专利名称：一种dc-dc电源系统故障监测与预测方法
技术领域：
本发明涉及一种DC-DC电源系统故障监测与预测的方法，特别涉及一种利用统计学理论来评估DC-DC电源系统健康状况的方法。
背景技术：
近年来，DC-DC电源作为一种新式电源凭借其体积小、重量轻、效率高等特点在生产和生活中的应用日益广泛。所以，由于DC-DC电源系统出现故障所带来的损失也与日俱增，但是由于没有统一的故障模型、存在元器件容差和非线性等因素，采用常规或传统的故障诊断理论和方法难以解决它的故障诊断和故障预测问题。
目前对于DC-DC电源系统进行故障分析的方法较多，如DC-DC电源系统中关键器件建模分析，故障树分析等，这些方法大多采用逻辑分析的方法，分析事件之间的因果关系，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析。但是这些方法也具有无法清楚分析故障机理，构造故障树的难度较大等缺点；并且由于事件之间的因果关系并不是简单的肯定或否定关系(I或O)，因此，根据故障树进行分析容易发生遗漏。
发明内容
本发明的目的在于提出一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法，其克服了上述现有技术中存在的问题。该方法可以实时基于对DC-DC电源系统的输出电压的变化趋势来监测DC-DC电源系统的故障和预测DC-DC电源系统将要发生的故障。该方法实施简便，故障报警率高，故障误报率低而且不改变DC-DC电源系统原有的拓扑结构。本发明为实现上述目的所采取的技术方案为一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法，该方法包括如下步骤(I)结合DC-DC电源系统的电气特性，基于对DC-DC电源系统的输出电压的监测和分析，分别给出DC-DC电源系统出现故障时和将要出现故障时的判定标准；(2)在DC-DC电源系统启动后，在其输出电压达到平稳状态时开始监测该输出电压，并基于所述判定标准监测故障或预测故障。特别地，在上述步骤⑴中，定义DC-DC电源系统标准输出电压的±1%做为±1σ界，±5%做为±2 σ界，±10%做为±3 σ界。进一步地，在上述步骤(2)中，当输出电压越过±3σ界后，启动故障判定程序，开始实时计算DC-DC电源系统输出电压的斜率变化，进行故障计数，并根据以下三种情况分别做出处理①若DC-DC电源系统输出电压越过±3 σ界的次数少于3个判定时钟周期，并在3个判定时钟周期内回到±3σ界内，则判定此时DC-DC电源系统出现故障愈合状态，这种状态只进行记录，但不进行报警若该斜率在连续上升或下降1-2个判定时钟周期后变为零，但却未回到±3σ界内，则判定为严重故障状态，进行报警；③若此斜率连续三次全为正数或全为负数，则表明DC-DC电源系统输出电压在超过±3σ界后呈现连续上升或下降趋势，则判定为致命故障状态，进行报警。进一步地，在上述步骤(2)中，在输出电压达到平稳状态时开始记录该输出电压，选择适当的点数m,每m个点做一次平均值计算,并记录其平均值结果η,将η值与以下六种情况进行对照，如果相符合，则判定DC-DC电源系统在运行过程中出现异常，这六种情况分别为①η值中有一个点超出±3σ ;②在±3σ范围内，连续6个η值出现连续上升或连续下降连续的3个η值中，至少有2个落在+2 σ和+3ο之间或在-2 ο和-3 σ之间；ι 连续7个η值中至少有3个落在+2 σ和+3 σ之间或在-2 σ和-3 σ之间；⑤连续15个η值集中在±1σ范围内；⑥连续11个η值中至少有10个在中心线的同一侧；当DC-DC电源系统在运行过程中出现三种以上的异常情况时，则预测DC-DC电源系统将要出现故障。上述方法中，DC-DC电源系统故障监测的方法可以实时判定DC-DC电源系统发生的故障，并在三个判定时钟周期内给出DC-DC电源系统故障状态，报警迅速，可在DC-DC电源系统出现故障时对DC-DC电源系统本身和其负载起到良好的保护作用。DC-DC电源系统故障预测方法则是结合数理统计的方法，通过对DC-DC电源系统的输出电压分析和评估，预测DC-DC电源系统将要出现的故障。
图I是本发明所述的一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法中愈合情况示意图。图2是本发明所述的一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法中越界后呈连续上升故障模式示意图。图3是本发明所述的一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法中越界后呈平衡故障模式示意图。图4是本发明所述的一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法中第一种异常规则示意图。