练，并利用训练测试集来验证训练结果，从而确保预设评估模型的可信度。

41、其中，通过限定第一功率因数和第二功率因数是不同的功率因数，以便确保预设评估模型的鲁棒性。

42、在其中一个技术方案中，第一运行参数可以是变频器在以第一功率因数运行下连续多天的运行参数，同样的，第二运行参数可以是变频器在以第二功率因数运行下连续多天的运行参数，在此过程中，充分采集了变频器运行时的运行参数，确保了预设评估模型的可信度。

43、在其中一个技术方案中，采集的数据维度包括：功率因数x1、单元柜体温度x2、交流输出电压有效值x3、交流输出电流有效值x4、三相输入电流x5、三相输出电流x6、两相输入电压x7、两相输出电压x8、输入电压有效值x9、输入电流有效值x10、变频器风机出口风压x11共计11个维度中的一个或多个。

44、在其中一个技术方案中，在采集的数据之后，还需要对采集的数据进行异常值剔除、缺失值补全、归一化等预处理，以便消除采集的数据中的异常，进而提高预设评估模型的可信度。

45、在其中一个技术方案中，可结合专家经验进行异常值的剔除，以便提高预设评估模型的可信度。

46、在其中一个技术方案中，编码-解码模型可以是基于lstm(long short-termmemory，长短期记忆网络)的编码-解码模型，其中，长短期记忆网络是一种时间递归神经网络。

47、在其中一个技术方案中，在对编码-解码模型进行训练之间，还包括：对基于lstm的编码-解码模型进行超参数设定，其中，超参数设定包括：时间序列长度为l、time_step为ts、优化器为adam、损失函数为mse、batch_size为bs、最大训练次数为me、学习率为lr。

48、在上述任一技术方案中，第一参数是第一特征空间内任意两个特征之间的欧氏距离的平均值；第二参数是第一特征空间和第二特征空间内任意两个特征之间的欧氏距离的平均值。

49、根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种变频器的健康评估装置，包括：第一确定单元，用于确定第一特征空间，其中，第一特征空间是变频器处于正常状态下的运行参数所对应的特征空间，第一特征空间对应有第一参数；获取单元，用于获取变频器的当前运行参数；第二确定单元，用于确定当前运行参数对应的第二特征空间；第三确定单元，用于根据第一特征空间和第二特征空间确定第二参数；第四确定单元，用于根据第一参数和第二参数确定变频器的健康评估值。

50、本技术的技术方案提出了一种评估装置，上述评估装置可以实现变频器的健康状态的评估，用户根据确定的健康评估值来知悉变频器的当前健康状态，从而执行不同的应对策略。具体地，可以根据确定的健康评估值来预测变频器在后期使用时的状态，以便应对变频器可能出现的故障，降低变频器出现故障对实际使用所带来的影响，同时降低了维护难度。

51、本技术的技术方案是基于以下原理实现的，具体地，确定变频器在正常状态下运行时的第一特征区间，以将第一特征区间所对应的第一参数作为参考值来衡量在变频器后期使用过程中第一参数的变化情况，并基于此变化情况来表征健康评估值。

52、具体地，第一特征区间是基于变频器在正常状态下运行时的运行参数确定的，因此，第一参数可以表征变频器在正常状态下运行时的健康程度，通过获取变频器在使用后的运行参数，也即当前运行参数，将当前运行参数所对应的第二特征空间与第一特征空间进行混合，以便得到当前变频器的健康程度，利用第一参数来表征第二参数的情况，从而得到具有可信度的健康评估值。

53、在上述技术方案中，第二参数的确定是基于第二特征空间与第一特征空间得到的，因此，确定第二参数的时候受到了第一参数的影响，可以理解的是，结合第一参数确定的第二参数，因此，提高了在使用第二参数来表征变频器在使用后的健康程度的可信度，也确保了健康评估值的可信度。

54、在其中一个技术方案中，变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，其包括如主电路、整流器、平波回路、逆变器等。

55、另外，本技术提出的变频器的健康评估装置还具有以下附加技术特征。

56、在上述技术方案中，第四确定单元，具体用于：基于第二参数大于或等于第一参数，健康评估值为第一参数与第二参数的百分比；基于第二参数小于第一参数，健康评估值为100。

