[发明专利]一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法，首先采集待测实际电力电子电路负载电压信号，根据待测实际电力电子电路的工作原理及标称元器件参数建立初始数字孪生模型；将采集的负载电压信号以及待测实际电力电子电路运行状态映射到初始数字孪生模型中，得到待测实际电力电子电路与初始数字孪生模型的负载电压建立残差表达式以及误差平方和目标函数，利用最小二乘算法优化目标函数，实现初始数字孪生模型的更新，最终实现对待测实际电力电子电路的元器件参数估计，得到参数估计值，分析参数估计值诊断出故障位置，最终实现对待测电力电子电路的故障诊断。

技术领域

本发明涉及电力电子电路故障诊断技术领域，特别地，涉及一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法。

背景技术

现代电力电子电路被广泛应用于工业、军事、航空航天等领域，由于现代电子行对高速、高精度和灵活性的要求，设备可靠性和操作安全性成为关键问题。保证设备长期可靠运行的关键不仅在于设计之初对设备故障因素的考虑，同时还需要在设备运行过程对设备进行加强监测和分析。然而考虑到故障的复杂性以及故障与相应的系统响应之间的复杂关系，目前仅利用基于电路本身采集的信号进行故障进行故障诊断的方法，并不能对故障进行实时、精准定位，因此，如何进一步提高设备故障诊断的准确性成为本技术领域亟需解决的问题。

为此，本发明提出一种基于数字孪生的电力电子故障诊断方法为实现有效预测，以物理电路与虚拟模型的交互形式出现，从而实现对系统物理过程的更深理解，以及更好地控制生产过程。同时也为电力电子电路的故障诊断提供了一种新思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的电力电子电路的故障诊断方法，用于电力电子设备故障诊断，可以进一步提高设备故障诊断的准确性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

基于数字孪生的电力电子电路的故障诊断方法，包括以下步骤(1)～(7)：

1、一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤(1)：通过传感器模块采集待测实际电力电子电路运行过程中的负载电压信号，将采集的数据通过蓝牙传输模块传输至上位机的Matlab工作区；

步骤(2)：根据待测实际电力电子电路的工作原理及标称元器件参数，基于Matlab/Simulink平台构建后缀名为.slx的仿真电路作为初始数字孪生模型；

步骤(3)：通过所建初始数字孪生模型读取步骤(1)中的上位机的Matlab工作区的实际电力电子电路负载电压信号，实现实际电力电子电路的参数数据的实时传输；

步骤(4)：通过初始数字孪生模型得到的模型负载电压信号与待测实际电力电子电路负载电压信号之间建立残差表达式e(t)及待测实际电力电子电路与初始数字孪生模型的误差平方和目标函数F(t)；

步骤(5)：利用最小二乘算法实时拟合待测实际电力电子电路负载电压信号，使初始数字孪生模型进行更新并优化误差平方和目标函数F(t)；

步骤(6)：将初始数字孪生模型第n次更新得到的参数估计值(R_t，L_t，C_t)代替第n+1次初始数字孪生模型更新的元器件参数值来进行更新，使得误差平方和目标函数F(t)降到最小；

步骤(7)：判断步骤(6)得到的待测实际电力电子电路元器件的参数估计值(R_t，L_t，C_t)，判断得到的元器件参数估计值是否在其容差范围内，是则电路无故障，否则电路故障，故障定位为参数值超过相应容差范围的电力电子电路元器件，实现在Matlab/Simulink平台中对待测实际电力电子电路的在线故障诊断定位。