高频时序数据计算系统及其在柔直站IGBT故障诊断中的应用

陈诗佳; 史英杰; 史金伟; 周淳; 周时颉; 马元奎

doi:10.7500/AEPS20250903002

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高频时序数据计算系统及其在柔直站IGBT故障诊断中的应用

工程技术前沿 | 更新时间：2026-11-04

- 高频时序数据计算系统及其在柔直站IGBT故障诊断中的应用
- High-frequency Time-series Data Computing System and Its Application in Insulated Gate Bipolar Transistor Fault Diagnosis of Flexible DC Transmission Station
- 电力系统自动化 2026年50卷第21期页码：215-223
- 作者机构：
  
  1.南京南瑞瑞中数据股份有限公司，江苏省南京市 211106
  2.国网电力科学研究院有限公司（南瑞集团有限公司），江苏省南京市 211106
- 作者简介：
  
  陈诗佳(1999—)，女，硕士，助理软件工程师，主要研究方向：量测系统与数据分析—大规模量测与关系数据的高性能融合计算。E-mail：schen_937@163.com
  史英杰(1983—)，男，通信作者，硕士，高级工程师，主要研究方向：量测系统与数据分析—大规模量测与关系数据的高性能融合计算。E-mail：shiyingjie@sgepri.sgcc.com.cn
  史金伟(1982—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：量测系统与数据分析—大规模量测与关系数据的高性能融合计算。E-mail：shijinwei@sgepri.sgcc.com.cn
- 基金信息：
  
  南京南瑞瑞中数据股份有限公司科技项目：“海迅分布式时序数据库数据访问能力提升关键技术研究和应用”(524623250004)
- DOI：10.7500/AEPS20250903002
  中图分类号：
- 收稿：2025-09-03，
  
  修回：2026-02-12，
  
  网络首发：2026-06-25，
  
  纸质出版：2026-11-10
- 稿件说明：
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陈诗佳,史英杰,史金伟等.高频时序数据计算系统及其在柔直站IGBT故障诊断中的应用[J].电力系统自动化,2026,50(21):215-223.

CHEN Shijia,SHI Yingjie,SHI Jinwei,et al.High-frequency Time-series Data Computing System and Its Application in Insulated Gate Bipolar Transistor Fault Diagnosis of Flexible DC Transmission Station[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(21):215-223.
陈诗佳,史英杰,史金伟等.高频时序数据计算系统及其在柔直站IGBT故障诊断中的应用[J].电力系统自动化,2026,50(21):215-223. DOI： 10.7500/AEPS20250903002.

CHEN Shijia,SHI Yingjie,SHI Jinwei,et al.High-frequency Time-series Data Computing System and Its Application in Insulated Gate Bipolar Transistor Fault Diagnosis of Flexible DC Transmission Station[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(21):215-223. DOI： 10.7500/AEPS20250903002.

摘要

在柔性直流输电站（简称柔直站）中，高频时序数据的计算处理能力是保障以绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为代表的关键器件安全可靠运行的关键。传统计算方法在处理具有高频特征的IGBT故障录波数据时，常因实时性不足、时间对齐误差大等问题，难以满足快速故障诊断与隔离的需求。为此，文中面向柔直站IGBT高频监测与故障诊断场景，提出一种高频时序数据计算系统。该系统采用双缓冲乱序纠偏方法来保障高吞吐数据完整对齐，设计流式动态延迟计算引擎以实现微秒级断面处理，并引入可重入计算窗口校验机制来提升结果可靠性。实验结果表明，该系统在IGBT故障诊断等应用场景中能显著提高数据计算的实时性与准确性，为柔直站关键器件状态监测与快速故障隔离提供有效支持。

Abstract

In a flexible DC transmission station

the computing and processing capability of high-frequency time-series data is critical to ensuring the safe and reliable operation of key devices represented by insulated gate bipolar transistors (IGBTs). When handling high-frequency IGBT fault recording data

traditional computing methods often suffer from insufficient real-time performance and large time alignment errors

making it difficult to meet the requirements for rapid fault diagnosis and isolation. To address this issue

this paper proposes a high-frequency time-series data computing system for the scenario of high-frequency monitoring and fault diagnosis of IGBTs in flexible DC transmission stations. The system adopts a double-buffer out-of-order correction method to guarantee the complete alignment of high-throughput data

designs a streaming dynamic delay computation engine to achieve microsecond-scale snapshot processing

and introduces a reentrant computation window verification mechanism to improve result reliability. Experimental results show that the proposed system can significantly enhance the real-time performance and accuracy of data computation in application scenarios such as IGBT fault diagnosis

and provide effective support for condition monitoring and rapid fault isolation of key components in flexible DC transmission stations.

