[发明专利]功率变换电路故障阈值确定方法

摘要

本发明公开了一种功率变换电路故障阈值确定方法。该方法首先确定出电路元器件参数与电路性能指标的具体函数关系式，然后基于电路性能指标的允许变化范围，利用区间数学分析理论，确定出元器件参数的变化区间，最终可将任一元器件变化区间的上限值(元器件退化过程中，其参数值增大)或下限值(元器件退化过程中，其参数值减小)作为判定电路健康状况的故障阈值。本发明可用于功率变换电路故障诊断或故障预测技术领域中，电路工作过程中，将实时获取的电路中某一元器件参数，与本发明中求得的该元器件的故障阈值(上限值或下限值)比较，即可判定电路是否故障。本发明为实现功率变换电路的定量分析、有效准确诊断、预测提供了保障。

主权项

一种功率变换电路故障阈值确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用最小二乘非线性拟合法建立功率变换电路各元器件参数关于电路输入电压均值与输出电压均值的函数，即xi＝fi(Uin,Uout)，其中xi为电路中第i个元器件的参数，Uin、Uout分别为电路输入电压均值和输出电压均值，fi为所建函数，i＝1,2,…,n，n为电路元器件的个数；步骤(1)中构建功率变换电路各元器件参数关于电路输入电压与输出电压均值函数的具体步骤为：(1.1)设定输入电压均值Uin的变化范围为[(100‑p1)％Uin0，(100+p2)％Uin0]，Uin0为额定输入电压均值，p1和p2为设定数值，取值范围0～10；则在[(100‑p1)％Uin0，(100+p2)％Uin0]范围内随机选取N个值作为电路计算机仿真时的输入电压Uin,j，其中j＝1,2,…,N；p1＝5，p2＝5；(1.2)对功率变换电路进行计算机仿真，获取N组电路各元器件参数在规定容差范围内的输出电压均值记为Uout,j，其中j＝1,2,…,N,具体步骤为：(1.2.1)利用仿真平台，搭建功率变换电路工作原理图；(1.2.2)设置功率变换电路中各元器件参数的容差范围为各元器标称参数的95％～105％，则在各元器件参数的容差范围内随机选取N组元器件参数值，记为Xp＝(x1,p,x2,p,…,xn,p),其中p＝1,2,…,N，n为电路元器件的个数；(1.2.3)设置步骤(1.2.1)中所建功率变换电路原理图中各元器件参数值分别为步骤(1.2.2)中所确定的Xp＝(x1,p,x2,p,…,xn,p)，以步骤(1.1)中选择的输入电压Uin,j作为电路的输入电压，对电路进行计算机仿真，根据仿真结果得到对应的N组输出电压Uout,j，其中，p＝1,2,…,N，j＝1,2,…,N，n为电路元器件的个数；(1.2.4)利用步骤(1.2.3)中的仿真数据xi,p、Uin,j与Uout,j，采用最小二乘函数拟合法建立元器件参数xi关于输入电压均值Uin与输出电压均值Uout函数，即xi＝fi(Uin,Uout)，其中i＝1,2,…,n，p＝1,2,…,N，j＝1,2,…,N，构建函数的表达式为：xi＝fi(Uin,Uout)＝ai,3Uin3+ai,2Uin2+ai,1Uin+bi,3Uout3+bi,2Uout2+bi,1Uout+ci其中，ai,3、ai,2、ai,1、bi,3、bi,2、bi,1与ci为待定系数，利用最小二乘法求得；(2)电路性能设定所允许的输入电压均值Uin与输出电压均值Uout的变化范围分别作为输 入电压均值的变化区间[Uin,min,Uin,max]与输出电压均值的变化区间[Uout,min,Uout,max]；(3)对步骤(1)所建的元器件参数关于电路输入电压均值与输出电压均值的函数xi＝fi(Uin,Uout)利用泰勒级数展开，结合步骤(2)所设定的输入电压均值的变化区间[Uin,min,Uin,max]与输出电压均值的变化区间[Uout,min,Uout,max]，利用区间数学分析方法，求解出对应第i个元器件参数的变化区间[xi,min,xi,max]，若第i个元件在退化过程中，其参数值减少，则下限值xi,min作为电路故障阈值；若第i个元件在退化过程中，其参数值增大，则上限值xi,max作为电路故障阈值；所述步骤(3)中，利用区间数学分析方法，求解出电路元器件参数的变化区间[xi,min,xi,max]的计算步骤为：(3.1)在处对函数xi＝fi(Uin,Uout)进行泰勒级数展开，得到：对上式(1)取至右边二阶导数项部分，得到：(3.2)在输入电压均值Uin与输出电压均值Uout的变化区间为[Uin,min,Uin,max]、[Uout,min,Uout,max]时，对上式(2)进行区间运算可得到xi的变化区间，记为[xi,min,xi,max]。