本發(fā)明涉及單相pwm逆變器電路，特別涉及一種單相pwm逆變器電路非侵入式參數(shù)辨識方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代電力系統(tǒng)和電力電子中，逆變器起著至關(guān)重要的作用。研究表明，功率半導(dǎo)體器件和電容是逆變器中最容易發(fā)生故障的器件。這些部件在長期運行過程中會承受復(fù)雜而頻繁的電熱應(yīng)力，引起可靠性降低，直接影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種單相pwm逆變器電路非侵入式參數(shù)辨識方法，為單相pwm逆變器系統(tǒng)的預(yù)測性維護和壽命評估提供了一種非侵入性、低成本、準確的解決方案。

2、一種單相pwm逆變器電路非侵入式參數(shù)辨識方法，其中，

3、所述單相pwm逆變器電路為單相兩電平pwm逆變器電路，所述電路包括直流電源側(cè)、功率開關(guān)器件t1和功率開關(guān)器件t2，以及交流輸出側(cè)，其中，

4、直流電源側(cè)包括用于分壓且串聯(lián)的電容器c1和電容器c2，

5、功率開關(guān)器件t1和功率開關(guān)器件t2分別與電容器c1和電容器c2并聯(lián)，且功率開關(guān)器件t1和功率開關(guān)器件t2形成串聯(lián)關(guān)系；

6、功率開關(guān)器件t1分別在正向?qū)ㄌ幒头聪蚨O管處各串聯(lián)一個導(dǎo)通等效電阻ron1；

7、功率開關(guān)器件t2分別在正向?qū)ㄌ幒头聪蚨O管處各串聯(lián)一個導(dǎo)通等效電阻ron2；

8、電壓為v的直流電壓源與阻值為rs的線路電阻，二者串聯(lián)后，也與電容器c1和電容器c2并聯(lián)；

9、從電容器c1和電容器c2的串聯(lián)處，以及功率開關(guān)器件t1和功率開關(guān)器件t2的串聯(lián)處，引出交流輸出側(cè)，其中，

10、交流輸出側(cè)使用電感l(wèi)濾波，負載為電阻rl，其中，電感l(wèi)與電阻rl形成串聯(lián)關(guān)系；

11、所述方法包括如下步驟：

12、s1：分別采集電容器c1的電壓uc1、電容器c2的電壓uc2和交流輸出側(cè)在負載上的輸出電壓ul，輸出電流il=ul/rl，

13、將電壓uc1、電壓uc2、輸出電流il作為待辨識實物電路的觀測量，記為uc1_real、uc2_real、il_real,，

14、通過控制器采集控制信號，功率開關(guān)器件t1和功率開關(guān)器件t2的開關(guān)信號分別記為s1、s2，其中si=1或0，1代表開通，2代表關(guān)斷，i=1,2，用信號s來表示開關(guān)信號，記開關(guān)信號s1為s，則開關(guān)信號s2=1-s，其中s=0或1；

15、s2：確定單相pwm逆變器電路模型的空間狀態(tài)方程組；

16、s3：使用4階龍格庫塔方法計算空間狀態(tài)方程組的值；

17、s4：以真實系統(tǒng)模型和數(shù)字孿生模型作為比照構(gòu)建評價函數(shù)；

18、s5：使用粒子群優(yōu)化算法進行尋優(yōu)，粒子的坐標維度是4，每個坐標代表電路中的一個待監(jiān)測參數(shù)，即c1，c2，ron1，ron2，以尋找評價函數(shù)frmse的最小值，找到評價函數(shù)最小值所對應(yīng)的粒子坐標，將此坐標更新為識別到的此狀態(tài)下的電路參數(shù)c1，c2，ron1，ron2，實現(xiàn)對分壓的電容器和功率開關(guān)器件的健康狀態(tài)監(jiān)測；

19、其中，

20、功率開關(guān)器件t1處的2個ron1電阻中，第一ron1電阻串接在功率開關(guān)器件t1與負載電阻rl之間且同時串接在功率開關(guān)器件t1與功率開關(guān)器件t2之間；第二ron1電阻與第一二極管串聯(lián)后，進一步與串接的第一ron1電阻和功率開關(guān)器件t1形成并聯(lián)關(guān)系；

21、功率開關(guān)器件t2處的2個ron2電阻中，第一ron2電阻串接在功率開關(guān)器件t2與電容器c2之間；第二ron2電阻與第二二極管串聯(lián)后，進一步與串接的第一ron2電阻和功率開關(guān)器件t2形成并聯(lián)關(guān)系。

22、優(yōu)選的，步驟s2中，

23、所述單相pwm逆變器電路模型的空間狀態(tài)方程組為：

24、

25、即：

26、

27、其中，l為電感值，，s為開關(guān)信號，rl為負載電阻阻值，f1~f3為各變量的函數(shù)關(guān)系。

28、優(yōu)選的，步驟s3中，

29、根據(jù)空間狀態(tài)方程組確定初始條件和求解區(qū)間，

30、將求解區(qū)間等分為n個小區(qū)間，每個區(qū)間的時間步長是h，在每個小區(qū)間中，利用4階龍格-庫塔迭代公式依次計算小區(qū)間中幾個點的近似解：