关键词

Keywords

references

冯甘雨，李学宝，陶琛，等 . 高压大功率IGBT短路失效机理及保护技术研究综述［J］. 电工技术学报， 2025 ， 40 （ 16 ）： 5044 - 5067 .

Feng Ganyu ， Li Xuebao ， Tao Chen ， et al . A review of short-circuit failure mechanism and protection technology of high-voltage and high-power IGBT device ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2025 ， 40 （ 16 ）： 5044 - 5067 .

故障录波装置现场检验规程［Z］. 湖南：马迹塘水电厂， 2017 .

Field inspection procedures for fault recording device ［Z］. Hunan ： Majitang Hydroelectric Power Plant ， 2017 .

刘淼，夏雨虹，赵海涛，等 . 面向6G工业物联网的联邦学习：从需求、愿景到挑战、机遇［J］. 电子与信息学报， 2024 ， 46 （ 12 ）： 4335 - 4353 .

Liu Miao ， Xia Yuhong ， Zhao Haitao ， et al . Federated learning technologies for 6G industrial Internet of Things： from requirements， vision to challenges， opportunities ［J］. Journal of Electronics & Information Technology ， 2024 ， 46 （ 12 ）： 4335 - 4353 .

陈勇，张树道，姚栋，等 . 基于动态时间规整的子通道程序数据同化技术研究［J］. 核动力工程， 2025 ， 43 （ 1 ）： 13 - 19 .

Chen Yong ， Zhang Shudao ， Yao Dong ， et al . Data assimilation technology for subchannel program based on dynamic time warping ［J］. Nuclear Power Engineering ， 2025 ， 43 （ 1 ）： 13 - 19 .

王恒，王平，刘渝灿，等 . 工业无线网络的精确时间同步方法： CN101335587B ［P］. 2011-04-13 .

Wang Heng ， Wang Ping ， Liu Yucan ， et al . Precise time synchronization method for industrial wireless networks ： CN101335587B ［P］. 2011-04-13 .

Dageville B ， Cruanes T ， Zukowski M ， et al . The snowflake elastic data warehouse ［C］// International Conference on Management of Data ， 2016 ： 215 - 226 .

Carbone P ， Katsifodimos A ， Ewen S ， et al . Apache Flink： stream and batch processing in a single engine ［J］. IEEE Computer Society ， 2015 ， 38 （ 4 ）： 28 - 38 .

Apache Spark official documentation ［EB/OL］. ［ 2025-03-19 ］. https：//spark.apache.org/docs/latest/ https://spark.apache.org/docs/latest/ .

Zaharia M ， Ghodsi A ， Xin R ， et al . Lakehouse： a new generation of open platforms that unify data warehousing and advanced analytics ［C］// 11th Annual Conference on Innovative Data Systems Research （CIDR’21 ）， 2021 .

Amazon Web Services ， Inc . AWS timestream ［EB/OL］. ［ 2026-01-12 ］. https：//docs.aws.amazon.com/zh_cn/AWSCloud Formation/latest/TemplateReference/AWS_Times tream.html https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/AWSCloudFormation/latest/TemplateReference/AWS_Timestream.html .

李加文，孙永辉，王森，等 . 计及异常场景数据缺失的负荷超短期预测［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 15 ）： 133 - 143 .

Li Jiawen ， Sun Yonghui ， Wang Sen ， et al . Ultra-short-term load forecasting considering missing data in anomalous scenarios ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 15 ）： 133 - 143 .

毛玲，赵建辉，林涛，等 . 数据缺失下基于变递推间隔修正辅助模型的电池荷电状态估计［J］. 电力系统保护与控制， 2025 ， 53 （ 22 ）： 132 - 140 .

Mao Ling ， Zhao Jianhui ， Lin Tao ， et al . State of charge estimation of lithium-ion batteries under data loss based on a variable recursive interval correction auxiliary model ［J］. Power System Protection and Control ， 2025 ， 53 （ 22 ）： 132 - 140 .

Chzhen Di Yuan . 面向工业场景时序数据的流式计算框架的研究与实现［D］. 沈阳：辽宁大学， 2024 .

Chzhen Di Yuan . Research and implementation of stream computing framework for time-series data in industrial scenarios ［D］. Shenyang ： Liaoning University ， 2024 .

陈晓峰，成亚勇 . 时序大数据流式计算处理在航天测控中心系统设计的应用研究［J］. 中国新通信， 2024 ， 26 （ 12 ）： 17 - 19 .

