CN110554678A - 一种逆变器控制机箱的测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆变器控制机箱的测试方法及系统，方法包括测试机控制信号调理板通过硬线向被测控制机箱输出测试信号，并通过TCP通信接收所述被测控制机箱的第一反馈信号，测试机分析所述第一反馈信号，完成对被测控制机箱的硬件测试；所述测试信号包括模拟信号和数字信号。具有能够快速对逆变器控制机箱进行硬件及软件测试，测试效率高，准确性好，结构简单等优点。

Description

一种逆变器控制机箱的测试方法及系统

技术领域

本发明涉及一种逆变器检测技术领域，尤其涉及一种逆变器控制机箱的测试方法及系统。

背景技术

逆变器控制机箱是铁路机车供电系统的大脑，车载用电设备的正常运行，都离不开逆变器提供的电能。随着轨道交通行业的快速发展，轨道交通产品的功能种类越来越复杂，这些丰富多样的设备大都需要机车提供电源，整个随车用电设备的良好运行，离不开高品质的供电系统。

然而，铁路机车上的供电质量并不高，第一个原因是：铁路机车是通过受电弓从接触网获得电能，这种取电方式，机车行驶过程中，获得的电能扰动大，品质差；第二个原因是：车载设备种类丰富，在不同的工况下，负载都会动态改变，负载的启停、故障都会给供电系统造成冲击。

铁路机车不是将电网的电能直接提供给用电设备，需要通过整流器(交流到直流)、逆变器(直流到交流)后供给随车用电设备，逆变器控制机箱就是将品质比较差的电能转变成品质较好的电能，并且能根据负载的变化，动态调节逆变器的输出功率。其中，逆变器控制机箱作为供电系统调节的大脑，其软硬件的可靠性直接影响供电的质量。

如图1所示，辅助变流控制系统通过TCP通信接收启停控制指令控制ACU控制机箱，ACU控制机箱通过AIO、DIO、PWM等硬件信号控制逆变器将DC直流(U+、U-)转换为AC交流(U、V、W)，提供给负载1、负载2等设备正常工作的电压、电流。实验室测试验证控制机箱软硬件功能时，需要仿真DC直流、AC交流、逆变器等ACU控制机箱外部的设备，目前，对于硬件信号的测试，实验室有示波器、信号发生器等精密仪器，但这些仪器的信号资源较少，构建完整的仿真系统很不方便。

中国专利CN201410053161.7，《一种辅助变流器控制机箱的测试设备和测试方法》是本申请的背景技术文件。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够快速对逆变器控制机箱进行硬件及软件测试，测试效率高，准确性好，结构简单的逆变器控制机箱的测试方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种逆变器控制机箱的测试方法，包括测试机控制信号调理板通过硬线向被测控制机箱输出测试信号，并通过TCP通信接收所述被测控制机箱的第一反馈信号，测试机分析所述第一反馈信号，完成对被测控制机箱的硬件测试；所述测试信号包括模拟信号和数字信号。

进一步地，还包括测试机通过TCP通信向所述被测试控制机箱输出PWM脉冲指令，并通过所述信号调理板接收所述被测试控制机箱输出的PWM脉冲信号，测试机分析所述PWM脉冲信号，完成对被测控制机箱的PWM测试。

进一步地，还包括对被测试控制机箱进行软件测试：包括为所述信号调理板加载逆变器模型和/或负载模型，为所述被测控制机箱加载控制算法；测试机控制所述负载模型来模拟负载的变化情况，监测并分析被测控制机箱的输出电压电流值和第二反馈信号；同时，所述信号调理板检测所述被测试控制机箱的输出电压电流值，并发送给所述测试机；所述测试机根据所述第二反馈信号和所述电压电流值完成软件测试。

