CN108627736B - 一种网压同步信号接反的软件在线诊断方法 - Google Patents

一种网压同步信号接反的软件在线诊断方法 Download PDF

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CN108627736B CN201710176165.8A CN201710176165A CN108627736B CN 108627736 B CN108627736 B CN 108627736B CN 201710176165 A CN201710176165 A CN 201710176165A CN 108627736 B CN108627736 B CN 108627736B
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Abstract

本发明公开了一种网压同步信号接反的软件在线诊断方法，包括以下步骤：S1.实时采集牵引绕组次边电压值以及次边绕组输入电流值；S2.将步骤S1中的牵引绕组次边电压和次边绕组输入电流进行相位比较；S3.根据相位比较结果对网压同步信号是否接反进行判断。本发明能在线诊断出网压同步信号接反问题，提高了故障诊断的有效性和故障处理效率；并且，采用了波形相位差计算方法，使得整个诊断方法简单实用，易于工程实现。

Description

一种网压同步信号接反的软件在线诊断方法
技术领域
本发明从属于故障诊断技术领域，更具体地，涉及一种网压同步信号接反的软件在线诊断方法。
背景技术
典型交流传动系统主电路如图1所示。受电弓将供电网的25kV单相工频交流电输送给牵引变压器，四象限脉冲整流器将经变压器降压后的单相交流电变换成直流电，经中间直流环节输出给牵引逆变器。为了实现中间直流电压的有效控制，TCU采集中间电压传感器VH1、高压电压互感器TA、四象限输入电流传感器LH1、LH2相关信号，控制四象限模块元件脉冲来实现直流电压闭环控制。
在交流传动控制系统中，为了实现四象限整流器的有效控制，需对网压测量值(即同步信号)进行实时采集。而由于网压的采样经过高压互感器、接线端子、变流器边插、同步变压器、TCU插头等多个环节，任一环节接错将导致网压信号的实际相位与真实相位反相，在机车出厂及维修过程中，经常出现同步信号接反的情况。当同步信号相反时，若启动四象限控制脉冲，将导致控制发散，报出四象限输入过流等故障。
而目前关于此问题只能通过人工检查或分析相关数据来排查。一般由经验丰富的技术或现场服务人员根据控制失效后的故障数据来排查。通过人工来判断网压同步信号接反的方式只能通过四象限控制脉冲启动报出故障后，通过相应数据来分析，不能进行直接判断，工作效率低，处理速度慢。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提出了一种诊断准确性高、效率高的网压同步信号接反的软件在线诊断方法。
本发明的技术方案如下，提供一种网压同步信号接反的软件在线诊断方法，包括以下步骤：
S1.实时采集牵引绕组次边电压值以及次边绕组输入电流值；
S2.将步骤S1中的牵引绕组次边电压和次边绕组输入电流进行相位比较；
S3.根据相位比较结果对网压同步信号是否接反进行判断。
通过分析传动控制系统的电压电流的规律，发现在同步信号正常时，牵引绕组次边电压的相位与次边绕组输入电流的相位近似为同相；在同步信号接反时，牵引绕组次边电压的相位与次边绕组输入电流的相位近似为反相。本发明基于此规律，提出了一种网压同步信号接反的软件在线诊断方法。
进一步地，为了消除四象限输入电流数值偏小时对诊断精度的影响，，牵引绕组次边电压值以及次边绕组输入电流值均取单信号周期里的最值。
进一步地，所述步骤S1中，所述最值按公式(1)～(4)进行计算：
MaxU2(k)＝Max(U2(k),U2(k-1),…,U2(k-i)…,U2(k-N+1)) (1)
MinU2(k)＝Min(U2(k),U2(k-1),…,U2(k-i)…,U2(k-N+1)) (2)
MaxIqc(k)＝Max(Iqc(k),Iqc(k-1),…,Iqc(k-i)…,Iqc(k-N+1)) (3)
MinIqc(k)＝Min(Iqc(k),Iqc(k-1),…,Iqc(k-i)…,Iqc(k-N+1)) (4)
其中，N＝0.02/Ts，Ts为测量值采样周期；U2(k)为原边电压折采样值按牵引变压器变比折算到牵引绕组次边的次边电压采样值，MaxU2(k)、MinU2(k)分别为单信号周期内U2(k)的最大值、最小值；Iqc(k)为次边绕组输入电流测量值，MaxIqc(k)、MinIqc(k)分别为单信号周期内Iqc(k)的最大值、最小值。
进一步地，所述步骤S2中，根据牵引绕组次边电压以及次边绕组输入电流的相位差来判断两者的相位是否为反相；所述步骤S3中，牵引绕组次边电压的相位与次边绕组输入电流的相位为反相，则判断网压同步信号接反；否则，判断网压同步信号正常。
进一步地，所述步骤S2中，所述相位差的计算采用波形相位差计算方法，使得诊断规则直观简洁。相位差计算方法也可用相关分析法、FFT等算法实现。