57、在该技术方案中，给出了健康评估值的详细确定方案，在该技术方案中，随着变频器的使用，变频器这一设备中的元器件会出现老化，上述老化会在第二参数上体现出现，具体地，随着老化程度越高，第二参数值越大。基于此原理，本技术的技术方案将第一参数与第二参数之间的百分比作为健康评估值，以便利用上述百分比来体现第一参数和第二参数之间的差异。

58、而对于第一参数大于第二参数的情况，认为，当前变频器的状态与正常运行时的状态相近或好于正常运行时的状态，此时，限定健康评估值取值为100，以实现变频器的健康状态的量化，方便用户知悉变频器的健康状态。

59、此外，通过选取百分比的方式来表征健康评估值，以便符合用户的实际使用习惯，提高与用户进行数据交互的使用体验。

60、在其中一个技术方案中，在第一参数小于或等于第二参数的情况下，计算第一参数与第二参数的比值，并基于该比值乘以100以得到前文中的百分比。

61、在上述任一技术方案中，第四确定单元，还用于：根据健康评估值与预设评估阈值的比较结果确定变频器的健康评价结果。

62、在该技术方案中，通过将健康评估值和预设评估阈值进行比较，进而对变频器的当前状态进行评价，方便用户知悉变频器的当前健康状态，以此降低变频器的维护难度。

63、在其中一个技术方案中，预设评估阈值可以是由网关预存储的，也可以是用户设置的。

64、在上述任一技术方案中，预设评估阈值包括依次增大的第一阈值和第二阈值；第四确定单元，具体用于：基于健康评估值小于或等于第一阈值，输出第一健康评价结果；基于健康评估值大于第一阈值、且小于或等于第二阈值，输出第二健康评价结果；基于健康评估值大于第二阈值，输出第三健康评价结果。

65、在该技术方案中，具体给出了预设评估阈值所包含的阈值以及根据阈值确定健康评价结果的详细方案，其中，通过设置第一阈值和第二阈值，以便利用上述三个阈值划分出三个区间，在确定健康评估值之后，根据健康评估值与三个区间的关系来确定对应的健康评价结果。

66、具体地，三个区间分别是小于或等于第一阈值的第一个区间；大于第一阈值、但不超过第二阈值的第二个区间以及大于第二阈值的第三个区间。在实际使用中，将健康评估值与三个区间的边界值进行比较，进而确定健康评估值所归属的区间，进而输出对应的健康评价结果。

67、在其中一个技术方案中，第一、第二以及第三健康评价结果可以采用文字的形式进行输出，也可以采用语音的方式进行输出，还可以采用通知短信的形式输出。

68、在上述任一技术方案中，第四确定单元，还用于：基于输出第一健康评价结果，输出报警信息。

69、在该技术方案中，第一健康评价结果可以理解为，变频器的健康程度较差，也即，变频器处于不健康状态，此时变频器运行会有较大几率出现故障，通过输出报警信息，以便通知维护人员及时对变频器进行维护，进而降低变频器因故障而停止运行的几率。

70、在上述任一技术方案中，报警信息可以是发出报警文字、发出报警声音或触发一级报警事件，其中，一级报警事件可以是调整变频器主要功能运行，如控制变频器停机，或将当前运行的变频器切换至备用的变频器运行，以便降低变频器故障对实际使用的影响。

71、在上述任一技术方案中，报警信息还可以是发出灯光信号，以吸引用户查看，举例来说，发出红色闪烁的灯光信号。

72、在上述任一技术方案中，第四确定单元，还用于：基于输出第二健康评价结果，输出提醒信息。

73、在该技术方案中，第二健康评价结果可以理解为变频器的健康程度较差，也即，变频器处于亚健康状态，此时变频器运行会有较小几率出现故障，通过输出提醒信息，以便提醒维护人员及时对变频器进行维护，进而降低变频器因故障而停止运行的几率。