进一步地，所述软件测试包括过压过流保护测试：通过所述负载模型来模拟所述逆变器的负载情况，并通过所述逆变器模型控制所述信号调理板以固定步长累加输出电压电流，并通过TCP通信检测所述被测控制机箱反馈的保护状态信号，并记录所述保护状态信号变为保护时的电压电流值，通过对比所述电压电流值与所述控制算法中的保护门槛值，完成过压过流保护测试。

进一步地，所述软件测试还包括三相电压电流不平衡测试：通过所述负载模型来模拟所述逆变器的负载情况，并通过所述逆变器模型控制所述信号调理板输出具有预设电压、电流的三相交流电，并通过TCP通信检测所述被测控制机箱的故障反馈信号，根据所述故障反馈信号判断被测控制机箱的逻辑正确性。

一种逆变器控制机箱的测试系统，包括测试机、信号调理板；测试机通过TCP通信网络与所述信号调理板连接；测试机用于控制信号调理板通过硬线向被测控制机箱输出测试信号，并通过TCP通信接收所述被测控制机箱的第一反馈信号，测试机分析所述第一反馈信号，完成对被测控制机箱的硬件测试；所述测试信号包括模拟信号和数字信号。

进一步地，所述测试机还用于通过TCP通信向所述被测试控制机箱输出PWM脉冲指令，并通过所述信号调理板接收所述被测试控制机箱输出的PWM脉冲信号，测试机分析所述PWM脉冲信号，完成对被测控制机箱的PWM测试。

进一步地，所述信号调理板还加载有逆变器模型和/或负载模型；所述测试机还用于对被测试控制机箱进行软件测试：测试机控制所述负载模型来模拟负载的变化情况，并检测所述被测试控制机箱的第二反馈信号；同时，所述信号调理板检测所述被测试控制机箱的输出电压电流值，并发送给所述测试机；所述测试机根据所述第二反馈信号和所述电压电流值完成软件测试。

进一步地，所述测试机具体用于控制所述负载模型模拟逆变器的负载情况，并控制所述逆变器模型，由所述信号调理板以固定步长累加输出电压电流，并通过TCP通信检测所述被测控制机箱反馈的保护状态信号，并记录所述保护状态信号变为保护时的电压电流值，通过对比所述电压电流值与所述控制算法中的保护门槛值，完成过压过流保护测试。

进一步地，所述测试机还用于控制所述负载模型模拟逆变器的负载情况，并控制所述逆变器模型，由所述信号调理板输出具有预设电压、电流的三相交流电，并通过TCP通信检测所述被测控制机箱的故障反馈信号，根据所述故障反馈信号判断被测控制机箱的逻辑正确性。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明通过信号调理板(FPGA信号调理板，Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)来模拟逆变器其及负载，可准确的模拟出逆变器及负载状态，从而可以准确的实现对被测试控制机箱的测试，测试结果准确性好、精度高。

2、本发明的结构简单，只需要一台测试机和一块FPGA信号调理板，通过有限的几根硬线及TCP网络通信线即可完成测试系统的搭建，实施起来方便、灵活。

3、本发明是一种仿真控制机箱外部环境的测试方法及系统，在控制机箱调试中，可通过实现软件算法的验证和机箱硬件的标定，达到实验室验证现场功能的目的，同时可模拟恶劣工况下的电气输入输出特性，对控制机箱进行测试，从而根据测试数据(包括异常工况下的)来优化控制算法，提高控制机箱的可靠性。

附图说明

图1为本发明具体实施例所被测的变流控制系统结构示意图。

图2为本发明具体实施例的测试系统硬件结构示意图。

图3为本发明具体实施例的测试系统软件结构示意图。

图4为本发明具体实施例的测试回路结构示意图。

图5为本发明具体实施例的逆变器原理示意图。

图6为本发明具体实施例的逆变器模型示意图。

图7为本发明具体实施例的负载模型示意图。

图8为本发明具体实施例的硬件测试原理示意图。

图9为本发明具体实施例的软件测试原理示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，逆变器在控制机箱(ACU控制机箱)的控制下进行工作。控制机箱监测逆变器的输入、输出电能状态，同时，通过TCP网络接收外部的控制指令，向被控制的逆变器输出控制信号(包括DIO信号和PWM控制信号等)。