进一步地，所述步骤S2具体为：
S211.令
Figure GDA0002461390660000021
Figure GDA0002461390660000031
其中，Index_MaxU2(k)、Index_MinU2(k)分别为MaxU2(k)、MinU2(k)对应的数组位置，Index_MaxIqc(k)、Index_MinIqc(k)分别为MaxIqc(k)、MinIqc(k)对应的数组位置；
S212.根据式(7)、(8)计算相位差
Figure GDA0002461390660000032
将相位差限制在0至180之间，使得判断步骤更加简洁。
Figure GDA0002461390660000033
Figure GDA0002461390660000034
S213.判断式(13)、(14)是否同时成立；
Figure GDA0002461390660000035
Figure GDA0002461390660000036
进一步地，当交流传动控制系统中包含至少两重牵引变流电路时，为了减少误差，所述步骤S2中，判断每重牵引变流电路中的次边绕组输入电流的相位与牵引绕组的次边电压的相位是否反相；并判断各重牵引变流电路中的输入电流的相位相互之间是否为同相；所述步骤S3中，当步骤S2中的判断结果均为是时，判断网压同步信号接反。
进一步地，当交流传动控制系统中包含两重变流电路时，所述步骤S2中，根据以下步骤判断各重牵引变流电路中的输入电流的相位相互之间是否为同相：
S221.令
Figure GDA0002461390660000037
Figure GDA0002461390660000038
S222.
Figure GDA0002461390660000041
Figure GDA0002461390660000042
S223.判断式(17)、(18)是否成立。
Figure GDA0002461390660000043
Figure GDA0002461390660000044
进一步地，当每重牵引变流电路中的次边绕组输入电流值的相位与牵引绕组次边电压值的相位的相位差为180时，判断每重牵引变流电路中的次边绕组输入电流值的相位与牵引绕组的次边电压的相位完全反相；当各重牵引变流电路中的输入电流的相位差为0时，判断各重牵引变流电路中的输入电流的相位相互之间为同相。
为了克服采样信号干扰对诊断效果的影响，在所述步骤S3中，设置接反判断有效标志Valid_Flag；当所述步骤S2的比较结果为是时，则置接反判断有效标志Valid_Flag为TRUE，否则置为FALSE；并设置时间门槛值，若接反判断有效标志Valid_Flag为TRUE时间超过时间门槛值，则判断网压同步信号接反；否则，判断网压同步信号正常。
相较于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明基于电压电流相位特征，提出了一种网压同步信号接反的软件在线诊断方法，能在线诊断出网压同步信号接反问题，提高了故障诊断的有效性和故障处理效率；并且，采用了波形相位差计算方法，使得整个诊断方法简单实用，易于工程实现。
附图说明
图1为实施例1交流传动系统主电路原理示意图。
图2为实施例2交流传动系统主电路原理示意图。
图3为同步信号正常时充电过程电压电流波形示意图。
图4为同步信号接反时充电过程电压电流波形示意图。
图5为实施例1的诊断方法流程示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，为一种典型交流传动系统主电路。受电弓将供电网的25kV单相工频交流电输送给牵引变压器，四象限脉冲整流器将经变压器降压后的单相交流电变换成直流电，经中间直流环节输出给牵引逆变器。牵引变流器启机时，充电接触器KM1闭合，交流电通过次边牵引绕组、充电电阻向中间支撑电容充电。
在同步信号正常时，牵引绕组次边电压的相位与次边绕组输入电流的相位近似为同相；在同步信号接反时，牵引绕组次边电压的相位与次边绕组输入电流的相位近似为反相。如图5所示，基于传动控制系统的电压电流的此相位规律，本实施例提供一种网压同步信号接反的软件在线诊断方法，包括以下步骤。
S1.实时采集牵引绕组次边电压值以及次边绕组输入电流值。
牵引绕组次边电压值以及次边绕组输入电流值均取单信号周期里的最值。计算公式(1)～(4)所示。
MaxU2(k)＝Max(U2(k),U2(k-1),…,U2(k-i)…,U2(k-N+1)) (1)
MinU2(k)＝Min(U2(k),U2(k-1),…,U2(k-i)…,U2(k-N+1)) (2)
MaxIqc(k)＝Max(Iqc(k),Iqc(k-1),…,Iqc(k-i)…,Iqc(k-N+1)) (3)
MinIqc(k)＝Min(Iqc(k),Iqc(k-1),…,Iqc(k-i)…,Iqc(k-N+1)) (4)