图5是本发明所述的一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法中第二种异常规则示意图。图6是本发明所述的一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法中第三种异常规则示意图。图7是本发明所述的一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法中第四种异常规则示意图。图8是本发明所述的一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法中第五种异常规则示意图。图9是本发明所述的一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法中第六种异常规则示意图。图10是本发明所述的一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法中故障监测方法 流程图。图11是本发明所述的一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法中故障预测方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明。图I至图9中，X为DC-DC电源系统的标准输出，UCL和LCL分别为判定是否越过±3 σ界的控制上界和控制下界，A区域范围为-3 σ和-2 σ之间或+2 σ和+3 σ之间，B区域范围为-2 σ和-I σ之间或I σ和2 σ之间，C区域范围为_1 σ和O之间或在O和+Io之间。当DC-DC电源系统运行在平稳状态下时，可以根据其输出电压的±1%、±5%和±10%分别计算出±1σ、±2 σ和±3σ界，为DC-DC电源系统故障的监测和预测提供判定依据。图I、图2和图3是DC-DC电源系统在运行过程中出现故障的监测的具体实施方式
。图I所示情况为DC-DC电源系统在运行过程中出现的愈合状态，即在DC-DC电源系统运行过程中，输出电压出现一次超过±3σ界后再回到规定输出电压值范围。这种情况下只进行记录，并不进行故障报警。图2、图3所示为DC-DC电源系统在运行过程中出现的两种故障模式①输出电压越过±3σ界后呈连续上升模式(参见图2) 输出电压越过±3σ界后保持在平衡状态(参见图3)。当出现这两种故障模式时，会对DC-DC电源系统和负载设备造成致命破坏，这种情况下应当输出报警信号，并对DC-DC电源系统做出相应措施。图4、图5、图6、图7、图8和图9为DC-DC电源系统在运行过程中可能会出现的异常情况，根据这些异常情况可以预测DC-DC电源系统将要出现的故障。在异常情况发生时，并不实施报警，只是记录下该情况。当以下所述六种情况中的三种以上同时发生时，则预测该DC-DC电源系统将要发生故障，并给出预警信号。下面分别说明这六种情况。图4所示为DC-DC电源系统在运行过程中出现的第一种异常模式一个特征点落在A区外，出现这种情况的显著水平为O. 27%，其为异常的概率为99. 73%，所以判为异常。图5所示为DC-DC电源系统在运行过程中出现的第二种异常模式连续6个或更多个特征点呈上升或下降趋势，说明被测系统参数在缓慢漂移，系统发生缓变型故障，此时系统的显著水平为O. 27%，系统出现异常的概率为99. 73%，所以判为异常。图6所示为DC-DC电源系统在运行过程中出现的第三种异常模式连续3点中至少有2点落在-3 σ和-2σ之间或+2σ和+3 σ之间的控制界限之内，表明系统可能受到了异常因素的影响，工作不稳定，此时，其显著水平为O. 53%，即发生异常的概率为99. 47%,所以判为异常。图7所示为DC-DC电源系统在运行过程中出现的第四种异常模式连续7点中至少有3点落在-3 σ和-2σ之间或+2σ和+3 σ之间控制界限之内，此时，显著水平为
O.24%，如果出现这样的数据，其为异常的概率为99. 76%，所以判为异常。图8所示为DC-DC电源系统在运行过程中出现的第五种异常模式特征点距离中心线在±1倍标准差± (I O )以内，连续15点集中在中心线附近，此时显著水平为O. 33%，如果出现此种数据，系统异常的概率为99，67%。所以判为异常。
图9所示为DC-DC电源系统在运行过程中出现的第六种异常模式连续11个特征点中至少有10个特征点在中心线的同一侧，此时显著水平为I. 14%，如果出现这种情况，系统异常的概率为98. 86%，所以判为异常。图10所示为DC-DC电源系统故障监测方法流程图具体实施方法如下当DC-DC
,AU U0-U1
电源系统输出电压越过±3σ界时故障计数器开始计数，并通过斜率(^ = —=>
\ι I