本实施例的测试系统的硬件结构如图2所示，包括测试机、信号调理板；测试机通过TCP通信网络与信号调理板连接；测试机用于控制信号调理板通过硬线向被测控制机箱输出测试信号，并通过TCP通信接收被测控制机箱的第一反馈信号，测试机分析第一反馈信号，完成对被测控制机箱的硬件测试；测试信号包括模拟信号和数字信号。测试机还用于通过TCP通信向被测试控制机箱输出PWM脉冲指令，并通过信号调理板接收被测试控制机箱输出的PWM脉冲信号，测试机分析PWM脉冲信号，完成对被测控制机箱的PWM测试。本实施例中测试机为PC机，信号调理板为FPGA信号调理板，通过硬线与被测试控制机箱连接，实现DIO(Digital In Out，数字输入输出)、AIO(Analog In Out，模拟输入输出)及PWM信号(Pulse-Width Modulation，脉宽调制)的传递。测试机与信号调理板之间通过TCP通信网络连接，测试机与被测试控制机箱的通信接口之间通过TCP通信网络连接。

在本实施例中，如图4所示，测试机上加载有测试软件，来采集控制PWM、DIO、AIO信号，并通过TCP协议和控制机箱软件构成测试回路，其主要功能是测试数据对比、测试指令发送、故障模拟。

在本实施例中，如图3所示，信号调理板还加载有逆变器模型和/或负载模型；测试机还用于对被测试控制机箱进行软件测试：测试机控制负载模型来模拟负载的变化情况，并检测被测试控制机箱的第二反馈信号；同时，信号调理板检测被测试控制机箱的输出电压电流值，并发送给测试机；测试机根据第二反馈信号和电压电流值完成软件测试。测试机具体用于控制负载模型模拟逆变器的负载情况，并控制逆变器模型，由信号调理板以固定步长累加输出电压电流，并通过TCP通信检测被测控制机箱反馈的保护状态信号，并记录保护状态信号变为保护时的电压电流值，通过对比电压电流值与控制算法中的保护门槛值，完成过压过流保护测试。测试机还用于控制负载模型模拟逆变器的负载情况，并控制逆变器模型，由信号调理板输出具有预设电压、电流的三相交流电，并通过TCP通信检测被测控制机箱的故障反馈信号，根据故障反馈信号判断被测控制机箱的逻辑正确性。在不同的测试中，第二反馈信号为不同的信号，如上述两种不同测试中，第二反馈信号分别为保护状态信号和故障反馈信号。

在本实施例中，逆变器控制原理示意图如图5所示，ACU控制机箱采集逆变器的输入DC直流、输出AC交流和DIO状态信号后，发送PWM脉冲信号给逆变器，逆变器输出稳定的AC交流，当DC直流、AC交流出现异常情况时，控制机箱可发送数字信号控制逆变器的工作状态。根据逆变器控制原理图可设计逆变器的简易模型如图6所示，FPGA信号调理板的模拟通道AIO输出DC直流和AC交流仿真逆变器的输入和输出，FPGA信号调理板的数字DIO和脉冲PWM信号通道仿真逆变器接收到的控制信号。逆变器的输出为负载的输入，因此其简易模型可直接用FPGA信号调理板的AIO模拟通道仿真，负载模型的示意图如图7所示。

本实施例的逆变器控制机箱的测试方法，如图8所示，包括测试机控制信号调理板通过硬线向被测控制机箱输出测试信号，并通过TCP通信接收被测控制机箱的第一反馈信号，测试机分析第一反馈信号，完成对被测控制机箱的硬件测试；测试信号包括模拟信号和数字信号。还包括测试机通过TCP通信向被测试控制机箱输出PWM脉冲指令，并通过信号调理板接收被测试控制机箱输出的PWM脉冲信号，测试机分析PWM脉冲信号，完成对被测控制机箱的PWM测试。