其中，N＝0.02/Ts，Ts为测量值采样周期；U2(k)为牵引绕组次边电压采样值，MaxU2(k)、MinU2(k)分别为单信号周期内U2(k)的最大值、最小值；Iqc(k)为次边绕组输入电流测量值，MaxIqc(k)、MinIqc(k)分别为单信号周期内Iqc(k)的最大值、最小值。
S2.将步骤S1中的牵引绕组次边电压和次边绕组输入电流进行相位比较。
根据牵引绕组次边电压以及次边绕组输入电流的相位差来判断两者的相位是否为反相；本实施例中按如下步骤采用波形相位差对相位差进行计算。
S211.令
Figure GDA0002461390660000061
Figure GDA0002461390660000062
其中，Index_MaxU2(k)、Index_MinU2(k)分别为MaxU2(k)、MinU2(k)对应的数组位置，Index_MaxIqc(k)、Index_MinIqc(k)分别为MaxIqc(k)、MinIqc(k)对应的数组位置；
S212.根据式(7)、(8)计算相位差
Figure GDA0002461390660000063
Figure GDA0002461390660000064
Figure GDA0002461390660000065
S213.判断式(13)、(14)是否同时成立；
Figure GDA0002461390660000066
Figure GDA0002461390660000067
S3.根据相位比较结果对网压同步信号是否接反进行判断。
当式(13)、(14)同时成立时，表示牵引绕组次边电压的相位与次边绕组输入电流的相位为反相，则判断网压同步信号接反；否则，判断网压同步信号正常。
实施例2
如图2所示，实施例2的交流传动系统主电路与实施例1的不同之处在于，包括至少两重牵引变流电路。
图3为同步信号正常时充电过程电压电流波形示意图。如图4所示为同步信号接反时充电过程电压电流波形示意图。图中，Ud1为主电路中中间电压传感器VH1测量值，U2为图1中高压电压互感器采集的网压同步信号折算到牵引次边绕组的电压测量值，Iqc1、Iqc2分别为次边绕组输入电流传感器LH1、LH2测量值。
分析对比接线正常与同步信号接反时充电过程电压电流波形可以看出：接线正常时充电接触器KM1、KM2闭合后，Iqc1、Iqc2的波形近似重合为一个波形Iqc，Iqc的波形与U2的波形近似同相，也就是Iqc1和Iqc2均与U2相位近似相等；而同步信号接反时，Iqc1、Iqc2的波形近似重合为一个波形Iqc，Iqc的波形与U2的波形近似反相，也就是Iqc1和Iqc2均与U2近似反相。
本实施例利用这一特征，实现网压同步信号接反的软件在线诊断。具体步骤如下。
S1.采集牵引绕组次边电压、次边绕组输入电流测量值，记为U2(k)、Iqc1(k)和Iqc2(k)；
根据式(1)、(2)计算单信号周期内U2(k)的最大最小值MaxU2(k)、MinU2(k)以及最大最小值对应的数组位置Index_MaxU2(k)、Index_MinU2(k)；根据式(3)～(4)计算单信号周期内Iqc1(k)的最大最小值MaxIqc1(k)、MinIqc1(k)以及最大最小值对应的数组位置Index_MaxIqc1(k)、Index_MinIqc1(k)；根据式(5)～(6)计算单信号周期内Iqc2(k)的最大最小值MaxIqc2(k)、MinIqc2(k)以及最大最小值对应的数组位置Index_MaxIqc2(k)、Index_MinIqc2(k)；
MaxU2(k)＝Max(U2(k),U2(k-1),…,U2(k-i)…,U2(k-N+1)) (1)
MinU2(k)＝Min(U2(k),U2(k-1),…,U2(k-i)…,U2(k-N+1)) (2)
MaxIqc1(k)＝Max(Iqc1(k),Iqc1(k-1),…,Iqc1(k-i)…,Iqc1(k-N+1)) (3)
MinIqc1(k)＝Min(Iqc1(k),Iqc1(k-1),…,Iqc1(k-i)…,Iqc1(k-N+1)) (4)
MaxIqc2(k)＝Max(Iqc2(k),Iqc2(k-1),…,Iqc2(k-i)…,Iqc2(k-N+1)) (5)
MinIqc2(k)＝Min(Iqc2(k),Iqc2(k-1),…,Iqc2(k-i)…,Iqc2(k-N+1)) (6)
式中，N＝0.02/Ts，Ts为测量值采样周期。
S2.将步骤S1中的牵引绕组次边电压和次边绕组输入电流进行相位比较；并且将各重牵引变流电路中的输入电流的相位进行比较；
判断每重牵引变流电路中的次边绕组输入电流的相位与牵引绕组的次边电压的相位是否反相；并判断各重牵引变流电路中的输入电流的相位相互之间是否为同相；
S21.令
Figure GDA0002461390660000081
Figure GDA0002461390660000082
Figure GDA0002461390660000083
Figure GDA0002461390660000084
Figure GDA0002461390660000085
Figure GDA0002461390660000086
S22.并根据式(7)～(12)计算相位差
Figure GDA0002461390660000087
和
Figure GDA0002461390660000088
Figure GDA0002461390660000091
Figure GDA0002461390660000092
Figure GDA0002461390660000093
Figure GDA0002461390660000094
Figure GDA0002461390660000095
Figure GDA0002461390660000096
S23.判断式(13)～(18)是否成立。
Figure GDA0002461390660000097
Figure GDA0002461390660000098
Figure GDA0002461390660000099
Figure GDA00024613906600000910
Figure GDA00024613906600000911
Figure GDA00024613906600000912
在理想状态中，当每重牵引变流电路中的次边绕组输入电流的相位与牵引绕组次边电压的相位的相位差为180时，即
Figure GDA00024613906600000913
说明每重牵引变流电路中的次边绕组输入电流的相位与牵引绕组次边电压完全反相；当各重牵引变流电路中的输入电流的相位差为0，即
Figure GDA00024613906600000914
时，各重牵引变流电路中的输入电流的相位完全相同。本实施例中，设置比较门槛为135和45，门槛较宽松以避免误判。
S3.根据相位比较结果对网压同步信号是否接反进行判断。
设置接反判断有效标志Valid_Flag；当步骤S2中，式(13)～(18)均成立，则置接反判断有效标志Valid_Flag为TRUE，否则置为FALSE；并设置时间门槛值，若接反判断有效标志Valid_Flag为TRUE时间超过时间门槛值，则判断网压同步信号接反；否则，判断网压同步信号正常。
本实施例中，若同步信号接反判断有效标志Valid_Flag持续为TRUE超过40ms，则置同步信号接反标志Fault_Flag为TRUE，否则为FALSE。
判断结束，输出同步信号接反标志Fault_Flag的状态信息。
本实施例利用包含多重牵引变流电路的传动控制系统充电时的相关电压电流相位关系，实现对网压同步信号接反问题诊断。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种网压同步信号接反的软件在线诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.实时采集牵引绕组次边电压值以及次边绕组输入电流值；
S2.将步骤S1中的牵引绕组次边电压和次边绕组输入电流进行相位比较；
S3.根据相位比较结果对网压同步信号是否接反进行判断。
2.根据权利要求1所述的网压同步信号接反的软件在线诊断方法，其特征在于，所述步骤S1中，牵引绕组次边电压值以及次边绕组输入电流值均取单信号周期里的最值。
3.根据权利要求2所述的网压同步信号接反的软件在线诊断方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述最值按公式(1)～(4)进行计算：
MaxU2(k)＝Max(U2(k),U2(k-1),…,U2(k-i)…,U2(k-N+1)) (1)
MinU2(k)＝Min(U2(k),U2(k-1),…,U2(k-i)…,U2(k-N+1)) (2)
MaxIqc(k)＝Max(Iqc(k),Iqc(k-1),…,Iqc(k-i)…,Iqc(k-N+1)) (3)
MinIqc(k)＝Min(Iqc(k),Iqc(k-1),…,Iqc(k-i)…,Iqc(k-N+1)) (4)
其中，N＝0.02/Ts，Ts为测量值采样周期；U2(k)为原边电压采样值按牵引变压器变比折算到牵引绕组次边的次边电压采样值，MaxU2(k)、MinU2(k)分别为单信号周期内U2(k)的最大值、最小值；Iqc(k)为次边绕组输入电流测量值，MaxIqc(k)、MinIqc(k)分别为单信号周期内Iqc(k)的最大值、最小值。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的网压同步信号接反的软件在线诊断方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据牵引绕组次边电压以及次边绕组输入电流的相位差来判断两者的相位是否为反相；所述步骤S3中，牵引绕组次边电压的相位与次边绕组输入电流的相位为反相，则判断网压同步信号接反；否则，判断网压同步信号正常。
5.根据权利要求4所述的网压同步信号接反的软件在线诊断方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述相位差的计算采用波形相位差计算方法。
