本發(fā)明涉及一種城市軌道交通中高壓雙向牽引供電裝置的故障診斷技術(shù)，具體地說是一種高壓雙向牽引供電裝置功率器件斷路故障診斷裝置及其方法。

背景技術(shù)：

高壓雙向牽引供電裝置主回路故障大多數(shù)體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)性故障，其中最常見的是功率器件故障。功率器件的故障可分為兩類：貫穿故障和斷路故障。對于高壓雙向牽引供電裝置來說，通常情況下其主回路的保護均是通過輸入側(cè)或輸出側(cè)的過流和過壓條件來實現(xiàn)觸發(fā)，進而由其控制系統(tǒng)封鎖功率器件的驅(qū)動脈沖、并切斷其與輸入側(cè)和輸出側(cè)的其它設(shè)備之間的聯(lián)系以防止故障范圍的擴大。在這種主回路保護方式下，對于功率器件的貫穿故障來說，由于其可以引發(fā)大幅過流現(xiàn)象，從而診斷和保護起來十分容易；對功率器件的斷路故障來說，由于其通常情況下不會引發(fā)大幅過流或過壓、欠壓現(xiàn)象，因此需要對其進行故障診斷，并使用診斷的結(jié)果去觸發(fā)保護動作、實現(xiàn)故障的隔離。在功率器件斷路故障的診斷方面，傳統(tǒng)的人工故障查找方法完全依賴操作人員的調(diào)試經(jīng)驗，診斷周期長、并且很難保證診斷結(jié)果的準確性，因而其自動檢測和診斷方法極為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高壓雙向牽引供電裝置功率器件斷路故障的精確定位的雙向牽引供電裝置功率器件斷路故障診斷裝置及其方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的雙向牽引供電裝置功率器件斷路故障診斷裝置，包括由電阻和電感分別串接構(gòu)成的三相交流電路和由兩個電容串聯(lián)構(gòu)成的直流電路，三相交流電路中具有交流中性點n，直流電路中具有直流中性點o，三相交流電路上連接有電壓傳感器，所述電壓傳感器能夠用來測量電壓uu-、uv-或uw-的數(shù)值并通過計算得到uno，進而求出其標幺化均值交流中性點n和直流中性點o之間的電壓的標幺化均值能夠?qū)Ω邏弘p向牽引供電裝置的電流故障特征和電壓故障特征進行辨識。

一種采用上述雙向牽引供電裝置功率器件斷路故障診斷裝置的診斷方法，包括以下步驟：

1)的檢測和計算方法

高壓雙向牽引供電裝置的解析表達式如式(1)所示；其中，r為高壓雙向牽引供電裝置的交流側(cè)分布電阻，l為高壓雙向牽引供電裝置的交流側(cè)電感；

將式(1)中的各式求和可得：

在三相三線制方式下有ia+ib+ic＝0，且對于三相平衡的電網(wǎng)電壓uun、uvn和uwn，有uun+uvn+uwn＝0，從而有：

繼而

采用上述uno的求解方法通過電壓傳感器來測量uu-、uv-或uw-，進而通過計算得到uno，進而通過動窗平均值算法便可求出其標幺化均值

2)和的檢測和計算方法

對交流網(wǎng)側(cè)電流進行標幺化時所選取的基值為交流網(wǎng)側(cè)電流空間矢量幅值其中id和iq為網(wǎng)側(cè)電流在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系d軸和q軸上的分量，具體由(7)給出；

選取交流網(wǎng)側(cè)電流空間矢量幅值作為基值對交流網(wǎng)側(cè)電流的進行標幺化后取均值，三相電流的標幺化均值表達式如式(8)所示；

3)標幺化均值法的門限值選取

根據(jù)上述中對標幺化均值法的描述，其故障代碼的確定規(guī)則如下：

其中，λ+、λ-、σ+和σ-分別是標志位a與bv(v＝a,b,c)的正、負門限值。門限值λ+、λ-、σ+和σ-在選取過程中需要參考多個評價指標以實現(xiàn)全局最優(yōu)；各門限值選取如下：

