[发明专利]一种三电平牵引变流器开路故障诊断方法及系统

说明书

本发明涉及电路故障诊断技术领域，公开了一种可应用于诊断三电平牵引变流器中开路故障诊断方法及系统，以实时监测牵引变流器系统的运行状态，及时检测故障并处理故障，使牵引变流器安全可靠地运行；本发明的方法包括构建残差评价函数，设定残差的检测阈值，比较残差评价函数与检测阈值，判断牵引变流器是否有故障发生；分析残差评价函数的数值与牵引变流器的各交流侧电流之间的关联度，建立相似度判断函数，设定相似度阈值，比较相似度判断函数和相似度阈值判断故障桥臂的位置；向故障桥臂中输入特定的控制信号序列，设定诊断阈值，计算输入特定的控制信号后残差评价函数的绝对值，进一步得到故障桥臂上的具体故障器件所在位置。

技术领域

本发明涉及电路故障诊断技术领域，尤其涉及一种可应用于诊断三电平牵引变流器中开 路故障诊断方法及系统。

背景技术

牵引传动系统被誉为高速列车的“心脏”，它不仅是整个高速列车的核心动力单元，更 是其运行安全的关键系统之一，对牵引传动系统中关键器件/部件的健康监测至关重要。牵引 传动系统由牵引变压器、牵引变流器等主电路设备以及牵引电机等装置构成，其中，牵引变 流器包括脉冲整流器、中间直流环节以及逆变器，因此，牵引变流器是这枚“心脏”的“起 搏器”。由于长期在高温、高压等恶劣的工作环境下，牵引变流器也是牵引传动系统的高发 故障源。牵引变流器中关键器件的安全隐患和故障若不能及时监测到并得到及时正确的处理， 都有可能引发系统连锁事故，甚至导致灾难性后果。因此，保证牵引变流器及其关键器件安 全可靠地工作不仅确保牵引传动系统安全运行的关键，也是确保轨道高速列车安全运行的关 键。

牵引变流器常见故障中有49％左右的是开关管和钳位二极管故障，主要类型有开关管开 路故障、开关管短路故障和钳位二极管开路故障等。对于短路故障情况，系统中多会加入快 速熔断器进行保护，当发生短路故障时，熔断器会以极快的速度熔断，之后就变成了开路故 障的情况。当牵引变流器中任一开关管或钳位二极管发生开路故障时，不仅会使输出电压和 电流会发生畸变，同时也会使相邻开关管或钳位二极管两端承受过高的压降，如果不及时采 取措施，不仅会使牵引变流器所在系统无法正常工作，而且会造成其它开关管等器件设备的 损坏，从而引起严重影响系统的性能和安全性。因此，实时监测牵引变流器系统的运行状态， 及时检测故障并处理故障，是提高牵引变流器安全可靠运行的关键。

发明内容

本发明目的在于提供一种三电平牵引变流器开路故障诊断方法与系统，以实时监测牵引 变流器系统的运行状态，及时检测故障并处理故障，使牵引变流器安全可靠地运行。

为实现上述目的，本发明提供了一种三电平牵引变流器开路故障诊断方法，包括以下步 骤：

S1：在牵引变流器系统正常工作的情况下，建立直流环节电压的数学计算模型；

S2：通过相关器件采集所述直流环节电压的实际值，然后根据所述数学计算模型计算所 述直流环节电压的值作为估计值，根据所述实际值与所述估计值生成残差，并构建残差评价 函数；

S3：设定残差的检测阈值h₀，计算第k个控制周期内残差评价函数的绝对值，若该绝对 值大于所述检测阈值h₀，且持续一定控制周期，则视为系统发生了故障，进入步骤S4；否则 视为系统没有发生故障，返回步骤S2；

S4：分析所述残差评价函数的数值与牵引变流器的各交流侧电流之间的关联度，根据所 述关联度建立相似度判断函数，设定相似度阈值h₁，并将相似度判段函数的最大取值与所述 相似度阈值h₁进行比较，判断故障桥臂的位置；

S5：设定诊断阈值h₂，向步骤S4中的故障桥臂中输入特定的控制信号序列，重新计算注 入特定的控制信号后残差评价函数的绝对值，将该绝对值与所述诊断阈值h₂进行比较，得到 故障桥臂上的具体故障器件所在位置。