[發明專利]應用于沿海城市交流充電樁的卡爾曼濾波故障檢測方法

在審

• 申請號: 202010941329.3
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112345841A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 張元星;李濤永;張晶;蔣林洳;孫小舒;楊超;唐攀攀;李博文;李康;李德智;覃劍;郭京超
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網有限公司;江西融祥科技開發有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 白冬冬

一種應用于沿海城市交流充電樁的卡爾曼濾波故障檢測方法，屬于能源互聯網技術領域。本發明的目的是深入研究卡爾曼濾波算法，并針對沿海城市交流充電樁故障的特點而設計的應用于沿海城市交流充電樁的故障檢測方法。本發明從功能的角度出發，采用模塊化的方法設計直流充電樁控制系統；對卡爾曼濾波算法進行改進，建立交流充電樁的狀態模型；得出測量參數和元件健康參數之間的映射關系；采用改進后的卡爾曼濾波估計故障分量的健康參數，實現對故障分量的故障程度的評價。將診斷結果與硬件檢測模塊的結論相結合，分析總結得出沿海城市交流充電樁故障檢測方法。本發明提高了構建健康參數估計結果的準確性，實現了沿海城市交流充電樁的故障檢測。

技術領域

本發明屬于能源互聯網技術領域。

背景技術

充電接口標準是電動汽車和充電基礎設施的基礎，是電動汽車和充電設施互聯的基礎。充電系統的基本要求和安全要求是通過信息交換和過程控制，對相同或不同車型、版本的供電設備和電動汽車實現充電互聯。相應的，故障檢測問題也得到了重視。

分布式鏈長檢測算法和故障字典算法等算法應用于交流充電樁的故障檢測與估計中存在一個普遍問題:由于交流充電樁的分量級模型需要迭代計算，計算量較大。同時，我國沿海地區風暴潮災害較多，災害損失大，很容易影響交流充電樁的正常工作，因此交流式充電樁的故障檢測方法非常重要。

卡爾曼濾波算法的狀態變量模型本質上由矩陣計算組成，計算簡單，實時性好。因此，基于線性卡爾曼濾波算法的交流充電樁故障檢測與估計仍得到了更廣泛的應用和研究。而交流充電樁是一個工作范圍廣、非線性強的系統。在穩態點附近建立的小偏差線性狀態變量模型不能用于全包絡和全狀態范圍。此外，交流充電樁風道故障往往是單個組件的流量和效率同時變化，且輸出參數之間存在強耦合。然而，現有的線性模型建模方法不考慮參數之間的耦合,所以它必然會偏離真正的引擎，導致交流充電樁故障檢測參數的估計精度降低。

發明內容

本發明的目的是深入研究卡爾曼濾波算法，并針對沿海城市交流充電樁故障的特點而設計的應用于沿海城市交流充電樁的故障檢測方法。

本發明步驟是：

步驟1從功能的角度出發，采用模塊化的方法設計直流充電樁控制系統，根據主要功能將系統劃分為幾個小功能模塊并通過芯片實現，以完成交流充電樁故障檢測的硬件設計；

步驟2對卡爾曼濾波算法進行改進，得到適用于非線性系統的擴展卡爾曼濾波算法，并建立交流充電樁的狀態模型：

非線性系統的測量方程如下：

c_t＝H_x(W_o[h_t-1,x_t]+b_o) (1)

在這個公式中，H_x表示系統狀態向量，W_o是測量輸出，x_t是系統干擾，b_o是測量噪聲。

假設f(*)和h(*)每次都是連續可微的對于每個W_o，t表示離散時間的下標，t_w和t_v是無關聯的高斯隨機向量，其均值為O，可以通過將其引入到測量方程中獲得最優濾波函數：

所獲得的矩陣不表示實際狀態估計的誤差協方差矩陣，取決于之前時間的狀態估計值

協方差分別為Q和O，a_h(v_Th)和b_h(v_Th)表示v_Th轉換時間前后增益系數的濾波閾值；