[发明专利]一种估计电容器寿命概率分布的方法及系统

说明书

本发明公开了一种估计电容器寿命概率分布的方法及系统，属于电力电子技术领域，方法包括：建立电容器衰减时间和容值衰减比的线性模型；在线性模型中引入随机误差项，并确定随机误差项的分布；基于随机误差项的分布，得到某一容值衰减比观测值对应衰减时间的概率分布；基于给定的置信水平以及得到的对应衰减时间的概率分布，计算对应衰减时间估计值个体和均值的置信区间；给定达到电容器寿命极限时的容值衰减比，从而估计电容器寿命概率分布。如此，本发明不仅能够在小样本数据下得到较为准确的寿命估计值，还可以估计寿命的概率分布，计算不同置信水平下的寿命估计值的置信区间，算法简明易懂，计算量小，易于实现，具有工业应用价值。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种估计电容器寿命概率分布的方法及系统。

背景技术

电容器是电力电子和电机控制系统的重要组件，其健康对于系统的安全运行具有重要意义。传统的电容器寿命估计方法基于额外的硬件或信号注入方法，成本和复杂性较高。而基于数据驱动的算法可以从数据中挖掘老化特征，方便地进行在线监测或离线测试，不需要额外硬件或信号注入，大大减少了成本和复杂性，具有很好的应用前景。

然而，基于数据驱动的算法仍存在一些问题需要推进和完善。例如，个体之间的异质性、测量噪声、不断变化的运行环境等会为寿命估计带来不确定性。为了在实际工业应用中做出更优的决策，我们希望寿命估计算法能够提供不确定性的量化，指出寿命估计值的概率分布和置信区间。一些可行的算法有随机数据驱动、高斯过程回归和相关向量机等，但这些算法复杂性高、运算量大，或者需要较为充足的样本数据。若能在保证估计精度较高和提供不确定性量化的前提下，降低对训练样本数据量的需求，并减小运算量和算法复杂性，对于采用数据驱动算法估计电容器寿命具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种估计电容器寿命概率分布的方法及系统，其目的在于解决现有算法复杂性高、运算量大的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种估计电容器寿命概率分布的方法，包括以下步骤：

S1、建立电容器衰减时间和容值衰减比的线性模型；

S2、在所述线性模型中引入随机误差项，并确定所述随机误差项的分布；

S3、基于所述随机误差项的分布，得到某一容值衰减比观测值对应衰减时间的概率分布；

S4、基于给定的置信水平以及S3得到的对应衰减时间的概率分布，计算所述对应衰减时间估计值个体和均值的置信区间；

S5、给定达到电容器寿命极限时的容值衰减比，从而估计电容器寿命概率分布。

进一步地，所述步骤S1包括：

S11、绘制平均归一化容值数据随时间变化的散点图，得到容值衰减特征；

S12、根据所述衰减特征建立电容器衰减时间和容值衰减比的函数模型，并转化为线性模型；

S13、定义所述线性模型的输入矩阵、输出矩阵以及参数矩阵，用最小二乘法进行回归，通过损失函数最小化得到线性模型参数；

S14、用残差平方和RSS、回归平方和ESS、调整的判定系数和均方根误差RMSE评估所述线性模型；其中，m为解释变量个数，n为观测次数。

进一步地，所述步骤S2包括：

S21、在所述线性模型中引入随机误差项；

S22、用Q-Q图检验并确定所述随机误差项的分布；

S23、计算所述随机误差项概率分布的均值和方差的无偏估计。

进一步地，所述步骤S3包括：