CN111475966A - 一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法 - Google Patents

一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111475966A
CN111475966A CN202010379578.8A CN202010379578A CN111475966A CN 111475966 A CN111475966 A CN 111475966A CN 202010379578 A CN202010379578 A CN 202010379578A CN 111475966 A CN111475966 A CN 111475966A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electronic circuit
power electronic
actual power
digital twin
load voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010379578.8A
Other languages
English (en)
Inventor
张�杰
姜媛媛
夏玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui University of Science and Technology
Original Assignee
Anhui University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui University of Science and Technology filed Critical Anhui University of Science and Technology
Priority to CN202010379578.8A priority Critical patent/CN111475966A/zh
Publication of CN111475966A publication Critical patent/CN111475966A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
  • Test And Diagnosis Of Digital Computers (AREA)

Abstract

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。

Description

一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法
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(Rt，Lt，Ct)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(Rt，Lt，Ct)，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。
2、如权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法，所述步骤(4)中所述的残差表达式e(t)和误差平方和目标函数F(t)的具体建立步骤：
步骤2.1：首先，通过待测实际电力电子电路负载电压信号和初始数字孪生模型负载电压信号，建立数字孪生模型的残差表达式：
e(t)＝yref(t)-ysim(t)
其中t为[0，1，…，N]；其中N为样本数；yref为待测实际电力电子电路负载电压信号；ysim为数字孪生模型输出负载电压信号；
步骤2.2：通过得到的模型残差e(t)建立误差平方和目标函数F(t)：
Figure BDA0002478054080000031
其中N为样本数。
附图说明
图1为一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行进一步说明：
本发明提供一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法，其总体思路为：
首先通过智能传感器采集待测实际电力电子电路负载电压信号，然后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；将采集到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虚拟模型中，并进一步得到待测实际电力电子电路与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。之后利用最小二乘法对目标函数进行优化，从而减小残差，实现数字孪生模型的更新，最后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。
如图1所示，本发明的一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法，具体实施包括以下步骤(1)～(7)：
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(Rt,Lt,Ct)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(Rt,Lt,Ct)，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。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法，其特征在于，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，实现初始数字孪生模型与实际电力电子电路的参数数据的传输；
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(Rt,Lt,Ct)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(Rt,Lt,Ct)，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实际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。
2.如权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤(4)中所述的残差表达式e(t)和误差平方和目标函数F(t)的具体建立步骤：
步骤2.1：首先，通过待测实际电力电子电路负载电压信号和初始数字孪生模型负载电压信号，建立数字孪生模型的残差表达式：
e(t)＝yref(t)-ysim(t)
其中t为[0,1,…,N]；其中N为样本数；yref为待测实际电力电子电路负载电压信号；ysim为数字孪生模型输出负载电压信号；
步骤2.2：通过得到的模型残差e(t)建立误差平方和目标函数F(t)：
Figure FDA0002478054070000011
其中N为样本数。
CN202010379578.8A 2020-05-06 2020-05-06 一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法 Pending CN111475966A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010379578.8A CN111475966A (zh) 2020-05-06 2020-05-06 一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010379578.8A CN111475966A (zh) 2020-05-06 2020-05-06 一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111475966A true CN111475966A (zh) 2020-07-31