31、

32、其中，，h為區(qū)間步長，xi為采樣時間點，

33、將每個步長上的近似解進行加權(quán)平均，得到整個求解區(qū)間的近似解作為空間狀態(tài)方程組的值。

34、優(yōu)選的，步驟s4中，

35、數(shù)字孿生模型為使用龍格庫塔方法求解后的模型，真實系統(tǒng)模型是搭建的物理逆變器實體模型，通過測量采樣得到負載電流il_real和電容電壓uc1_real,uc2_real數(shù)據(jù)，使用自適應(yīng)濾波算法濾去噪聲，得到濾波后的測量值il_m,?uc1_m,?uc2_m，通過數(shù)字孿生模型計算出某個電路參數(shù)狀態(tài)下的il,uc1,uc2數(shù)據(jù)，并構(gòu)建評價函數(shù)frmse。

36、優(yōu)選的，步驟s5中，

37、采用改進粒子群算法尋優(yōu)包括：

38、初始化：隨機生成若干組組維度為4的粒子，每個粒子包含待優(yōu)化的4個電路參數(shù)，即c1，c2，ron1，ron2，

39、計算粒子適應(yīng)度：即使用當(dāng)前粒子的參量計算評價函數(shù)frmse，

40、更新個體最優(yōu)和全局最優(yōu)：找到每個粒子自身歷史最優(yōu)參數(shù)和當(dāng)前全局最優(yōu)粒子的參數(shù)，

41、速度更新和位置更新：根據(jù)個體和群體的歷史最佳位置更新粒子的速度，并根據(jù)更新后的速度調(diào)整粒子的位置，即電路參數(shù)，其中，個體學(xué)習(xí)因子和群體學(xué)習(xí)因子動態(tài)變化，避免陷入局部最優(yōu)，加快收斂速度，

42、結(jié)果評估：在每個粒子代表的電路參數(shù)下，計算模型預(yù)測值與實際測量值之間的評價函數(shù)frmse值，

43、當(dāng)評價函數(shù)最小時，得到?對應(yīng)的c1，c2，ron1，ron2，且認為獲得電路參數(shù)的最接近參數(shù)，實現(xiàn)對分壓的電容器和功率開關(guān)器件的健康狀態(tài)監(jiān)測。

44、此外，本發(fā)明還揭示了一種單相pwm逆變器電路非侵入式參數(shù)辨識系統(tǒng)，其中，

45、所述單相pwm逆變器電路為單相兩電平pwm逆變器電路，所述電路包括直流電源側(cè)、功率開關(guān)器件t1和功率開關(guān)器件t2，以及交流輸出側(cè)，其中，

46、直流電源側(cè)包括用于分壓且串聯(lián)的電容器c1和電容器c2，

47、功率開關(guān)器件t1和功率開關(guān)器件t2分別與電容器c1和電容器c2并聯(lián)，且功率開關(guān)器件t1和功率開關(guān)器件t2形成串聯(lián)關(guān)系；

48、功率開關(guān)器件t1分別在正向?qū)ㄌ幒头聪蚨O管處各串聯(lián)一個導(dǎo)通等效電阻ron1；

49、功率開關(guān)器件t2分別在正向?qū)ㄌ幒头聪蚨O管處各串聯(lián)一個導(dǎo)通等效電阻ron2；

50、電壓為v的直流電壓源與阻值為rs的線路電阻，二者串聯(lián)后，也與電容器c1和電容器c2并聯(lián)；

51、從電容器c1和電容器c2的串聯(lián)處，以及功率開關(guān)器件t1和功率開關(guān)器件t2的串聯(lián)處，引出交流輸出側(cè)，其中，

52、交流輸出側(cè)使用電感l(wèi)濾波，負載為電阻rl，其中，電感l(wèi)與電阻rl形成串聯(lián)關(guān)系；

53、所述系統(tǒng)包括：

54、采集單元，其用于：分別采集電容器c1的電壓uc1、電容器c2的電壓uc2和交流輸出側(cè)在負載上的輸出電壓ul，輸出電流il=ul/rl，

55、將電壓uc1、電壓uc2、輸出電流il作為待辨識實物電路的觀測量，記為uc1_real、uc2_real、il_real,，

56、通過控制器采集控制信號，功率開關(guān)器件t1和功率開關(guān)器件t2的開關(guān)信號分別記為s1、s2，其中si=1或0，1代表開通，2代表關(guān)斷，i=1,2，用信號s來表示開關(guān)信號，記開關(guān)信號s1為s，則開關(guān)信號s2=1-s，其中s=0或1；

