← 返回
用于拓扑持续时间不确定的开关模式电源转换器参数辨识的扩展物理信息神经网络
Extended Physics-Informed Neural Networks for Parameter Identification of Switched Mode Power Converters With Undetermined Topological Durations
| 作者 | Yangxiao Xiang · Hongjian Lin · Henry Shu-Hung Chung |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | SiC器件 深度学习 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 开关模式电源转换器 参数识别 扩展PINN 拓扑持续时间 降压转换器 |
语言:
中文摘要
对于拓扑持续时间不确定的开关模式功率转换器而言,进行高精度参数识别颇具挑战,因为诸如开关时刻和拓扑转换时的电路状态变量等物理信息,对于实现这一目标至关重要。在传统的基于物理模型的解决方案中,需要额外的测量电路来弥补拓扑转换时未知物理信息的缺失,否则就必须牺牲精度。为避免使用不必要的额外硬件,本文提出了一种扩展物理信息神经网络(e - PINN),它将伪标签生成网络集成到分段物理信息神经网络中。该网络能够精确识别关键系统参数,以及每个拓扑的持续时间和拓扑转换时的系统状态。在工作于不连续导电模式(DCM)的降压转换器(这是拓扑持续时间不确定的功率转换器的一种基本情况)上,通过实验验证了e - PINN的有效性。与传统的基于物理模型的DCM降压转换器参数识别方法相比,e - PINN无需进行高频采样或使用零电流检测电路(这些会增加成本、体积和安全风险),就能精确估计系统参数。此外,它还能在不干扰系统运行的情况下工作。
English Abstract
It is challenging to perform high-precision parameter identification for switched mode power converters with undetermined topology duration because the physical information, such as switching instants and circuit state variables at topology transitions is critical for realizing this goal. In conventional physics-based solutions, additional measurement circuits are required to compensate for the absence of the unknown physical information at topology transitions, otherwise accuracy has to be compromised. To avoid the undesired additional hardware, an extended PINN (e-PINN), which integrates a pseudolabel generation network into the piecewise PINN, is proposed. This network can precisely identify key system parameters, along with the duration of each topology and system states at topology transitions. The effectiveness of the e-PINN is experimentally validated on a buck converter operating in discontinuous conduction mode (DCM), which, is a basic case of the power converter having undetermined topology duration. Compared with the traditional physics-based parameter identification methods for DCM buck converter, e-PINN can precisely estimate system parameters without necessitating high-frequency sampling or zero-current detection circuits, which increase the cost, volume, and safety risk. Besides, it can operate without disrupting system operation.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于扩展物理信息神经网络(e-PINN)的参数识别技术具有显著的应用价值。该技术针对开关电源变换器在拓扑持续时间不确定情况下的参数识别难题,提出了无需额外硬件即可实现高精度识别的解决方案,这与我司在光伏逆变器和储能变流器领域的核心需求高度契合。
在实际应用层面,该技术的最大价值在于能够在不中断系统运行的前提下,精确识别关键系统参数、拓扑持续时间及状态转换点的系统状态。对于我司的组串式逆变器和储能PCS产品,这意味着可以实现更智能的在线健康监测和预测性维护。特别是在DCM(断续导通模式)等复杂工况下,传统方法需要高频采样或零电流检测电路,不仅增加成本和体积,还带来安全隐患。e-PINN技术的免硬件特性可直接降低BOM成本,提升产品竞争力。
从技术成熟度评估,该方案已在Buck变换器上完成实验验证,但距离工业化应用仍需跨越几道门槛:首先是神经网络模型在不同工况、不同拓扑结构下的泛化能力;其次是边缘计算硬件的算力约束,需要模型轻量化;再者是电磁干扰等实际工况对算法鲁棒性的考验。
建议我司技术团队重点关注该技术在多电平拓扑、交错并联等复杂变换器架构中的扩展应用,并评估与现有数字控制平台的集成可行性。若能成功工程化,将为我司在智能运维、全生命周期管理等增值服务领域建立技术壁垒,进一步巩固市场领先地位。