一種機車牽引變流器的中間電壓傳感器故障診斷方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及機車故障診斷技術領域，尤其涉及一種機車牽引變流器的中間電壓傳 感器故障診斷方法。
【背景技術】
[0002] 在機車的牽引變流器中，通過中間電壓傳感器來檢測中間回路的直流電壓，其好 壞將直接影響到牽引變流器的整流和逆變的有效控制，因而對機車的正常運行有重要影 響。如果能有效診斷出中間電壓傳感器的故障狀態，則可以根據診斷出的故障信息將故障 傳感器進行隔離，從而得到有效的中間直流電壓值輸出，可以大大提高系統的可用性。
[0003] 目前對于機車上電壓傳感器的故障診斷技術的研究較少，通常均是采用簡單的超 限判斷原理來實現電壓傳感器的故障診斷，即當采集到的電壓值不在有效范圍內時，則認 為電壓傳感器故障。如圖1所示為機車牽引變流器充電回路，當牽引變流器充電時，充電接 觸器KMl閉合、KM2開關斷開，電流通過充電接觸器KM1、充電電阻Rchr和整流二極管向中 間電容充電，通過中間電壓傳感器VHl和VH2檢測中間直流電壓值。目前針對VHl和VH2 兩個中間電壓傳感器的故障診斷，即是通過判斷兩個傳感器采樣值是否超過采樣范圍或比 較VHl、VH2的差值是否超過一定門檻值來判斷傳感器的故障工況。
[0004] 上述基于傳感器采樣值超限判斷或傳感器之間差值判斷的方法，僅限于在電壓采 樣值完全不在正常范圍內時能夠實現電壓傳感器的故障判斷，但當電壓傳感器故障導致電 壓采樣出現一定偏差，而采集的電壓值在正常范圍內時，則無法準確的診斷出該故障，因此 具有非常大的局限性，其故障診斷的精度不高。

【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一 種實現操作簡便、所需成本低、能夠實現實時故障診斷，且診斷范圍廣、診斷精度高的機車 牽引變流器的中間電壓傳感器故障診斷方法。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：
[0007] -種機車牽引變流器的中間電壓傳感器故障診斷方法，步驟包括：
[0008] 1)預先在機車處于正常工況下對目標牽引變流器進行充電，并檢測輸入不同網壓 值時輸出的中間直流電壓值，建立得到網壓值與中間直流電壓值之間的關系模型；
[0009] 2)實時采集目標牽引變流器輸入的網壓值，以及待診斷中間電壓傳感器輸出的中 間直流電壓檢測值；
[0010] 3)根據所述關系模型計算所述步驟2)采集到的網壓值所對應的中間直流電壓 值，得到中間直流電壓計算值；將所述中間直流電壓檢測值與所述中間直流電壓計算值進 行比較，并根據比較結果對待診斷中間電壓傳感器的故障狀態進行診斷。
[0011] 作為本發明的進一步改進，所述步驟1)的具體步驟為：
[0012] I. 1)將牽引變流器輸入的網壓值與輸出的中間直流電壓值之間的關系等效為慣 性系統模型，建立網壓值與中間直流電壓值之間的關系模型；
[0013] 1. 2)預先在機車處于正常工況下對目標牽引變流器進行充電，并檢測輸入不同網 壓值時輸出的中間直流電壓值；根據各個網壓值、以及對應檢測到的中間直流電壓值對所 述關系模型中參數進行辨識，得到辨識后網壓值與中間直流電壓值之間的關系模型。
[0014] 作為本發明的進一步改進，所述步驟I. 1)中慣性系統模型為：
[0015] ⑴
[0016] 則由式（1)所示的慣性系統模型得到網壓值與中間直流電壓值之間的關系模型 為：
[0017] Ud (k) = -B1Ud (k-l)-a2Ud(k-2)+b0Unet(k-l)+b 1Unet(k-2) (2)
[0018] 其中，％、&2、131、132為待辨識的模型參數，1^為中間直流電壓值，1]_為網壓有效值， k為采樣數據點。
[0019] 作為本發明的進一步改進，所述步驟1. 2)中具體采用最小二乘算法對所述關系 模型中參數進行辨識。
[0020] 作為本發明的進一步改進，所述步驟3)中根據比較結果對待診斷中間電壓傳感 器進行故障診斷的具體步驟為：判斷第一預設時間段內的所述比較結果是否持續超過預設 正常范圍，如果是，則診斷中間電壓傳感器為故障狀態，否則診斷為正常狀態。
