[发明专利]机车牵引变流器直流支撑电容器的容值估算方法及其应用系统

说明书

本发明提供一种机车牵引变流器直流支撑电容器的容值估算方法及其应用系统，首先采集机车牵引变流器直流支撑电容器充/放电过程的网压和中间电压，再对引入阶跃函数的直流支撑电容器的电压容值微分方程进行分段求解，并通过预设算法确定直流支撑电容器各段电压计算值的误差之和小于等于阈值时的总误差；将该总误差对应的容值作为机车牵引变流器直流支撑电容器的电容估值；从而通过引入阶跃函数表征网压和机车牵引变流器的直流输入电压的关系，并通过数值解法进行分段求得，得到总误差小于等于阈值时所对应的电容值，实现了对交流供电情况下直流支撑电容器容值的直接估测，提高机车牵引变流器直流支撑电容器的安全性。

技术领域

本发明属于电容器技术领域，更具体的说，尤其涉及一种机车牵引变流器直流支撑电容器的容值估算方法及其应用系统。

背景技术

电容器作为一种常见的电气元件，广泛应用于各类电力电子产品中。在轨道交通领域，无论是城际动车还是机车，它们的牵引变流器中的直流电路部分都有中间电容作为直流电路滤波和稳压的关键元件，其性能直接影响后续逆变器和电机的供电质量。

列车平稳运行时，中间电容的电压基本保持稳定，难以通过一般的方法检测容值及其变化。而电容的充放电过程，在外部电压稳定时，是一个指数上升或衰减的过程；基于上升或衰减的快慢可以衡量电容值的大小，从而达到检测评估甚至在线监测中间电容健康状态的目的；但是对于机车来说，其为交流供电、并通过四象限整流将网压输入到直流电路部分，直流电路的输入电压不再是稳定值，中间电容电压不再遵循指数上升的规律，因而该方案无法对交流供电的情况进行容值的直接估测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机车牵引变流器直流支撑电容器的容值估算方法及其应用系统，用于检测评估由交流电供电的机车牵引变流器直流支撑电容器的电容估值。

本发明第一方面公开了一种机车牵引变流器直流支撑电容器的容值估算方法，包括：

采集所述机车牵引变流器直流支撑电容器充/放电过程的网压和中间电压；

依据所述网压和所述中间电压，对引入阶跃函数的直流支撑电容器的电压容值微分方程进行分段求解，并通过预设算法确定所述直流支撑电容器的各段电压计算值的误差之和小于等于阈值时的总误差；

将所述总误差对应的容值作为所述机车牵引变流器直流支撑电容器的电容估值。

可选的，所述电压容值微分方程为：

其中，R1为充电/放电电阻、C为所述机车牵引变流器直流支撑电容器的容值；Heaviside()为阶跃函数；Uamp为所述网压经过变压器调整后的电压值；wt为网压的角频率；sin为正弦函数；U为待计算的电压计算值。

可选的，所述预设算法为：最大化误差算法和最小化误差算法的博弈过程。

可选的，依据所述网压和所述中间电压，对引入阶跃函数的直流支撑电容器的电压容值微分方程进行分段求解，并通过预设算法确定所述直流支撑电容器各段电压计算值的误差之和小于等于阈值时的总误差，包括：

S1、依据所述网压和所述中间电压，对所述电压容值微分方程进行分段求解，得到各个时间段的计算电压值误差的带权总误差；

其中，各个时间段的计算电压值误差的权重初始值，以及，直流支撑电容器的容值初始值，均为随机初始化的数值；

S2、在带权总误差大于所述阈值的情况下，依据所述最大化误差算法，以误差最大化为目标，对各个时间段的计算电压值误差进行权重更新；并依据所述最小化误差算法，以误差最小化为目标，对直流支撑电容器的容值进行更新；

以更新后的权重和容值，重新执行步骤S1，直至所述带权总误差小于等于所述阈值，将其作为所述总误差。

可选的，步骤S1包括：