74、在上述任一技术方案中，提醒信息可以是发出提醒文字、发出提醒声音或触发二级报警事件，其中，二级报警事件可以是调整变频器非主要功能运行，如降低变频器的运行负载压力，或将当前运行的变频器的非主要功能切换至备用的变频器运行，以便降低变频器故障对实际使用的影响。

75、在上述任一技术方案中，提醒信息还可以是发出灯光信号，以吸引用户查看，举例来说，发出黄色闪烁的灯光信号。

76、在上述任一技术方案中，第二确定单元，具体用于：采用预设评估模型对当前运行参数进行编码，得到第二特征空间。

77、在该技术方案中，给出了第二特征空间的确定方式，通过使用预设评估模型进行编码，以便将当前运行参数转化为特征值或特征向量，进而实现数据的统一。

78、在上述任一技术方案中，第一确定单元，具体用于：获取变频器处于正常状态下的运行参数；采用预设评估模型对运行参数进行编码，得到第一特征空间。

79、在该技术方案中，给出了第一特征空间的确定方式，通过使用预设评估模型进行编码，以便将当前运行参数转化为特征值或特征向量，进而实现数据的统一。

80、在上述任一技术方案中，第一确定单元，还用于：获取变频器在第一功率因数下的第一运行参数，作为训练数据集；获取变频器在第二功率因数下的第二运行参数，作为训练测试集，其中，第一功率因数不等于第二功率因数；根据训练数据集对编码-解码模型进行训练，根据训练测试集对训练后的编码-解码模型进行测试，得到预设评估模型。

81、在该技术方案中，给出了预设评估模型的确定方式，通过获取训练数据集，以便利用训练数据集对编码-解码模型训练，并利用训练测试集来验证训练结果，从而确保预设评估模型的可信度。

82、其中，通过限定第一功率因数和第二功率因数是不同的功率因数，以便确保预设评估模型的鲁棒性。

83、在其中一个技术方案中，第一运行参数可以是变频器在以第一功率因数运行下连续多天的运行参数，同样的，第二运行参数可以是变频器在以第二功率因数运行下连续多天的运行参数，在此过程中，充分采集了变频器运行时的运行参数，确保了预设评估模型的可信度。

84、在其中一个技术方案中，采集的数据维度包括：功率因数x1、单元柜体温度x2、交流输出电压有效值x3、交流输出电流有效值x4、三相输入电流x5、三相输出电流x6、两相输入电压x7、两相输出电压x8、输入电压有效值x9、输入电流有效值x10、变频器风机出口风压x11共计11个维度中的一个或多个。

85、在其中一个技术方案中，在采集的数据之后，还需要对采集的数据进行异常值剔除、缺失值补全、归一化等预处理，以便消除采集的数据中的异常，进而提高预设评估模型的可信度。

86、在其中一个技术方案中，可结合专家经验进行异常值的剔除，以便提高预设评估模型的可信度。

87、在其中一个技术方案中，编码-解码模型可以是基于lstm(long short-termmemory，长短期记忆网络)的编码-解码模型，其中，长短期记忆网络是一种时间递归神经网络。

88、在其中一个技术方案中，在对编码-解码模型进行训练之间，还包括：对基于lstm的编码-解码模型进行超参数设定，其中，超参数设定包括：时间序列长度为l、time_step为ts、优化器为adam、损失函数为mse、batch_size为bs、最大训练次数为me、学习率为lr。

89、在上述任一技术方案中，第一参数是第一特征空间内任意两个特征之间的欧氏距离的平均值；第二参数是第一特征空间和第二特征空间内任意两个特征之间的欧氏距离的平均值。

90、根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种变频器的健康评估装置，包括：控制器和存储器，其中，存储器中存储有程序或指令，控制器在执行存储器中的程序或指令时实现如第一方面中任一项方法的步骤。

91、根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种可读存储介质，可读存储介质上存储程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如第一方面中任一项方法的步骤。

92、根据本发明的第五个方面，本发明提供了一种网关，包括：如第二方面或第三方面的健康评估装置；和/或如第四方面的可读存储介质。

93、根据本发明的第六个方面，本发明提供了一种系统，包括：变频器；如第五方面的网关，网关与变频器通信。

94、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。