Family

ID=71757522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010379578.8A Pending CN111475966A (zh) 2020-05-06 2020-05-06 一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111475966A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112531694A (zh) * 2020-11-27 2021-03-19 国网重庆市电力公司电力科学研究院 基于数字孪生技术的交直流混合电网全域实时模拟方法
CN113467420A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 通号城市轨道交通技术有限公司 区域控制器故障检测方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103853889A (zh) * 2014-03-12 2014-06-11 南京航空航天大学 一种基于键合图的电力电子系统故障诊断方法
KR102014067B1 (ko) * 2018-07-04 2019-08-26 엘에스산전 주식회사 아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치 및 이를 이용한 오동작 방지 방법
US20190302710A1 (en) * 2018-03-30 2019-10-03 General Electric Company System and method for mechanical transmission control
CN110442936A (zh) * 2019-07-24 2019-11-12 中国石油大学(北京) 基于数字孪生模型的设备故障诊断方法、装置及系统
CN110658414A (zh) * 2019-11-08 2020-01-07 上海科技大学 基于模型的电力电子参数性故障检测方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103853889A (zh) * 2014-03-12 2014-06-11 南京航空航天大学 一种基于键合图的电力电子系统故障诊断方法
US20190302710A1 (en) * 2018-03-30 2019-10-03 General Electric Company System and method for mechanical transmission control
KR102014067B1 (ko) * 2018-07-04 2019-08-26 엘에스산전 주식회사 아날로그-디지털 변환기 고장을 진단하는 지능형 전자장치 및 이를 이용한 오동작 방지 방법
CN110442936A (zh) * 2019-07-24 2019-11-12 中国石油大学(北京) 基于数字孪生模型的设备故障诊断方法、装置及系统
CN110658414A (zh) * 2019-11-08 2020-01-07 上海科技大学 基于模型的电力电子参数性故障检测方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JINJIANG WANG，LUNKUAN YE，ROBERT X. GAO，CHEN LI，LAIBIN ZHANG: "Digital Twin for rotating machinery fault diagnosis in smart manufacturing", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF PRODUCTION RESEARCH》 *
文小玲，尹项根，谭尚毅: "一种电力电子电路故障诊断方法", 《电工技术杂志》 *
王林国: "基于混杂系统模型的电力电子电路参数性故障诊断", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
胡凡成: "基于Unity 3D的实时数据驱动数字化车间研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 经济与管理科学辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112531694A (zh) * 2020-11-27 2021-03-19 国网重庆市电力公司电力科学研究院 基于数字孪生技术的交直流混合电网全域实时模拟方法
CN112531694B (zh) * 2020-11-27 2022-05-20 国网重庆市电力公司电力科学研究院 基于数字孪生技术的交直流混合电网全域实时模拟方法
CN113467420A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 通号城市轨道交通技术有限公司 区域控制器故障检测方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110442936B (zh) 基于数字孪生模型的设备故障诊断方法、装置及系统
CN109709934B (zh) 一种飞行控制系统故障诊断冗余设计方法
CN109813544B (zh) 一种基于在线监测的旋转机械早期故障诊断方法及系统
CN110596506A (zh) 基于时间卷积网络的变换器故障诊断方法
CN111475966A (zh) 一种基于数字孪生的电力电子电路故障诊断方法
CN111669123A (zh) 用于对光伏组串进行故障诊断的方法和装置
CN115453356B (zh) 一种动力设备运行状态监测分析方法、系统、终端及介质
CN114936504A (zh) 基于贝叶斯多源数据融合的设备剩余寿命预测方法及系统
CN116659803A (zh) 基于天平零点在线监测获取连续式风洞气动力载荷的方法
EP4002021A1 (en) System for monitoring a circuit breaker
CN105759217B (zh) 一种基于可测数据的铅酸蓄电池组在线故障诊断方法
CN115825732A (zh) 特征关联的永磁同步电机驱动系统开路故障智能诊断方法
CN115358294A (zh) 一种高速列车牵引系统的微小故障检测方法
CN110146120B (zh) 一种传感器故障诊断方法及系统
CN114565318A (zh) 目标信号的有效性判断方法、处理方法、装置及决策系统
CN113075547A (zh) 电机数据的采集方法及系统
CN118330395B (zh) 基于多维性能监测的电缆故障监管方法及系统
CN117433591B (zh) 基于多传感器数据的自动化设备监测系统
CN117908522B (zh) 基于模拟分析的发控设备故障定位方法
CN118033525B (zh) 一种基于数据相关性的工业仪表故障检测方法
CN113987951B (zh) 一种高镍锍浮选过程建模中的数据样本筛选及重构方法
CN118625720B (zh) 一种工业控制方法、电子设备及计算机可读存储介质
CN118174805B (zh) 光伏水泵逆变器数据读取分析系统及方法
CN117330119A (zh) 一种温湿度应力共同作用下传感器可靠性测试方法
CN116861651A (zh) 基于数字孪生的电力变压器诊断方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200731

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication