本發(fā)明涉及動(dòng)車組變流器故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)車組逆變器IGBT單管斷路故障診斷方法。

背景技術(shù)：

目前，動(dòng)車組列車出現(xiàn)故障時(shí)司乘人員只能通過(guò)關(guān)閉模塊電路的方式實(shí)現(xiàn)故障的切除，該處理方式直接導(dǎo)致動(dòng)車組喪失部分動(dòng)力無(wú)法以額定速度運(yùn)行；針對(duì)這種情況，目前的變流器故障診斷技術(shù)中，基于信號(hào)處理的方法是利用信號(hào)模型直接分析信號(hào)中的各種特征信息(頻率、幅值和相位等)，可分為頻譜分析的方法、小波變換方法、主元變換方法等；基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法、故障樹(shù)診斷方法、粒子群診斷方法、支持向量機(jī)診斷方法等；上述診斷方法在變流器的故障診斷中均取得了一定的效果，但根本出發(fā)點(diǎn)都是從該系統(tǒng)輸出電氣量的視頻域特征展開(kāi)的，并沒(méi)有關(guān)注信號(hào)相位量隱含的特征。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種根據(jù)動(dòng)車組故障模式下的電流信號(hào)計(jì)算“相位差均值”這一特征量及其之間的相關(guān)性進(jìn)行逆變器IGBT單管斷路故障診斷方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種動(dòng)車組逆變器IGBT單管斷路故障診斷方法，包括以下步驟：

根據(jù)單管故障模式下三相輸出電流，構(gòu)造正交緊支撐復(fù)小波；

根據(jù)構(gòu)造的復(fù)小波變換的實(shí)部和虛部得到三相輸出電流的幅值和相位分布特征；

根據(jù)三相輸出電流的幅值和相位分布特征，計(jì)算復(fù)小波分解系數(shù)各層相位差特征量；

利用最大互相函數(shù)計(jì)算“相位差均值”特征量之間相關(guān)性；

根據(jù)復(fù)小波變換后各層“相位差均值”特征量及三相電流相關(guān)性計(jì)算，進(jìn)行逆變器單管斷路故障的診斷。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)構(gòu)造的復(fù)小波變換的實(shí)部和虛部得到三相輸出電流的幅值和相位分布特征的步驟如下：

正交小波ψ及其對(duì)應(yīng)的尺度函數(shù)φ滿足下述條件：

緊支正交小波，h_n或g_n的項(xiàng)數(shù)滿足下式：

根據(jù)上述兩個(gè)式子，推導(dǎo)得到如下結(jié)果：

求取復(fù)數(shù)序列ch[n]，規(guī)范性處理，得到復(fù)低通濾波器ch以及對(duì)偶復(fù)低通濾波器使用復(fù)濾波器將信號(hào)分解為實(shí)部和虛部，如下：

式中：h_n、g_n分別表示正交小波函數(shù)及其對(duì)應(yīng)尺度函數(shù)的濾波系數(shù)，x為小波基自變量，l為小波基平移量，H(ω)、G(ω)分別為濾波系數(shù)傅里葉變換后結(jié)果，ω為傅里葉變換頻率，z＝e^-jω/2，λ_i為不等于±1的實(shí)數(shù)，L為形式為z-λ_i項(xiàng)的個(gè)數(shù)，M為項(xiàng)的個(gè)數(shù)，n為h多項(xiàng)式的長(zhǎng)度。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)三相輸出電流的幅值和相位分布特征，計(jì)算復(fù)小波分解系數(shù)各層相位差特征量步驟如下：

考慮電流信號(hào)特征頻段對(duì)應(yīng)的復(fù)小波分解層數(shù)為從第r層到第s層，s>r>0，以a相電流為例，經(jīng)復(fù)小波變換后第j層系數(shù)分別為：

第j層小波系數(shù)的能量為：

a相電流對(duì)應(yīng)的復(fù)小波變換第j層系數(shù)的剩余M點(diǎn)電流相位序列為：

a相電流與b相電流在第j層相位差均值為：

利用上式，同理可求取三相電流中b、c兩相及a、c兩相在第j層相位差均值；

根據(jù)上式即可得到復(fù)小波分解系數(shù)各層相位差均值。

進(jìn)一步的，所述利用最大互相函數(shù)計(jì)算“相位差均值”特征量之間相關(guān)性具體過(guò)程如下：

求解公式為：

式中：n為延遲時(shí)間序列，r為時(shí)間序列，N為采樣點(diǎn)數(shù)；phIx(r)為第r個(gè)時(shí)間序列對(duì)應(yīng)的相位差均值，phIy(r+n)為第r+n個(gè)時(shí)間序列對(duì)應(yīng)的相位差均值。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明通過(guò)采集單管故障模式下三相輸出電流，構(gòu)造正交緊支撐復(fù)小波，得到電流幅值和相位信息，對(duì)信號(hào)信息進(jìn)行的分析更加精確；

(2)本發(fā)明對(duì)相位差之間的相關(guān)性進(jìn)行量化求解，故障診斷的精確度較高。

附圖說(shuō)明

圖1為動(dòng)車組量電平逆變主電路圖。

圖2為T(mén)1管斷路小波分解系數(shù)各層相位差。

圖3為T(mén)4管斷路小波分解系數(shù)各層相位差。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

一種動(dòng)車組逆變器IGBT單管斷路故障診斷方法，包括以下步驟：

根據(jù)單管故障模式下三相輸出電流，構(gòu)造正交緊支撐復(fù)小波；

根據(jù)構(gòu)造的復(fù)小波變換的實(shí)部和虛部得到三相輸出電流的幅值和相位分布特征；

根據(jù)三相輸出電流的幅值和相位分布特征，計(jì)算復(fù)小波分解系數(shù)各層相位差特征量；

利用最大互相函數(shù)計(jì)算相位差特征量之間相關(guān)性；

根據(jù)復(fù)小波變換后各層相位差均值這一特征量及三相電流相關(guān)性計(jì)算，進(jìn)行逆變器單管斷路故障的診斷。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)構(gòu)造的復(fù)小波變換的實(shí)部和虛部得到三相輸出電流的幅值和相位分布特征的步驟如下：

復(fù)小波變換使用復(fù)濾波器將信號(hào)分解為實(shí)部和虛部，使用實(shí)部和虛部系數(shù)得到幅值和相位信息，來(lái)對(duì)信號(hào)信息進(jìn)行更為精確的分析

正交小波ψ及其對(duì)應(yīng)的尺度函數(shù)φ滿足下述條件：

緊支正交小波，h_n或g_n的項(xiàng)數(shù)滿足下式：

根據(jù)上述兩個(gè)式子，推導(dǎo)得到如下結(jié)果：

求取復(fù)數(shù)序列ch[n]，規(guī)范性處理，得到復(fù)低通濾波器ch以及對(duì)偶復(fù)低通濾波器使用復(fù)濾波器將信號(hào)分解為實(shí)部和虛部，可分別計(jì)算出復(fù)高通濾波器cg和如下：

式中：h_n、g_n分別表示正交小波函數(shù)及其對(duì)應(yīng)尺度函數(shù)的濾波系數(shù)，x為小波基自變量，l為小波基平移量，H(ω)、G(ω)分別為濾波系數(shù)傅里葉變換后結(jié)果，ω為傅里葉變換頻率，z＝e^-jω/2，λ_i為不等于±1的實(shí)數(shù)，L為形式為z-λ_i項(xiàng)的個(gè)數(shù)，M為項(xiàng)的個(gè)數(shù)，n為h多項(xiàng)式的長(zhǎng)度。

根據(jù)上述分析，構(gòu)造db7復(fù)小波，可利用復(fù)小波變換的實(shí)部和虛部來(lái)綜合評(píng)價(jià)被分析信號(hào)的分布特征。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)三相輸出電流的幅值和相位分布特征，計(jì)算復(fù)小波分解系數(shù)各層相位差特征量步驟如下：

