不确定噪声扰动下的电力变换器故障检测

针对未知但有界的不确定噪声扰动下的电力变换器系统，提出了一种基于集员估计的故障检测方法。以Buck变换器为例，将其仿真所得电流电压数值作为集员估计的输入，通过椭球包围所有参数的可行集，当近似可行集为空集时可以判定Buck变换器存在故障。 *通讯作者。

电力变换器广泛应用于能源、航天、农业等领域中[1] [2] [3]，随着应用范围的不断拓展，对电力变换器的稳定性和可靠性的要求越来越高，一旦电力变换器发生故障而未被及时检测出来，则会进一步引起系统中其他模块的故障，导致整个系统故障严重甚至瘫痪，因此，为保证电力系统的安全，提高相关领域的经济效益，对电力变换器进行快速准确的故障诊断有着重要意义。

现有的电力变换器的故障诊断方法可分为基于解析模型的故障诊断方法、基于知识的故障诊断方法和基于信号处理的故障诊断方法三类[4]。其中基于解析模型的故障诊断方法因其故障诊断中良好的实时性能，近些年来取得了快速的发展。然而在实际情况中，系统干扰噪声等不定因素太多，常常难以得到实时、精确的数学模型，从而限制了基于解析模型的故障诊断方法的使用效果和应用范围。

本文主要针对上述基于解析模型的故障诊断方法中存在的不足，提出一种基于集员估计思想的故障检测方法。对于不确定噪声扰动下的Buck 变换器系统，根据Simulink 模块中所建立的仿真模型获取工作过程中的电感电流和输出电压值，将其作为集员估计算法的输入，从而得到包含其参数可行集的椭球集合，根据椭球集合的空集情况可判断出系统的故障状况。

2. 问题描述 Buck 变换器电力变换器基本拓扑结构的一种，是一种用于降压变换的变换器。基于Buck 变换器的基本拓扑结构，根据各器件的工作原理特性，将Buck 变换器进行一定的等效简化，具体的等效简化步骤为：将电感视为理想器件；将开关管MOSFET 视为理想开关S1，即只包含导通和断开两个状态；将二极管D 视为理想开关S2，也只包含导通和断开两个状态；将电解电容器等效为串联电容C 和等效串联电阻RC 串联。

等效简化后得到的Buck 变换器等效原理图如图1 所示。

其中图中Li 表示流经电感的电流， ou 表示输出电压。

Figure 1. The equivalent schematic diagram of the Buck converter 图1. Buck 变换器等效原理图