[发明专利]一种基于小波包分析的交直流充电设备功率器件故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于小波包分析的交直流充电设备功率器件故障诊断方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤(1)：对充电设备功率模块功率器件开路故障进行故障分析，并确定故障分类；

步骤(2):按照所述充电设备功率模块分别建立PWM整流器和DC-DC功率变换器的数学模型；通过simulink仿真获取正常情况和各种故障情况下充电设备功率模块的直流母线输出电压信号；

步骤(3)：对步骤(2)中的直流母线输出电压信号同时进行高频和低频分解，得到低频信号和高频信号；利用小波包分析法，把分解得到的低频信号和高频信号进行n层小波包分解，并在细分的2ⁿ个频带上对小波包分解系数进行重构；提取信号的小波包重构系数计算划分的各个频带信号能量，并进行归一化运算，通过比较归一化后的频带信号能量大小最终确定信号能量的集中频带范围；

步骤(4)：利用小波包重构系数进行功率谱分析，从而确定频带信号的特征频率和功率谱值，将本频段的特征频率与功率谱数据与步骤(1)中分类故障的特征频率与功率谱进行对比分析，从而确定故障类型；

步骤(5)：对步骤(1)中故障类型进行故障类型编码。

2.根据权利要求1所述的基于小波包分析的交直流充电设备功率器件故障诊断方法，其特征在于，步骤(1)中：对于单个或两个功率管开路及短路的组合故障诊断，所述故障分类具体的确定方法如下：

充电设备的功率器件开路故障分为五大类，分别为无IGBT元件故障、单个IGBT元件开路故障、同桥臂的上下两个IGBT元件开路故障、同一半桥的两个IGBT元件开路故障和不同桥臂的两个IGBT元件开路故障。

3.根据权利要求2所述的基于小波包分析的交直流充电设备功率器件故障诊断方法，其特征在于，每一大类细分后共二十二小类：

(一)正常运行情况，无IGBT元件故障；

(二)单个IGBT元件开路故障，设六小类；

(三)同桥臂的上下两个IGBT元件开路故障，设三小类；

(四)不同桥臂的两个IGBT元件开路故障，设六小类；

(五)同一半桥的两个IGBT元件开路故障，设六小类。

4.根据权利要求1所述的基于小波包分析的交直流充电设备功率器件故障诊断方法，其特征在于，步骤(3)，利用小波包分析法，把分解得到的低频信号和高频信号同时进行四层小波包分解；

每一个节点都代表一个小波包系数小波包分解公式为：

式中，a_k-2l、b_k-2l为低通滤波器系数；k,j,l∈Z，j为小波包分解的层数，n＝0,1,2,···,2^j-1；

小波包重构公式为：

式中，h_l-2k，g_l-2k为高通滤波器系数。

5.根据权利要求3所述的基于小波包分析的交直流充电设备功率器件故障诊断方法，其特征在于，选择小波包分解后，将各个频带信号的平方和作为小波包能量，则第i个频带对应的能量值为：

式中，表示经小波包分解后的节点S(j,n)所对应的第k个系数，N表示原始信号的长度，n＝0,1,2,...,2^j-1全部E_i构成小波包能量谱向量：

构造小波包能量谱特征向量T:

为简化分析，对特征向量T进行归一化处理，令

E_s＝∑|E_(4,m)| m＝0,1,···,15 (6)

向量T′即为归一化后的向量。

6.根据权利要求3所述的基于小波包分析的交直流充电设备功率器件故障诊断方法，其特征在于，对步骤(1)中故障类型进行故障类型编码具体方法如下：按照步骤(1)中故障编码分为正常、单管故障、同桥臂故障、同半桥故障、交叉故障这五种类型，其中000表示正常，001表示单管故障，010表示同桥臂故障，011表示同半桥故障，100表示交叉故障；

内部编码中，单管故障有六种情况，单管故障类型编码原则如下：

(1)对桥臂进行编码，其中01为靠近交流测桥臂所在桥臂故障；10为中间桥臂故障；11为靠近直流侧所在桥臂故障；

(2)对上下半桥进行编码，上半桥对应编码为0，下半桥对应编码为1。