[0021] 作為本發明的進一步改進，所述步驟3)中還包括中間直流電壓值有效判斷輸出 步驟，具體步驟為：判斷目標牽引變流器中兩個待診斷中間電壓傳感器的診斷結果，若均為 正常狀態，則分別計算對應的兩個中間直流電壓檢測值與所述中間直流電壓計算值之間的 差值，取差值較小所對應的中間直流電壓檢測值作為有效電壓值輸出；若存在一個為故障 狀態，則取為正常狀態的中間電壓傳感器所輸出的中間直流電壓檢測值作為有效電壓值輸 出；若均為故障狀態，則取所述中間直流電壓計算值為有效電壓值輸出。
[0022] 作為本發明的進一步改進，所述步驟3)中還包括模型參數實時更新步驟，具體步 驟為：當待診斷中間電壓傳感器診斷為正常狀態時，將當前第二預設時間段內采集到的網 壓值、所述中間直流電壓檢測值輸入至所述關系模型中進行參數辨識，得到參數更新后的 關系模型以用于下一次診斷。
[0023] 與現有技術相比，本發明的優點在于：
[0024] 1)本發明根據機車正常工況下牽引變流器充電過程的歷史數據，預先建立牽引變 流器充電時網壓值與中間直流電壓值之間的關系模型，由關系模型來表征網壓值與中間直 流電壓值之間的關系；再根據實時檢測值與由關系模型得到的計算值進行比較，來對中間 電壓傳感器進行實時診斷，從而可針對傳感器的各種故障工況進行診斷，實現中間電壓傳 感器故障的有效判斷，不需要增加任何硬件成本，實現操作簡單且診斷效率及精度高；
[0025] 2)本發明進一步利用最小二乘法辨識出關系模型的初始參數，從而獲得網壓值與 中間直流電壓值之間的關系，辨識過程簡單且辨識得到的模型精度高；
[0026] 3)本發明進一步的若診斷出中間電壓傳感器為正常狀態，則根據正常工況下的實 時數據對關系模型中模型參數進行實時更新，以降低元件老化等對模型精度的影響，保證 模型的有效性；
[0027] 4)本發明進一步通過診斷出兩個中間電壓傳感器的故障后，由故障診斷結果來綜 合判斷得出有效電壓值，能夠有效提高中間直流電壓檢測的精度，同時大大提高系統的可 用性。
【附圖說明】
[0028] 圖1是機車牽引變流器充電回路的結構原理示意圖。
[0029] 圖2是本實施例機車牽引變流器的中間電壓傳感器故障診斷方法的實現流程示 意圖。
[0030] 圖3是本發明具體實施例中關系模型輸出電壓與樣本輸出電壓的波形對比結果 示意圖。
[0031] 圖4是本發明具體實施例中采用關系模型的預測誤差結果示意圖。
[0032] 圖5是本發明具體實施例中采用第1組歷史數據與關系模型輸出的對比結果示意 圖。
[0033] 圖6是本發明具體實施例中采用第1組歷史數據時關系模型的模型誤差結果示意 圖。
[0034] 圖7是本發明具體實施例中采用第2組歷史數據與關系模型輸出的對比結果示意 圖。
[0035] 圖8是本發明具體實施例中采用第2組歷史數據時關系模型的模型誤差結果示意 圖。
[0036] 圖9是本發明具體實施例中步驟3)的具體實現流程示意圖。
[0037] 圖10是本實施例中封裝得到的中間電壓傳感器故障診斷模塊的接口原理示意 圖。
[0038] 圖11是本發明具體實施例中兩個中間電壓傳感器故障診斷的結果示意圖。
【具體實施方式】
[0039] 以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但并不因此而 限制本發明的保護范圍。
[0040] 如圖2所示，本實施例機車牽引變流器的中間電壓傳感器故障診斷方法，步驟包 括：
[0041] 1)預先在機車處于正常工況下對目標牽引變流器進行充電，并檢測輸入不同網壓 值時輸出的中間直流電壓值，建立得到網壓值與中間直流電壓值之間的關系模型；
[0042] 2)實時采集目標牽引變流器輸入的網壓值，以及待診斷中間電壓傳感器輸出的中 間直流電壓檢測值；
[0043] 3)根據關系模型計算步驟2)采集到的網壓值所對應的中間直流電壓值，得到中 間直流電壓計算值；將中間直流電壓檢測值與所述中間直流電壓計算值進行比較，并根據 比較結果對待診斷中間電壓傳感器的故障狀態進行診斷。
[0044] 本實施