Chen Xiaofeng ， Cheng Yayong . Research on application of streaming computing processing of time series big data in space TT&C center system design ［J］. China New Telecommunications ， 2024 ， 26 （ 12 ）： 17 - 19 .

Sun D W ， Fan Y N ， Zhang N ， et al . Pa-Stream： pattern-aware scheduling for distributed stream computing systems ［J］. Cluster Computing ， 2026 ， 29 ： 52 .

Dan D H ， Chen Y H ， Ge L F ， et al . A novel stream computing engine for virtual dynamic response of bridge digital twins under real-time traffic load： framework and experimental validation ［J］. Mechanical Systems and Signal Processing ， 2025 ， 239 ： 112978 .

陈元榉，刘媛媛，张延旭，等 . 基于CloudSim的电力系统计算云原生模型与仿真方法［J］. 电力自动化设备， 2024 ， 44 （ 9 ）： 189 - 196 .

Chen Yuanju ， Liu Yuanyuan ， Zhang Yanxu ， et al . Computing cloud native model and simulation method based on CloudSim for power system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2024 ， 44 （ 9 ）： 189 - 196 .

李奇南，孙宝奎，孙华东，等 . 柔性直流输电系统中高频振荡研究综述［J］. 电力自动化设备， 2025 ， 45 （ 1 ）： 156 - 171 .

Li Qinan ， Sun Baokui ， Sun Huadong ， et al . Review of research on medium and high frequency oscillation in VSC-HVDC transmission system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2025 ， 45 （ 1 ）： 156 - 171 .

李炳森，王成山，朱介北，等 . 基于物联网的低压配电二次系统灵活自组网通信技术研究［J］. 电力系统保护与控制， 2025 ， 53 （ 17 ）： 114 - 121 .

Li Bingsen ， Wang Chengshan ， Zhu Jiebei ， et al . Research on flexible self-organizing network communication technology for low voltage distribution secondary systems based on the internet of things ［J］. Power System Protection and Control ， 2025 ， 53 （ 17 ）： 114 – 121 .

Paculanan L ， Garlitos J N . The easy steps to calculate sampling clock jitter for isolated， precision high speed DAQs ［J］. Instrumentation Monthly ， 2022 （ 3 ）： 18 - 22 .

Hennessy J . Computer architecture： a quantitative approach ［M］. Boston ： Morgan Kaufmann ， 2007 .

Takagi T ， Sugeno M . Fuzzy identification of systems and its applications to modeling and control ［J］. IEEE Transactions on Systems， Man， and Cybernetics ， 1985 ， 15 （ 1 ）： 116 - 132 .

Wang L X ， Mendel J M . Fuzzy basis functions， universal approximation， and orthogonal least-squares learning ［J］. IEEE Transactions on Neural Networks ， 1992 ， 3 （ 5 ）： 807 - 814 .

史英杰，王远，朱恒，等 . 一种实时数据库备份恢复方法［J］. 计算机应用， 2016 ， 36 （增刊1 ）： 54 - 57 .

Shi Yingjie ， Wang Yuan ， Zhu Heng ， et al . Backup and recovery method for real-time database system ［J］. Journal of Computer Applications ， 2016 ， 36 （ S1 ）： 54 - 57 .

王晨苑，何怡刚，王传坤，等 . 高压多芯片并联IGBT模块故障监测方法［J］. 电子测量与仪器学报， 2020 ， 34 （ 10 ）： 98 - 106 .

Wang Chenyuan ， He Yigang ， Wang Chuankun ， et al . Method for fault monitoring of high-voltage multi-chip parallel IGBT module ［J］. Journal of Electronic Measurement and Instrumentation ， 2020 ， 34 （ 10 ）： 98 - 106 .

范迦羽，李恬晨，和峰，等 . IGBT器件关断能力提升的参数筛选方法研究［J］. 华北电力大学学报（自然科学版）， 2024 ， 51 （ 6 ）： 58 - 66 .

Fan Jiayu ， Li Tianchen ， He Feng ， et al . Research on parameter screening method for improving the turn-off capability of IGBT devices ［J］. Journal of North China Electric Power University （Natural Science Edition）， 2024 ， 51 （ 6 ）： 58 - 66 .

任宏宇，余瑶怡，杜雄，等 . 基于优化长短期记忆神经网络的IGBT寿命预测模型［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 4 ）： 1074 - 1086 .

Ren Hongyu ， Yu Yaoyi ， Du Xiong ， et al . IGBT lifetime prediction model based on optimized long short-term memory neural network ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 4 ）： 1074 - 1086 .

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