在本实施例的硬件测试中，包括模拟信号硬件的测试和数字信号硬件的测试。模拟信号硬件的测试时，测试机向信号调理板发送测试指令，信号调理板根据该测试指令驱动硬件设备，通过模拟输入输出接口(AIO)输出特定的电压电流信号。该电压电流信号被输入至被测试控制机箱的模拟输入输出接口。被测试控制机箱的控制软件读取模拟输入输出接口所采集的电压电流值，并通过TCP通信接口反馈给测试机。测试机将信号调理板输出的电压电流与被测试控制机箱反馈的电压电流进行对比，计算出偏差值，从而可以分析出电压电流的采集精度是否在期望的范围内，完成对被测试控制机箱模拟输入输出接口的硬件测试。

在本实施例中，数字信号硬件的测试时，测试机向信号调理板发送测试指令，信号调理板根据该测试指令驱动硬件设备，通过数字输入输出接口(DIO)输出高电平或低电平信号，该高电平或低电平信号被输入至被测试控制机箱的数字输入输出接口。被测试控制机箱的控制软件读取数字输入输出接口所采集电平信号，并通过TCP通信接口反馈给测试机。测试机将信号调理板输出的电平信号与被测试控制机箱反馈的电平信号进行对比，判断是否一致，完成对被测试控制机箱数字输入输出接口的硬件测试。

在本实施例中，PWM测试时，测试机通过TCP通信向被测试控制机箱发送PWM脉冲指令，被测试控制机箱根据该PWM脉冲指令驱动PWM接口输出PWM脉冲，信号调理板检测该PWM脉冲，从而得到PWM脉冲的占空比、频率等信息，测试机对PWM脉冲的占空比、频率等信息进行分析，从而完成PWM测试。

在本实施例中，如图9所示，还包括对被测试控制机箱进行软件测试：包括为信号调理板加载逆变器模型和/或负载模型，为被测控制机箱加载控制算法；测试机控制负载模型来模拟负载的变化情况，监测并分析被测控制机箱的输出电压电流值和第二反馈信号；同时，所述信号调理板检测所述被测试控制机箱的输出电压电流值，并发送给所述测试机；所述测试机根据所述第二反馈信号和所述电压电流值完成软件测试。

在本实施例中，软件测试包括过压过流保护测试：通过所述负载模型来模拟所述逆变器的负载情况，并通过逆变器模型控制信号调理板以固定步长累加输出电压电流，并通过TCP通信检测被测控制机箱反馈的保护状态信号，并记录保护状态信号变为保护时的电压电流值，通过对比电压电流值与控制算法中的保护门槛值，完成过压过流保护测试。

在本实施例中，软件测试还包括三相电压电流不平衡测试：通过所述负载模型来模拟所述逆变器的负载情况，并通过逆变器模型控制信号调理板输出具有预设电压、电流的三相交流电，并通过TCP通信检测被测控制机箱的故障反馈信号，根据故障反馈信号判断被测控制机箱的逻辑正确性。

在本实施例中，通过对被测试控制机箱进行软件测试，可以确定被测试控制机箱的控制算法是否能够应用复杂工况条件下的输出控制。在构建好的测试系统中，对被测试控制机箱加入控制算法，对测试软件植入环境模型，通过测试软件改变负载大小，观察测试机箱在相应工况条件下的输出，是否满足设计需求。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种逆变器控制机箱的测试方法，其特征在于：包括测试机控制信号调理板通过硬线向被测控制机箱输出测试信号，并通过TCP通信接收所述被测控制机箱的第一反馈信号，测试机分析所述第一反馈信号，完成对被测控制机箱的硬件测试；所述测试信号包括模拟信号和数字信号。