6.根据权利要求5所述的网压同步信号接反的软件在线诊断方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
S211.令
Figure FDA0002521836530000021
Figure FDA0002521836530000022
其中，Index_MaxU2(k)、Index_MinU2(k)分别为MaxU2(k)、MinU2(k)对应的数组位置，Index_MaxIqc(k)、Index_MinIqc(k)分别为MaxIqc(k)、MinIqc(k)对应的数组位置；
S212.根据式(7)、(8)计算相位差
Figure FDA0002521836530000023
Figure FDA0002521836530000024
Figure FDA0002521836530000025
S213.判断式(13)、(14)是否同时成立；
Figure FDA0002521836530000026
Figure FDA0002521836530000027
其中，k表示采样时刻，d11(k)表示单信号周期内次边电压采样最大值与次边绕组输入电流最大值的相对相位，d12(k)表示单信号周期内次边电压采样最小值与次边绕组输入电流最小值的相对相位，
Figure FDA0002521836530000028
表示单信号周期内次边电压采样最大值与次边绕组输入电流最大值的相位差，
Figure FDA0002521836530000029
表示单信号周期内次边电压采样最小值与次边绕组输入电流最小值的相位差，N表示单周期内采样值个数，N＝0.02/Ts，Ts为测量值的采样周期，MaxU2(k)表示单信号周期内U2(k)的最大值，MinU2(k)表示单信号周期内U2(k)的最小值，MaxIqc(k)表示单信号周期内Iqc(k)的最大值，MinIqc(k)表示单信号周期内Iqc(k)的最小值。
7.根据权利要求1所述的网压同步信号接反的软件在线诊断方法，其特征在于，当交流传动控制系统中包含至少两重牵引变流电路时，所述步骤S2中，判断每重牵引变流电路中的次边绕组输入电流的相位与牵引绕组的次边电压的相位是否反相；并判断各重牵引变流电路中的输入电流的相位相互之间是否为同相；所述步骤S3中，当步骤S2中的判断结果均为是时，判断网压同步信号接反。
8.根据权利要求7所述的网压同步信号接反的软件在线诊断方法，其特征在于，当交流传动控制系统中包含两重牵引变流电路时，所述步骤S2中，根据以下具体步骤判断各重牵引变流电路中的输入电流的相位相互之间是否为同相：
S221.令
Figure FDA0002521836530000031
Figure FDA0002521836530000032
Figure FDA0002521836530000033
Figure FDA0002521836530000034
S223.判断式(17)、(18)是否成立；
Figure FDA0002521836530000035
Figure FDA0002521836530000036
其中，k代表采样时刻，d31(k)表示单信号周期内第一重与第二重牵引变流电路中的输入电流最大值的相对相位，d32(k)表示单信号周期内第一重与第二重牵引变流电路中的输入电流最小值的相对相位，N表示单周期内采样值个数，N＝0.02/Ts，Ts为测量值的采样周期，Index_MaxIqc1(k)表示单信号周期内第一重次边绕组输入电流最大测量值对应的数组位置，Index_MaxIqc2(k)表示单信号周期内第二重次边绕组输入电流最大测量值对应的数组位置，Index_MinIqc1(k)表示单信号周期内第一重次边绕组输入电流最小测量值对应的数组位置，Index_MinIqc2(k)表示单信号周期内第二重次边绕组输入电流最小测量值对应的数组位置，
Figure FDA0002521836530000041
表示单信号周期内第一重与第二重牵引变流电路中的输入电流最大值的相位差，
Figure FDA0002521836530000042
表示单信号周期内第一重与第二重牵引变流电路中的输入电流最小值的相位差。
9.根据权利要求8所述的网压同步信号接反的软件在线诊断方法，其特征在于，当每重牵引变流电路中的次边绕组输入电流的相位与牵引绕组次边电压的相位的相位差为180时，判断每重牵引变流电路中的次边绕组输入电流的相位与牵引绕组次边电压的相位完全反相；当各重牵引变流电路中的输入电流的相位差为0时，判断各重牵引变流电路中的输入电流的相位相互之间为同相。
10.根据权利要求5至9任意一项所述的网压同步信号接反的软件在线诊断方法，其特征在于，在所述步骤S3中，设置接反判断有效标志Valid_Flag；当所述步骤S2的比较结果为是时，则置接反判断有效标志Valid_Flag为TRUE，否则置为FALSE；并设置时间门槛值，若接反判断有效标志Valid_Flag为TRUE时间超过时间门槛值，则判断网压同步信号接反；否则，判断网压同步信号正常。
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