57、確定單元，其用于確定單相pwm逆變器電路模型的空間狀態(tài)方程組；

58、計算單元，其用于使用4階龍格庫塔方法計算空間狀態(tài)方程組的值；

59、評價函數(shù)構(gòu)建單元，其用于以真實系統(tǒng)模型和數(shù)字孿生模型作為比照構(gòu)建評價函數(shù)；

60、尋優(yōu)單元，其用于使用粒子群優(yōu)化算法進行尋優(yōu)，粒子的坐標維度是4，每個坐標代表電路中的一個待監(jiān)測參數(shù)，即c1，c2，ron1，ron2，以尋找評價函數(shù)frmse的最小值，找到評價函數(shù)最小值所對應(yīng)的粒子坐標，將此坐標更新為識別到的此狀態(tài)下的電路參數(shù)c1，c2，ron1，ron2，實現(xiàn)對分壓的電容器和功率開關(guān)器件的健康狀態(tài)監(jiān)測；

61、其中，

62、功率開關(guān)器件t1處的2個ron1電阻中，第一ron1電阻串接在功率開關(guān)器件t1與負載電阻rl之間且同時串接在功率開關(guān)器件t1與功率開關(guān)器件t2之間；第二ron1電阻與第一二極管串聯(lián)后，進一步與串接的第一ron1電阻和功率開關(guān)器件t1形成并聯(lián)關(guān)系；

63、功率開關(guān)器件t2處的2個ron2電阻中，第一ron2電阻串接在功率開關(guān)器件t2與電容器c2之間；第二ron2電阻與第二二極管串聯(lián)后，進一步與串接的第一ron2電阻和功率開關(guān)器件t2形成并聯(lián)關(guān)系。

64、優(yōu)選的，對于確定單元，其中，

65、所述單相pwm逆變器電路模型的空間狀態(tài)方程組為：

66、

67、即：

68、

69、其中，l為電感值，，s為開關(guān)信號，rl為負載電阻阻值，f1~f3為各變量的函數(shù)關(guān)系。

70、優(yōu)選的，對于計算單元，其中，

71、根據(jù)空間狀態(tài)方程組確定初始條件和求解區(qū)間，

72、將求解區(qū)間等分為n個小區(qū)間，每個區(qū)間的時間步長是h，在每個小區(qū)間中，利用4階龍格-庫塔迭代公式依次計算小區(qū)間中幾個點的近似解：

73、

74、其中，，h為區(qū)間步長，xi為采樣時間點，

75、將每個步長上的近似解進行加權(quán)平均，得到整個求解區(qū)間的近似解作為空間狀態(tài)方程組的值。

76、優(yōu)選的，對于評價函數(shù)構(gòu)建單元，其中，

77、數(shù)字孿生模型為使用龍格庫塔方法求解后的模型，真實系統(tǒng)模型是搭建的物理逆變器實體模型，通過測量采樣得到負載電流il_real和電容電壓uc1_real,uc2_real數(shù)據(jù)，使用自適應(yīng)濾波算法濾去噪聲，得到濾波后的測量值il_m,?uc1_m,?uc2_m，通過數(shù)字孿生模型計算出某個電路參數(shù)狀態(tài)下的il,uc1,uc2數(shù)據(jù)，并構(gòu)建評價函數(shù)frmse。

78、優(yōu)選的，對于尋優(yōu)單元，其中，

79、采用改進粒子群算法尋優(yōu)包括：

80、初始化：隨機生成若干組組維度為4的粒子，每個粒子包含待優(yōu)化的4個電路參數(shù)，即c1，c2，ron1，ron2，

81、計算粒子適應(yīng)度：即使用當(dāng)前粒子的參量計算評價函數(shù)frmse，

82、更新個體最優(yōu)和全局最優(yōu)：找到每個粒子自身歷史最優(yōu)參數(shù)和當(dāng)前全局最優(yōu)粒子的參數(shù)，

83、速度更新和位置更新：根據(jù)個體和群體的歷史最佳位置更新粒子的速度，并根據(jù)更新后的速度調(diào)整粒子的位置，即電路參數(shù)，其中，個體學(xué)習(xí)因子和群體學(xué)習(xí)因子動態(tài)變化，避免陷入局部最優(yōu)，加快收斂速度，

84、結(jié)果評估：在每個粒子代表的電路參數(shù)下，計算模型預(yù)測值與實際測量值之間的評價函數(shù)frmse值，

85、當(dāng)評價函數(shù)最小時，得到?對應(yīng)的c1，c2，ron1，ron2，且認為獲得電路參數(shù)的最接近參數(shù)，實現(xiàn)對分壓的電容器和功率開關(guān)器件的健康狀態(tài)監(jiān)測。

86、此外，本發(fā)明還揭示了一種計算機存儲介質(zhì)，其中，所述存儲介質(zhì)包括計算機指令，當(dāng)其在計算機上運行時，使得計算機執(zhí)行如前述任一項所述的方法。

87、此外，本發(fā)明還揭示了一種電子設(shè)備，其中，所述電子設(shè)備包括：

88、存儲器，處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其中，

89、所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如前述任一項所述的方法。

90、和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

91、由于是在非侵入的前提下，基于采集的電參數(shù)和控制信號最終通過信號處理實現(xiàn)的本發(fā)明的解決方案，而無需付出任何昂貴硬件等成本，因此，本發(fā)明為非侵入性、低成本。此外，本發(fā)明還具有辨識準確度高的特點。