4)標幺化均值法的故障元件定位規(guī)則，對故障元件與故障代碼之間對應(yīng)。

采用上述的結(jié)構(gòu)和方法后，通過對電壓故障特征的辨識能夠抑制直流負荷突變對電流故障特征辨識過程造成的影響，降低誤診率；分別使用交流網(wǎng)側(cè)故障電流和交直流中性點之間的電壓的標幺化均值對高壓雙向牽引供電裝置的電流故障特征和電壓故障特征進行辨識；使用上述兩個標幺化均值辨識出的故障特征與故障元件之間存在一一對應(yīng)關(guān)系，將這種一一對應(yīng)關(guān)系進行編碼并加以簡化，繼而形成規(guī)則化的知識表述，并以此實現(xiàn)了故障元件定位，其精確定位，且診斷過程所依據(jù)的數(shù)據(jù)僅需要增加一個電壓傳感器，成本低，可用性強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明雙向牽引供電裝置功率器件斷路故障診斷裝置的原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明的雙向牽引供電裝置功率器件斷路故障診斷裝置及其方法作進一步詳細說明。

如圖所示，本發(fā)明的雙向牽引供電裝置功率器件斷路故障診斷裝置，包括由電阻和電感分別串接構(gòu)成的三相交流電路和由兩個電容串聯(lián)構(gòu)成的直流電路，三相交流電路中具有交流中性點n，直流電路中具有直流中性點o，三相交流電路上連接有電壓傳感器，電壓傳感器能夠用來測量電壓uu-、uv-或uw-的數(shù)值并通過計算得到uno，進而求出其標幺化均值交流中性點n和直流中性點o之間的電壓的標幺化均值能夠?qū)Ω邏弘p向牽引供電裝置的電流故障特征和電壓故障特征進行辨識。

本發(fā)明的高壓雙向牽引供電裝置功率器件斷路故障診斷裝置安裝于高壓雙向牽引供電裝置內(nèi)部，通過檢測高壓雙向牽引供電裝置的交流電流、交流電壓、直流電壓，采用標幺化均值的形式從中提取高壓雙向牽引供電裝置功率器件斷路故障特征，繼而完成發(fā)生斷路故障的功率器件的定位過程；具體數(shù)據(jù)處理和故障診斷過程如下：

使用高壓雙向牽引供電裝置交流中性點n和直流中性點o之間的電壓uno的標幺化均值以及交流網(wǎng)側(cè)電流ia、ib和ic的標幺化均值和作為故障特征量(其中n為高壓雙向牽引供電裝置交流側(cè)等效中性點，o為高壓雙向牽引供電裝置直流側(cè)等效中性點)。

1)的檢測和計算方法

三相三線制高壓雙向牽引供電裝置的解析表達式如式(1)所示。其中，r為高壓雙向牽引供電裝置的交流側(cè)分布電阻，l為高壓雙向牽引供電裝置的交流側(cè)電感；

將式(1)中的各式求和可得：

在三相三線制方式下有ia+ib+ic＝0，且對于三相平衡的電網(wǎng)電壓uun、uvn和uwn，有uun+uvn+uwn＝0，從而有：

繼而

采用這種uno的求解方法僅需要在原來的基礎(chǔ)上增加一個電壓傳感器來測量uu-、uv-或uw-就可通過計算得到uno，進而通過動窗平均值算法便可求出其標幺化均值需要說明的是，由于uno與直流負載的大小無關(guān)，所以其標幺化時取基值為1。

2)和的檢測和計算方法

對交流網(wǎng)側(cè)電流進行標幺化時所選取的基值為交流網(wǎng)側(cè)電流空間矢量幅值其中id和iq為網(wǎng)側(cè)電流在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系d軸和q軸上的分量，具體由(7)給出；

選取交流網(wǎng)側(cè)電流空間矢量幅值作為基值對交流網(wǎng)側(cè)電流的進行標幺化后取均值，三相電流的標幺化均值表達式如式(8)所示。

3)標幺化均值法的門限值選取

根據(jù)上文中對標幺化均值法的描述，其故障代碼的確定規(guī)則如下：

其中，λ+、λ-、σ+和σ-分別是標志位a與bv(v＝a,b,c)的正、負門限值。門限值λ+、λ-、σ+和σ-在選取過程中需要參考多個評價指標以實現(xiàn)全局最優(yōu)。各門限值選取如下：

4)標幺化均值法的故障元件定位規(guī)則

故障元件與故障代碼之間的對應(yīng)關(guān)系如表1中所示。

表1故障代碼表

注：表中的“x”表示此量為無關(guān)量。