智能电表基于仿真的虚拟故障测试方法

摘要

智能电表基于仿真的虚拟故障测试方法，包括如下步骤：1，根据智能电表的电路原理图设置电路激励信号与环境参数；2，整理得到智能电表常用元器件及其失效模式；3，完成智能电表核心电路元器件的常见失效模式故障建模；4，从智能电表故障集中随机选取一个未进行仿真的故障，实现故障注入；5，选取检测点；6，运行仿真；7，判断智能电表故障集中所有故障是否均完成仿真；8，形成智能电表故障信息矩阵；9，分析仿真结果与故障信息矩阵。采用本发明能够对智能电表中的任意环节提供虚拟故障重现，其仿真结果可为智能电表的实物检测及故障诊断等环节提供基础数据支持，具备工程实用价值。

主权项

智能电表基于仿真的虚拟故障测试方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：步骤1，根据智能电表的电路原理图设置电路激励信号与环境参数，在Cadence环境下运行调试，并将仿真生成的电路文件作为后续故障仿真的输入文件；步骤2，整理得到智能电表常用元器件及其失效模式，选取发生概率较高、危害等级较高的失效模式组成故障集；步骤3，针对步骤2建立的智能电表常用元器件故障集，在Cadence环境下采用修改模型的方式建立相应的故障模型，共包含断路、短路、特征参数漂移、输出故障四种故障模型，具体内容如下①至④所示：①“断路”故障模型：命命名为“OPEN”，将一个阻值极大的电阻串联于器件元器件的输入/输出端，即可完成“断路”失效模式的故障建模；②“短路”故障模型：命名为“SHORT”，将一个阻值极小的电阻并联于电路的两节点之间，即可实现“短路”失效模式故障建模；③“特征参数漂移”故障模型：命名为“DRIFT”，直接修改失效元器件出现漂移现象的特征参数值，以实现其失效模式故障建模，具体形式为Z=Z（1±T%），其中，Z为特征参数标称值，T为漂移量占标称值的百分比；④“输出失效”故障模型：该故障模型仅针对集成电路，包含四种表现形式，其中前三种针对集成电路数字信号输出端，第四种针对混合集成电路模拟信号输出端；步骤4，从步骤2得到的智能电表故障集中随机选取一个未进行注入的故障，确定失效器件名称代号、类型与失效模式；从步骤3建立的几种故障模型中选择相应的故障模型，用于替代智能电表相关电路文件中该元器件的正常状态模型，从而实现故障注入；步骤5，依据“在故障集中故障均可隔离的前提下，使可检测点数目最少”这一准则，选取针对步骤4所注入的故障的检测点，设新选定的检测点与原先选定的检测点总共有n个；步骤6，运行Cadence仿真，获得n个检测点的电路故障响应结果，对该结果进行故障特征识别，并与正常输出信号比对，对各个检测点完成故障编码，最终可得到一组由0、1这两种元素组成的n维向量，该向量的每一维依次表示步骤5设定的n个检测点的仿真输出状态，将该n维向量称为测试向量，具体过程如下①至④所示：①运行仿真，获取检测点的电路故障响应数据；对获得的离散故障响应数据使用本算法进行处理，识别并提取出检测点输出故障信号的关键特征参数，主要包括信号周期、最大/最小值、有效值、均值、绝对均值，将获得的参数作为智能电表故障判据的输入，判定检测点状态；②根据设定的智能电表故障判据，将获得的关键特征参数与正常输出信号的响应参数进行比较，若不满足判据要求，则将该检测点的输出信号编码为1，若满足判据要求，则将该检测点的输出信号编码为0；③若全部n个检测点的输出信号均完成故障特征识别与编码，则向下执行步骤7，否则对未完成的检测点执行步骤6中的①、②、③步骤，步骤7，判断故障集中所有故障是否均完成仿真，若是，向下执行步骤8；否则，返回步骤4顺序向下执行；步骤8，将执行上述步骤获得的测试向量与相应的失效模式之间的一一对应关系用表格的形式进行表述，即形成智能电表故障信息矩阵；步骤9，分析上述仿真结果与故障信息矩阵是否满足对智能电表进行故障检测与故障隔离的要求，若不满足，需要返回步骤5，调整检测点选取方案，顺序执行后续步骤；若满足，则结束智能电表基于仿真的虚拟故障测试过程。