考慮電流信號(hào)特征頻段對(duì)應(yīng)的復(fù)小波分解層數(shù)為從第r層到第s層，s>r>0，以a相電流為例，經(jīng)復(fù)小波變換后第j層系數(shù)分別為：

第j層小波系數(shù)的能量為：

a相電流對(duì)應(yīng)的復(fù)小波變換第j層系數(shù)的剩余M點(diǎn)電流相位序列為：

a相電流與b相電流在第j層相位差均值為：

利用上式，同理可求取三相電流中b、c兩相及a、c兩相在第j層相位差均值；

根據(jù)上式即可得到復(fù)小波分解系數(shù)各層相位差均值。完成各功率器件斷路模式下數(shù)據(jù)復(fù)小波分解系數(shù)各層“相位差均值”特征向量的求取。

進(jìn)一步的，所述利用最大互相函數(shù)計(jì)算“相位差均值”特征量之間相關(guān)性具體過(guò)程如下：

求解公式為：

式中：n為延遲時(shí)間序列，r為時(shí)間序列，N為采樣點(diǎn)數(shù)；phIx(r)為第r個(gè)時(shí)間序列對(duì)應(yīng)的相位差均值，phIy(r+n)為第r+n個(gè)時(shí)間序列對(duì)應(yīng)的相位差均值。

以動(dòng)車組兩電平逆變主電路為例，推導(dǎo)復(fù)高通濾波器，構(gòu)造db7復(fù)小波；統(tǒng)計(jì)逆變器IGBT單管斷路故障的類型，并推導(dǎo)其觸脈沖編碼，如表1所示；以a相電流為例，推導(dǎo)其經(jīng)復(fù)小波變換后第j層系數(shù)，計(jì)算各層系數(shù)的相位差；上橋壁T1處對(duì)應(yīng)的IGBT發(fā)生斷路故障時(shí)，b相電流和c相電流相位差PhIbc，a相電流和b相電流相位差PhIab呈現(xiàn)出較為強(qiáng)烈的正相關(guān)性；而a相電流和c相電流相位差PhIac信號(hào)在經(jīng)過(guò)30層分解后各層分解系數(shù)對(duì)應(yīng)的相差穩(wěn)定在38rad；下橋壁T4處對(duì)應(yīng)的IGBT發(fā)生斷路故障時(shí)，a相電流和c相電流相位差PhIac，a相電流和b相電流相位差PhIab呈現(xiàn)出較為強(qiáng)烈的負(fù)相關(guān)性；而b相電流和c相電流相位差PhIbc信號(hào)在經(jīng)過(guò)30層分解后各層分解系數(shù)對(duì)應(yīng)的相差在47rad，如圖2、3和表2所示；利用最大互相關(guān)函數(shù)對(duì)應(yīng)相位差之間的相關(guān)性進(jìn)行量化求解，與上述相位差結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，提高診斷的精確度，相關(guān)性結(jié)果如表2所示。

表1各時(shí)間段主導(dǎo)頻率能量幅值分布

表2 IGBT單管斷路相差規(guī)律及相關(guān)性

本發(fā)明針對(duì)目前動(dòng)車組逆變器模塊功率器件出現(xiàn)故障時(shí)司乘人員只能通過(guò)關(guān)閉整個(gè)模塊電路的方式實(shí)現(xiàn)故障切除，將直接導(dǎo)致動(dòng)車組喪失部分動(dòng)力的問(wèn)題；提出的一種可以精確進(jìn)行故障診斷的方法；根據(jù)采集各單管故障模式下三相輸出電流，利用構(gòu)造的復(fù)小波提取電流信號(hào)小波分解系數(shù)各層相位差均值，結(jié)合復(fù)小波各層相位差均值之間相關(guān)性以及各故障模式下“相位差均值”變化規(guī)律實(shí)現(xiàn)變流器IGBT斷路故障的診斷，為高鐵動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供一種技術(shù)方案。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。