一种基于故障仿真的智能电表故障检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于故障仿真的智能电表故障检测方法，该方法通过相继完成智能电表的功能仿真和故障仿真，获得了不同元器件在各种故障模式下，对电表输出性能的影响，并据此建立故障字典，表征了元器件的故障模式与电表输出状态之间的一一对应关系，最后参照故障字典的内容进行查询对照，确定实物智能电表发生故障的元器件类型、位置和失效模式类型，完成实物智能电表的故障检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能电表故障检测领域，尤其是基于智能电表故障仿真的故障检测方 法。
技术介绍
智能电表的可靠性是智能电表质量的一个重要特征指标，而智能电表的各种故障 与可靠性问题是直接反映了电网网络结构、运行管理和供电服务的水平，是国家电监会对 电网企业的重要监管指标，也是电网企业对外服务承诺的核心指标。随着社会经济的快速 发展，智能电表正在大幅度的应用，在各种新型号智能电表不断出现的过程中，其可靠性不 稳定必定带来大量的质量诉求，因此需采用必要的技术手段在智能电表选型之前进行可靠 性仿真评定。而当前对智能电表的可靠性验证与评定采用非常传统的可靠性方法（数据 评估的方法），该方法需要大量的数据为基础进行评定，且对一些数据源不准确的故障，一 些归零难的故障，评定结果不够准确与真实，同时数据采集也比较繁琐，耗费大量的人力物 力。同时完全基于软件的电路故障仿真，其元器件的软件模型对定义复杂，且模型参数不一 定准确，仿真误差大。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是：针对上述技术问题，提供一种能快速、准确检测智能电表故 障的故障检测方法。 本专利技术技术方案为：，该故障检测方 法包括以下步骤： a、搭建智能电表的电路功能仿真模型，完成电路在正常状态下的功能仿真，获得 各测试节点处正常状态波形，通过波形分析，选定波形特征的范围参数，据此建立故障判 据； b、建立元器件故障模型，通过向电路功能仿真模型注入元器件故障模型得出电路 故障仿真模型；其中故障模型包括元器件类型、失效模式类型和元器件位置； c、运行电路故障仿真模型，并以电路故障仿真模型中元器件类型和位置作为节点 选取故障测试节点及其失效模式，得到该故障测试节点对应失效模式的输出波形，并提取 波形特征的范围参数，对于超出步骤a故障判据规定的参数使用范围的对应节点，将其状 态判定为故障，否则判定为正常，根据故障测试节点波形特征和故障判定结果以及相应故 障测试节点的元器件故障模型建立故障节点的失效模式故障字典，其中故障字典中的每一 条为节点输出波形特征的范围参数、故障判定结果、元器件故障模型组成的特征向量； d、在进行实物智能电表进行故障检测时，对实物智能电表施加与电路故障仿真模 型相同的激励，选取实物智能电表的测试节点以获得该测试节点的输出波形，并提取波形 特征的范围参数，并依据故障字典的内容查询对照，确定实物智能电表的元器件类型、位置 和失效模式类型，完成实物智能电表的故障检测。 优选地，智能电表电路功能仿真模型基于EDA原理图设计。 优选地，元器件类型包括电阻、电容、电感、变压器、二极管、三极管、晶振、温度传 感器、稳压管、整流桥、继电器、存储器、通讯接口、单片机、电能测量集成电路。 优选地，失效模式类型包括特征参数漂移、断路、短路和输出失效。 本专利技术有益效果是： 通该智能电表故障检测方法，获得了与真实智能电表硬件系统几乎相同的故障检 测结果，能提供准确的评估数据，并且通过EDA技术再设计可对不同的硬件电路进行重新 输入，适用不同的智能电表或者其他硬件电路的故障仿真，应用范围广泛，具备一定的工程 实践价值，展现了良好的工程应用前景，同时节省了对不同硬件测试的时间、人力、物力、方 便快捷，具有通用性。相对于其他故障检测方法而言，具有高效、经济等优势。 智能电表故障注入是指按照选定的故障模型，用人工的方法有意识的制造故障并 施加于被研宄的智能电表系统中，以诱发该智能电表系统的错误和失效的发生，同时观测 和回收智能电表系统对所注入故障的反应信息，并对回收信息进行分析，并向试验者提供 有关分析结果的实验过程。 智能电表电路功能可靠性仿真以基于EDA的电路故障仿真技术为核心，针对典型 智能电表电路进行功能分解，根据性能分析和可靠性分析的要求制定故障注入的相关措 施，在智能电表电路的仿真模型中注入元器件失效、参数偏差等影响因素，通过仿真技术进 行智能电表电路的性能分析，从而得到智能电表电路的故障仿真数据以完成智能电表电路 的可靠性验证分析工作。 在仿真环境下对智能电表电路中的集成器件注入故障，不仅可以避免智能电表硬 件故障注入可能造成的损失，而且可以克服软件故障注入对智能电表电路中某些非程序控 制器件不可达的缺点。 