[发明专利]换流器的故障检测装置、故障检测方法和变流系统

说明书

一种换流器的故障检测方法、故障检测装置和具有这样的故障检测装置的变流系统，换流器包括开关器件并且连接至具有调制电压的PWM调制电路，PWM调制电路使得开关器件以开关周期导通或关断，从而换流器将来自外部电源的输入电压和输入电流转换成输出电压和输出电流；故障检测方法包括：计算特定时间段内的输入电流变化估测值；检测特定时间段起始时刻的起始输入电流测量值和特定时间段终止时刻的终止输入电流测量值；将起始输入电流测量值与终止输入电流测量值比较，以得到特定时间段内的输入电流变化测量值；当输入电流变化估测值与输入电流变化测量值的差值超过输入电流变化阈值时，认定换流器存在故障。

技术领域

本发明涉及换流器的故障检测，特别地涉及一种用于轨道交通的牵引变流器的故障检测。

背景技术

随着社会和经济的发展，铁路建设也在不断的增长，电力机车机车和动车组的数量也在不断的增多，电力机车的牵引变流器作为牵引系统的核心装备，其运行的稳定性与对外部工况的适应性是技术人员不断追求的目标。

在电力牵引传动系统中，变流器由于老化、过载、不当操作等原因，以及长期处于电热应力和电磁干扰环境之下，其故障率在传动系统中一直居高不下。根据2009至2013年度武广线CRH3型高速动车组电力牵引传动系统故障数据统计分析结果，电力牵引变流器故障249次，其中整流器AC/DC和逆变器DC/AC功率模块共故障160次，占牵引变流器部件总故障次数的65％。

虽然目前牵引变流器的功率组件已经集成了过压、过流、过热和电路欠压等检测和保护电路，但由于牵引变流器工作环境复杂，负载突变、电网扰动、非正常使用和电磁干扰等都可能造成保护电路失效。因此需要及时诊断和定位牵引变流器故障，保障牵引传动系统的安全可靠运行。

牵引变流器在实际的运行过程中，收到各方面外部因素的影响，对于整流器来说，其受到电网以及负载侧影响较大。电网发生拉弧、跳弓、中断、畸变等故障时，都会在输入电流上反映出较为显著的变化，而负载侧或者变流器内部的短路，也会造成输入电流的突变。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种快速判断换流器故障或者外部工况出现异常的方法和装置。

本发明第一方面公开了一种换流器的故障检测装置，换流器包括开关器件并且连接至具有调制电压的PWM调制电路，PWM调制电路使得开关器件以开关周期导通或关断，从而换流器将来自外部电源的输入电压和输入电流转换成输出电压和输出电流，故障检测装置包括：计算模块，在时长等于开关周期的特定时间段开始之前，计算模块计算特定时间段内的电流变化估测值；检测模块，检测模块检测特定时间段起始时刻的起始输入电流测量值和特定时间段终止时刻的终止输入电流测量值；比较模块，比较模块将起始输入电流测量值与终止输入电流测量值比较，以得到特定时间段内的输入电流变化测量值；判断模块，当输入电流变化估测值与输入电流变化测量值的差值超过电流变化阈值时，判断模块认定换流器存在故障。

优选地，计算模块计算输入电压在特定时间段内的输入电压平均值和调制电压在特定时间段内的调制电压平均值，并且根据输入电压平均值与调制电压平均值的差异，计算特定时间段内的输入电流变化估测值。

优选地，计算模块以下述公式计算输入电流变化估测值：输入电流变化估测值＝((输入电压平均值-调制电压平均值)×开关周期)/输入侧等效漏感。

优选地，根据特定时间段内的PWM调制电路的占空比估测调制电压平均值。

优选地，换流器为整流器或电源型逆变器。