其中U为输出电压，t为时间)来判定DC-DC电源系统的输出电压的趋势，若输出电压越界次数不连续超过3个判定时钟周期后回到(-3σ，3σ)范围内，则判定为愈合状态，对该状态进行记录；若输出电压在超过±3 σ界后在三个判定时钟周期(例如可以以采集芯片的采集周期，或周期的整数倍做为判定时钟)内呈现连续上升趋势，即k > O或k < 0，则 DC-DC电源系统出现致命故障，应进行故障报警，并采取相应保护措施；若输出电压在越过±3 σ界后在三个判定时钟周期呈平稳电压趋势，即k = 0，则判定为严重故障，应进行故障报警，并采取相应保护措施。图11所示为DC-DC电源系统故障预测方法流程图，具体实施方法如下在DC-DC电源系统运行过程中，实时采集并分析DC-DC电源系统的输出电压vo并将其存贮到一个适当位长m(例如m = 1000)的队列中，当该队列队满时,则计算这m个数的平均值η,并将结果保存，根据上面计算所得出的结果去动态匹配图4、图5、图6、图7、图8和图9所描述的六种情况，如果同时出现三种以上的情况时，则预测DC-DC电源系统将要出现故障，并进行故障预警。这六种情况分别为①η值中有一个点超出±3σ ;②在±3σ范围内，连续6个η值出现连续上升或连续下降；③连续的3个η值中，至少有2个落在+2 σ和+3 σ之间或在-2 σ和-3 σ之间；④连续7个η值中至少有3个落在+2 σ和+3 σ之间或在_2 σ和-3 σ之间；⑤连续15个η值集中在±1 σ范围内；⑥连续11个η值中至少有10个在中心线的同一侧。本发明不只限定于上述的实施方式，而是可以在不脱离权利要求限定的范围内具
有许多变形。
权利要求
1.一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法， 该方法包括如下步骤 (I)结合DC-DC电源系统的电气特性，基于对DC-DC电源系统的输出电压的监测和分析，分别给出DC-DC电源系统出现故障时和将要出现故障时的判定标准；(2)在DC-DC电源系统启动后，在其输出电压达到平稳状态时开始监测该输出电压，并基于所述判定标准监测故障或预测故障。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于在上述步骤(I)中，定义DC-DC电源系统标准输出电压的±1%做为±1σ界，±5%做为±2 σ界，±10%做为±3σ界。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在上述步骤(2)中，当输出电压越过±3σ界后，启动故障判定程序，开始实时计算DC-DC电源系统输出电压的斜率变化，进行故障计数，并根据以下三种情况分别做出处理①若DC-DC电源系统输出电压越过±3 σ界的次数少于3个判定时钟周期，并在3个判定时钟周期内回到±3 σ界内，则判定此时DC-DC电源系统出现故障愈合状态，这种状态只进行记录，但不进行报警若该斜率在连续上升或下降1-2个判定时钟周期后变为零，但却未回到±3 σ界内，则判定为严重故障状态，进行报警；③若此斜率连续三次全为正数或全为负数，则表明DC-DC电源系统输出电压在超过±3σ界后呈现连续上升或下降趋势，则判定为致命故障状态，进行报警。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于在上述步骤(2)中，在输出电压达到平稳状态时开始记录该输出电压，选择适当的点数m，每m个点做一次平均值计算，并记录其平均值结果n，将η值与以下六种情况进行对照，如果相符合，则判定DC-DC电源系统在运行过程中出现异常，这六种情况分别为①η值中有一个点超出±3 σ ;②在±3σ范围内，连续6个η值出现连续上升或连续下降连续的3个η值中，至少有2个落在+2 σ和+3 σ之间或在-2 σ和-3 σ之间；④连续7个η值中至少有3个落在+2 σ和+3 σ之间或在-2 σ和-3 σ之间；⑤连续15个η值集中在±1σ范围内；⑥连续11个η值中至少有10个在中心线的同一侧；当DC-DC电源系统在运行过程中出现三种以上的异常情况时，则预测DC-DC电源系统将要出现故障。
全文摘要
一种DC-DC电源系统故障监测与预测方法，该方法包括如下步骤(1)结合DC-DC电源系统的电气特性，基于对DC-DC电源系统的输出电压的监测和分析，分别给出DC-DC电源系统出现故障时和将要出现故障时的判定标准；(2)在DC-DC电源系统启动后，在其输出电压达到平稳状态时开始监测该输出电压，并基于所述判定标准监测故障或预测故障。该方法可以实时判定DC-DC电源系统发生的故障，并在三个判定时钟周期内给出DC-DC电源系统故障状态，报警迅速，可在DC-DC电源系统出现故障时对DC-DC电源系统本身和其负载起到良好的保护作用。
文档编号G01R31/40GK102621502SQ20121008808
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者关永, 吴立锋, 周松文, 潘巍, 王国辉 申请人:首都师范大学