PSPICE是一种功能相当完善的EDA电路仿真软件，它给用户提供了友好的交互界 面，同时它提供的接口部分可以很方便地扩展器件模型库并实现仿真数据交互。本专利技术着 重分析了利用PSPICE进行智能电表半导体集成电路故障模式建模的方法，并通过实例验 证了该方法的正确性以及进行智能电表电路仿真故障注入的可行性。 PSPICE具有强大而独特的仿真分析能力，使用它进行电路的故障仿真可以得到与 真实硬件系统测试相当接近的结果，这不仅避免了实际测试带来的耗费，同时可以给设计 人员提供相当准确的测试数据，故障仿真的灵活性更加方便了设计人员了解电路的抗干扰 能力。通过建立PSPICE仿真环境下对应各种故障模式的故障仿真模型，并将元器件的故障 模型注入电路进行仿真，从而实现电路的故障仿真。 本专利技术的智能电表故障检测方法，借助EDA技术，在电路原有功能模型基础上，结 合故障建模、故障注入等技术构建电路故障仿真模型，分析获得元器件故障对电路造成的 影响，实现了电表的虚拟故障测试，并且对测试结果进行特定处理，编纂了智能电表的故障 字典，从而为实物电表的故障检测、故障诊断等环节提供了可靠的参考资料。另外，利用虚 拟故障检测手段，可方便快捷地获取丰富的产品故障数据，为处于设计研制阶段的电表可 靠性分析等工作，提供了强大的数据基础支持。 本专利技术的总体设计方案如图1所示。 该方案主要由功能仿真、故障仿真及实际电路故障检测三部分构成。 首先，在EDA环境下运行电表的电路原理图，完成电路在正常状态下的功能仿真， 获得各测试节点处正常状态波形，通过波形分析，选定波形特征参数，据此建立故障判据。 其次，在电路功能仿真基础之上，对电路中元器件的故障模式及影响因素进行故 障建模，并将这些故障模型注入到电路功能仿真模型中，形成电路的故障仿真模型，然后对 电路的功能仿真模型和故障仿真模型分别进行仿真，获取相应的仿真结果，再根据电路测 试节点的输出特性要求，对仿真结果故障判定，从而确定所注入的故障对电路性能的影响。 最后，依据故障仿真结果建立智能电表的故障字典。选取电表的若干输出节点等 作为故障测试节点，根据已注入的故障元器件对这些节点信号波形特征参数的影响（节点 正常或者故障），编码完成基于特定元器件故障模式的信号特征向量，作为故障字典的核心 组成内容。这样通过仿真途径事先完成的故障字典，便建立了元器件故障模式及故障测试 节点之间的对应关系，它表征了智能电表的各种故障症状，可将之以数据库的形式存储在 计算机的记忆设备中。 在对实物电表进行故障检测时，对电路施加与故障仿真时相同的激励，且选择相 同的测试节点作为观察对象，以得到实物的特征序列向量，之后通过和数据库存储的信号 特征向量集合进行比照，便可回溯故障元器件的位置及相应的故障模式，达到智能电表故 障检测的目的。【附图说明】 图1是本专利技术基于仿真的故障检测方案设计； 图2是本专利技术的元器件故障建模； 图3是建立故障字典以及故障检测的流程； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于故障仿真的智能电表故障检测方法，其特征在于：该故障检测方法包括以下步骤：a、搭建智能电表的电路功能仿真模型，完成电路在正常状态下的功能仿真，获得各测试节点处正常状态波形，通过波形分析，选定波形特征的范围参数，据此建立故障判据；b、建立元器件故障模型，通过向电路功能仿真模型注入元器件故障模型得出电路故障仿真模型；其中故障模型包括元器件类型、失效模式类型和元器件位置；c、运行电路故障仿真模型，并以电路故障仿真模型中元器件类型和位置作为节点选取故障测试节点及其失效模式，得到该故障测试节点对应失效模式的输出波形，并提取波形特征的范围参数，对于超出步骤a故障判据规定的参数使用范围的对应节点，将其状态判定为故障，否则判定为正常，根据故障测试节点波形特征和故障判定结果以及相应故障测试节点的元器件故障模型建立故障节点的失效模式故障字典，其中故障字典中的每一条为节点输出波形特征的范围参数、故障判定结果、元器件故障模型组成的特征向量；d、在进行实物智能电表进行故障检测时，对实物智能电表施加与电路故障仿真模型相同的激励，选取实物智能电表的测试节点以获得该测试节点的输出波形，并提取波形特征的范围参数，最后依据故障字典的内容查询对照，确定实物智能电表的元器件类型、位置和失效模式类型，完成实物智能电表的故障检测。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，蒋雯倩，李伟坚，潘俊涛，龙东，龙伟杰，朱少波，李俊健，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西;45