[发明专利]一种对车载电源设备进行实时质量监测的系统

说明书

本发明提供了一种对车载电源设备进行实时质量监测的系统。包括：多通道射频端口选择切换模块、多通道同步采样时间戳模块、数据降采样模块、现场可编程门阵列FPGA信号处理模块、数字信号预处理模块和神经网络预测模块。多通道射频端口选择切换模块设置车载电源设备的多个采样通道，数据降采样模块通过数据采集卡实现各个采样通道的电压电流数据的连续采集，得到每个采样通道信号的数字域表达信号；神经网络预测模块根据信号时频特征信息划分数据集，对信号时频特征信息进行信号分析及预测，得到车载电源设备的质量检测结果。本发明实现了对车载电源设备骚扰的实时和高速的信号采集，以及实时处理及海量存储，分析并预测后续波形，实现噪声提取功能。

技术领域

本发明涉及车载电源质量监测技术领域，尤其涉及一种对车载电源设备进行实时质量监测的系统。

背景技术

由于铁路信号系统较为复杂，信号设备也会受到许多因素的影响发生一些故障，在众多引起故障的因素中，电磁骚扰是引发设备故障的重要原因。对于电磁骚扰而言，骚扰的传输方式主要可分为空间辐射骚扰和传导骚扰，即辐射发射和传导发射。目前，一些功率较大的车载设备向集成化的方向发展，系统中设备与设备间的距离被逐渐缩小、同时设备信号线和电源线变得越来越多，使得系统中的电磁环境变得越来越复杂。在复杂的电磁环境中，不同形式、不同种类的骚扰源借着不同的耦合途径严重影响了设备的正常运行。

对于车载信号电源，电源线受电磁骚扰而混入的高频噪声和电涌脉冲是导致电源质量下降的重要原因。大量的试验研究表明，高铁电磁干扰问题大多是由瞬变电磁干扰引起的。在动车组运行过程中，受电弓与接触线之间的放电电弧会对列车的信号系统、门控系统等子系统产生干扰。例如，当速度传感器受到干扰时，列车会突然停止，严重影响了列车运行安全。在部分电力机车或动车组上，给车载设备供电的蓄电池组会出现负极搭铁的现象，即以车体本身成为电源负极公共导体，这样就不可避免地受到车体环流的影响，而且车体与车辆上所有导体及回路都存在较强的耦合，进而成为了间接耦合的媒介。当充电机或蓄电池组对车载设备进行供电时，有些设备的供电线路是串联布置的，所以会因为共阻抗的问题，给整个供电回路引入噪声耦合，当周围电磁环境中或供电网内部产生较强的电磁骚扰时，比如弓网离线放电、雷击或者开关电源的动作，将会产生噪声脉冲，噪声脉冲会通过这些耦合途径进入电源线，进而影响设备的供电质量。

电源的质量是保证设备正常运行的前提，这就对电源系统的安全性和稳定性提出了更高的要求。现阶段，对于电源质量的监测许多都是对电力系统进行研究的，通过固定式监测仪器，完成对高压低频信号的监测分析，主要的监测参数包括电压波动、三相不平衡度、频率偏差以及谐波等，迄今为止也取得很多研究成果。但是对于车载电源监测系统而言，由于对应的铁路信号系统比较复杂，有较大的电磁干扰存在，车载设备的信号电源线上会出现高频噪声以及电涌脉冲等瞬态现象。这些都是导致电源质量下降的原因。对于这些高频噪声、电涌脉冲等瞬态现象，普通的电源质量监测系统所监测的电能参数达不到理想要求。所以需要设计一套除普通电能监测系统能监测到的参数以外的参数的系统。

对于铁路信号设备的电源监测系统，虽然一部分的机车上安装了直流电源的测量设备，可以监测直流110V电压的动态数据，但是记录的电源质量参数不完善，缺少一些针对噪声分析的参数，例如相位和功率等。现在能监测到的一般性的参数在很多时候并不能满足人们对信号分析的需求。当车载设备发生故障时，维修人员需要通过对异常信号的详细信息进行分析，从而判断故障原因。而一般的监测设备记录的参数并不能完全满足分析需求，从而增加了维修人员排查故障的困难并极大地降低了维修效率，同时也严重影响了铁路行车安全和列车运行秩序。

因此，一定要对信号的电源质量进行实时的监测,一旦监测出电源出现问题,就马上报警并迅速通知相关工作人员,同时也要对信号电源做出相应的控制以避免更大灾难的发生。这就需要相对专门的监测设备,可以用来监测电源工作时的状态,以帮助铁路车载设备能够更可靠、更稳定以及更安全的工作。针对信号设备电源线上存在强电磁干扰的情况，为保证车载设备的安全运行，开发一套既可以监测电源基本参数，又可以监测高频噪声骚扰的电源监测系统是一个亟待解决的问题。

发明内容