一種變工況下Buck-Boost電路故障特征提取方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子電路故障特征提取技術領域，尤其涉及一種變工況下Buck-Boost 電路故障特征提取方法。
【背景技術】
[0002] 在21世紀，受節(jié)能環(huán)保大趨勢的推動，在新能源發(fā)電、大規(guī)模儲能裝置，以及電動 汽車等領域，人們對電力電子裝置的電壓等級和功率等級的要求不斷提高，其中，Buck-Boost 電路正受到越來越多的關注 ，對 Buck-Boost 電路的故障特征提取的研究具有重要意 義和應用前景。目前，Buck-Boost電路的故障特征提取方法易受輸入電壓、負載等外部工況 的影響，所提取故障特征參數(shù)難以適用于變工況下的故障診斷與預測。為此，本發(fā)明給出一 種變工況下Buck-Boost電路故障特征提取方法，首先基于電路拓撲結構與工作原理構建電 路的兩種頻域特性，通過對電路信號進行離散二進小波變換分析獲取相應頻域特性，再利 用貓群算法辨識各元器件參數(shù)，將所辨識的電路元器件參數(shù)作為電路故障特征參數(shù)，用以 判定電路故障情況，對恒定工況或工況變化下的Buck-Boost電路故障診斷與預測均適用。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種變工況下Buck-Boost電路故障特征提取方法，該方法 不受外部工作狀況的影響，能夠準確地進行Buck-Boost電路的故障特征提取。
[0004] 為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：
[0005] -種變工況下Buck-Boost電路故障特征提取方法，包括以下步驟(1)~(4):
[0006] (1)獲取Buck-Boost電路的兩種頻域特性，具體步驟為：
[0007] 首先，根據(jù)連續(xù)導通（CCM)模式下的理想開關變換器統(tǒng)一電路模型構建Buck-Boost電路的輸出對輸入的傳遞函數(shù)G vg(s)和輸出對控制的傳遞函數(shù)Gvd (s)，即：
[0010] 其中，為輸出電壓，U⑷為輸入電壓，）⑷為擾動控制量，小寫字母上面加~
[0008]
[0009] 表示小信號分量，D和D'為變比為1:M(D)的理想變壓器中M(D)的值，V表示輸出電壓穩(wěn)態(tài)值， R表不電阻值，L表不電感值，C表不電容值；
[0011] 然后，將S = jw分別代入式⑴和式⑵得到電路的兩種頻域特性：
[0012]
[0013]
[0014] (2)通過監(jiān)測CCM模式下的Buck-Boost電路的輸出電壓^⑴，輸入電壓，控制 擾動量狀態(tài)信號時域波形，對所采集的三種信號進行小波變換獲取三種信號的頻譜， 進而獲取輸出對輸入的幅頻特性|Gvg(jw) |，以及輸出對控制的幅頻特性|Gvd(jW) |，其中 ? I表示取幅值。
[0015] (3)電路中主要元器件為電感，電容和電阻，基于步驟(2)測試獲取的兩種幅頻特 性，利用貓群算法辨識各元器件參數(shù)，分別獲取電路兩種幅頻特性下對應的電路各元器件 參數(shù)值，記為(L vg，Cvg，Rvg)，（Lvd，Cvd，Rvd)。
[0016] (4)將步驟⑶得到的兩組元器件參數(shù)值〇^，(^，'），〇^，(^，1^)加權平均，得 到最終的電路各元器件參數(shù)值為(L，C，R)，并以電路元器件參數(shù)值(L，C，R)作為電路故障特 征參數(shù)，從而實現(xiàn)變工況下Buck-Boost電路故障特征提取。
[0017] 本發(fā)明的一種變工況下Buck-Boost電路故障特征提取方法，所述步驟(2)的小波 變換采用離散二進小波變換，離散二進小波變換為現(xiàn)有成熟技術，具體原理此處不再贅述。
[0018] 本發(fā)明的一種變工況下Buck-Boost電路故障特征提取方法，所述步驟(3)中利用 貓群算法進行電路元器件參數(shù)辨識，獲取電路中兩種幅頻特性下對應的電路各元器件參數(shù) 值，具體步驟為：
[0019] (3.1)設定算法分組率λ，基因改變域SRD，記憶池 SMP = j(j為記憶池的容量），每只 貓的初始三維位置（lvg，cvg，rvg)，貓群數(shù)量β，終止迭代數(shù)ζ，適應度誤差Θ，根據(jù)分組率λ隨機 地將數(shù)量為β的貓群分為搜尋模式和跟蹤模式并進行標記，搜尋模式的貓標記為〇，而跟蹤 模式標記為1，在搜尋模式下，每只貓對自身位置（l vg，cvg，rvg)復制若干份放入記憶池 SMP 中，對記憶池中的每個個體副本隨機地加上或者減去SRD%(改變域由百分率表示），并用更 新后的位置j、)代替原來的位置;選擇式(3)作為適應度函數(shù)，而實際測量得到 的I Gvg( jw) |作為理想適應度值(即對應的優(yōu)化目標最佳值），并依此計算更新后的每個副本 的適應度值，通過計算個體適應度值與最優(yōu)適應度值之間的誤差Θ大小來判斷個體的適應 度優(yōu)劣，選擇適應度最好的副本的位置來替換當前位置，完成貓的位置更新；