2.根据权利要求1所述的逆变器控制机箱的测试方法，其特征在于：还包括测试机通过TCP通信向所述被测试控制机箱输出PWM脉冲指令，并通过所述信号调理板接收所述被测试控制机箱输出的PWM脉冲信号，测试机分析所述PWM脉冲信号，完成对被测控制机箱的PWM测试。

3.根据权利要求2所述的逆变器控制机箱的测试方法，其特征在于：还包括对被测试控制机箱进行软件测试：包括为所述信号调理板加载逆变器模型和/或负载模型，为所述被测控制机箱加载控制算法；测试机控制所述负载模型来模拟负载的变化情况，监测并分析被测控制机箱的输出电压电流值和第二反馈信号；同时，所述信号调理板检测所述被测试控制机箱的输出电压电流值，并发送给所述测试机；所述测试机根据所述第二反馈信号和所述电压电流值完成软件测试。

4.根据权利要求3所述的逆变器控制机箱的测试方法，其特征在于，所述软件测试包括过压过流保护测试：通过所述负载模型来模拟所述逆变器的负载情况，并通过所述逆变器模型控制所述信号调理板以固定步长累加输出电压电流，并通过TCP通信检测所述被测控制机箱反馈的保护状态信号，并记录所述保护状态信号变为保护时的电压电流值，通过对比所述电压电流值与所述控制算法中的保护门槛值，完成过压过流保护测试。

5.根据权利要求4所述的逆变器控制机箱的测试方法，其特征在于，所述软件测试还包括三相电压电流不平衡测试：通过所述负载模型来模拟所述逆变器的负载情况，并通过所述逆变器模型控制所述信号调理板输出具有预设电压、电流的三相交流电，并通过TCP通信检测所述被测控制机箱的故障反馈信号，根据所述故障反馈信号判断被测控制机箱的逻辑正确性。

6.一种逆变器控制机箱的测试系统，其特征在于：包括测试机、信号调理板；测试机通过TCP通信网络与所述信号调理板连接；测试机用于控制信号调理板通过硬线向被测控制机箱输出测试信号，并通过TCP通信接收所述被测控制机箱的第一反馈信号，测试机分析所述第一反馈信号，完成对被测控制机箱的硬件测试；所述测试信号包括模拟信号和数字信号。

7.根据权利要求6所述的逆变器控制机箱的测试系统，其特征在于：所述测试机还用于通过TCP通信向所述被测试控制机箱输出PWM脉冲指令，并通过所述信号调理板接收所述被测试控制机箱输出的PWM脉冲信号，测试机分析所述PWM脉冲信号，完成对被测控制机箱的PWM测试。

8.根据权利要求7所述的逆变器控制机箱的测试系统，其特征在于：所述信号调理板还加载有逆变器模型和/或负载模型；所述测试机还用于对被测试控制机箱进行软件测试：测试机控制所述负载模型来模拟负载的变化情况，并检测所述被测试控制机箱的第二反馈信号；同时，所述信号调理板检测所述被测试控制机箱的输出电压电流值，并发送给所述测试机；所述测试机根据所述第二反馈信号和所述电压电流值完成软件测试。

9.根据权利要求8所述的逆变器控制机箱的测试系统，其特征在于：所述测试机具体用于控制所述负载模型模拟逆变器的负载情况，并控制所述逆变器模型，由所述信号调理板以固定步长累加输出电压电流，并通过TCP通信检测所述被测控制机箱反馈的保护状态信号，并记录所述保护状态信号变为保护时的电压电流值，通过对比所述电压电流值与所述控制算法中的保护门槛值，完成过压过流保护测试。

10.根据权利要求9所述的逆变器控制机箱的测试系统，其特征在于，所述测试机还用于控制所述负载模型模拟逆变器的负载情况，并控制所述逆变器模型，由所述信号调理板输出具有预设电压、电流的三相交流电，并通过TCP通信检测所述被测控制机箱的故障反馈信号，根据所述故障反馈信号判断被测控制机箱的逻辑正确性。