[0020] (3.2)接下來進入跟蹤模式，在跟蹤模式下，根據(jù)公式(5)
[0021 ] Vi,z(t+1) =Vi,z(t)+r*c*(Xbest,z(t)-Xi,z(t))..................(5)
[0022]來更新貓自身的速度，其中，z = l，2,3表示維數(shù)，Vl,z(t+1)表示更新后第i只貓在 第z維的速度值(i表示貓群數(shù)量β中的一只)Xbe3St,z(t)表示貓群中當前具有最好適應度值的 貓的位置， Xl,z(t)指當前第i只貓在第z維的位置，一是個常量，f是一個[0，1]之間的隨機 值，判斷每一維的速度變化是否都在SRD內，如果每一維改變后的值超過了SRD的限制范圍， 則將其設定為給定的邊界值;根據(jù)公式(6)
[0023] Xi,z(t+1) = xi,z(t)+vi,z(t+l)...........................(6)
[0024] 利用更新后的速度來更新貓的位置，其中，z = l，2,3表示維數(shù)，式中Xl(t+1)表示 第i只貓更新后的位置；
[0025] (3.3)當貓完成搜尋模式和跟蹤模式后，根據(jù)適應度函數(shù)計算它們的適應度并保 留當前群體中最好的三維位置，再根據(jù)結合率MR更新群體，MR表示執(zhí)行跟蹤模式下的貓的 數(shù)量在整個貓群中所占的比例，以終止迭代數(shù)ζ、適應度誤差Θ作為算法結束條件，滿足則結 束算法，否則，繼續(xù)進行迭代，轉向適應度計算;算法結束后得到的最優(yōu)位置(L vg，Cvg，Rvg)即 為電路待辨識元器件參數(shù)值；
[0026] (3.4)同理用式(4)作為適應度函數(shù)，應用上述貓群算法得到另外一個最優(yōu)解(Lvd， Cvd , Rvd ) 〇
[0027] 本發(fā)明的一種變工況下Buck-Boost電路故障特征提取方法，將所述步驟(3)中兩 個適應度函數(shù)得到的兩組電路參數(shù)(L vg，Cvg，Rvg)和(Lvd，Cvd，Rvd)加權平均，具體實現(xiàn)為：
[0028] L = 0.4Lvg+0.6Lvd ； C = 0.6Cvg+0.4Cvd ； R = 0.3Rvg+0.7Rvd ；
[0029] 從而得到最終的一組電路元器件參數(shù)值(L，C，R)，實現(xiàn)變工況下Buck-Boost電路 故障特征提取。
【附圖說明】
[0030] 圖1是一種變工況下Buck-Boost電路故障特征提取方法流程圖；
[0031]圖2是貓群算法流程圖；
[0032]圖3是CCM模式下的理想開關變換器統(tǒng)一電路模型；
[0033] 圖4是Buck-Boost電路基本電路圖。
【具體實施方式】
[0034]本發(fā)明提供一種變工況下Buck-Boost電路故障特征提取方法，該方法不受外部工 作狀況的影響，能夠準確地進行Buck-Boost電路的故障特征提取。
[0035]為了達成上述目的，本發(fā)明的【具體實施方式】如下：
[0036] (1)首先獲取Buck-Boost電路的兩種頻域特性，具體步驟為：
[0037] 根據(jù)連續(xù)導通(CCM)模式下的理想開關變換器統(tǒng)一電路模型構建Buck-Boost電路 的輸出對輸入的傳遞函數(shù)Gvg(s)和輸出對控制的傳遞函數(shù)Gvd(s)，即：
[0038]
[0039]
[0040] 其中，為輸出電壓，為輸入電壓，為擾動控制Μ，小與字母上面加 表示小信號分量，D和D'為變比為1:M(D)的理想變壓器中M(D)的值，V表示輸出電壓穩(wěn)態(tài)值， R表不電阻值，L表不電感值，C表不電容值；
[0041] 然后，將s = jw分別代入式(1)和式(2)得到電路的兩種頻域特性：
[0044] (2)通過監(jiān)測CCM模式下的Buck-Boost電路的輸出電壓&；)，輸入電壓&⑷，控制
[0042]
[0043] 擾動量狀態(tài)信號時域波形，對所采集的三種信號進行小波變換獲取三種信號的頻譜， 小波變換采用離散二進小波，離散二進小波為現(xiàn)有成熟技術，具體原理此處不再贅述。進而 獲取輸出對輸入的幅頻特性|Gvg(jw) |，以及輸出對控制的幅頻特性|Gvd(jW) |，其中| · |表 示取幅值。
[0045] (3)電路中主要元器件為電感，電容和電阻，基于步驟(2)測試獲取的兩種幅頻特 性，利用貓群算法辨識各元器件參數(shù)，分別獲取電路中兩種幅頻特性下對應的電路各元器 件參數(shù)值，記為("，(^具丄仏+口具山貓群算法辨識電路元器件參數(shù)的具體步驟為：
[0046] (3.1)設定算法分組率λ，基因改變域SRD，記憶池 SMP = j (j為記憶池的容量），每只 貓的初始三維位置（lvg，cvg，rvg)，貓群數(shù)量β，終止迭代數(shù)ζ，適應度誤差Θ，根據(jù)分組率λ隨機 地將數(shù)量為β的貓群分為搜尋模式和跟蹤模式并進行標記，搜尋模式的貓標記為〇，而跟蹤 模式標記為1，在搜尋模式下，