CN113160599B - 一种基于有功功率判定信号灯故障的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于有功功率判定信号灯故障的方法，包括有主控器通过信号采集单元获取信号灯电信号，计算出相应的有效电压、有效电流、有功功率并进行故障分析，包括如下步骤：S1、主控器选定测试模式找寻信号灯正常工作时的最小有功功率并记录电流顶点处的电压值；S2、设置最小有功功率阈值Z，电流顶点处的电压初值M，S3、计算有效电压、有效电流、有功功率并拟合曲线；S4、判定当前有功功率是否小于最小有功功率；S5、判定当前有功功率与历史有功功率相比是否减少5％；S6、判定当前有效电流是否在降低区间并且当前电压是否小于电压初值M。该方案根据直流稳压电源类型可以准确的计算出信号灯的故障率。
Description
技术领域
本发明涉及信号灯故障识别技术领域，具体的，涉及一种基于有功功率判定信号灯故障的方法，
背景技术
信号灯LED故障率计算和欠压报警，相对于断路、短路、同亮等故障的检测显得不那么重要，而且检测方法又稍稍复杂；再加上国内信号灯生产并未形成统一标准，因此除过一些大厂对这块稍有涉足，其他厂家的关注点基本都在断路、短路、同亮等基本的故障检测。而不会花时间进一步研究LED故障率计算、欠压变暗的监测。但是LED阵列缺块、欠压是的的确确影响交通的隐患，所以近年来还有一些研究成果的。主要有视频和电流两种。
当前信号灯LED故障率计算、欠压变暗监测几乎都是采用视频图像分析的方法，这种方法除去成本高昂、易受天气强光等影响，摄像头本身精度以及算法的适应性等都是不确定因素。鉴于这些限制，视频检测的方法大多停留在实验室，不能大规模投入使用；还有一些以电流检测为主的标定电流曲线、监测附加电容充放电时间等方法。且不说标定电流曲线费时费力，单是从原理上讲虚电流成分就已经带入了很大误差和不确定性；其次，现场的工作电压不稳定会导致电流也不稳定，因此采用电容的充放电时间作为判断依据也是靠不住的。
中国专利，公开号：CN105374222B，公开日：2017年11月17日，本发明公开了一种交通信号灯故障阈值自动检测方法，包括以下步骤：粗调检测步骤，以粗调通道初始电压值为起始，以步长D1逐步增加施加在当前通道的电压值，每增加一次电压值，对应一个工作状态，并且记录与所述电压值相对应的电流值，确定粗调电压阈值Un和粗调电流阈值In；微调检测步骤，以微调通道初始电压值为起始，以步长D2逐步增加施加在当前通道的电压值，每增加一次电压值，对应一个工作状态，确定交通信号灯故障电压阈值和交通信号灯故障电流阈值。本发明的检测方法，通过施加不同电压，检测信号灯的电流发生大幅变化时所对应的电压值和电流值，开启阈值无需人工调试，可操作性强，检测效率高。
发明内容
本发明的目的是解决信号灯故障率检测不准确的问题，设计了一种基于有功功率判定信号灯故障的方法，本方案采用有功功率方式检测，从原理上避开了无功功率的带入，也最大程度减少了谐波和谐振的干扰，另外，由于信号灯内部采用直流稳压电源供电，特别是开关电源的情况下，系统有功功率能在大电压波动范围内基本保持不变，因此可以结合故障前后有功功率的变化量，就可以计算出LED故障率。
为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种基于有功功率判定信号灯故障的方法，包括有主控器通过信号采集单元获取信号灯电信号，计算出相应的有效电压、有效电流、有功功率并进行故障分析，包括如下步骤：
S1、主控器选定测试模式找寻信号灯正常工作时的最小有功功率并记录电流顶点处的电压值；
S2、主控器选定工作模式实时记录信号灯工作时的电信号；设置最小有功功率阈值Z，电流顶点处的电压初值M，执行S3；
S3、计算有效电压、有效电流、有功功率并拟合曲线，执行S4；
S4、判定当前有功功率是否小于最小有功功率；若是，主控器判定故障类型；若否，执行S5；
S5、判定当前有功功率与历史有功功率相比是否减少5％，若是，计算有功功率减少比率；若否，执行S6；
S6、判定当前有效电流是否在降低区间并且当前电压是否小于电压初值M；若是，执行S7；若否，执行S8；
S7、更新电流顶点处的电压M和有功功率P；执行S3；
S8、判定当前有效电流是否在降低区间并且当前电压是否小于电压初值M；若是，执行S7；若否，执行S3。
在执行S1之前主控器需要测定给信号灯供电的直流稳压电源的类型，根据不同开关电源确定电流顶点，直流稳压电源包括有开关稳压电源和线性稳压电源两种，有功功率表示如下：
P＝P恒定负载+P自身消耗；
根据有功功率变化曲线判定开关电源类型，其中线性稳压电源的有功功率变化曲线为斜度平缓的斜线，开关稳压电源的有功功率变化曲线近视平直的直线。
S4中，主控器判定故障类型包括如下步骤：
S41、判定有功功率是否接近零点，若是，执行S42，若否，判定为电压异常中的稳压电源故障；
S42、判定是否为主控器关断信号灯或者切断电源；若是，这判定故障解除；若否，则判定通路故障。
S5中，计算有功功率减少比率包括如下步骤：
S51、判定当前有效电流是否在增长区间并且当前电压小于N；若是，执行S52；若否，执行S53；
S52、上报欠压故障以及有功功率减少比率T；
S53、判定当前有效电流是否在降低区间并且当前电压小于N；若是，执行S54；若否，计算信号灯阵列的故障率D；
S54、更新故障后电流顶点处的电压N，有功功率Q，其中N的初始值等于M。
S52中，有功功率减少比率T的计算公式如下：
其中，P为电流顶点处的有功功率。
S53中，信号灯阵列的故障率D的计算公式如下：
其中，Q为故障更新后电流顶点处的有功功率。
本发明的有益效果：本发明采用有功功率方式检测，从原理上避开了无功功率的带入，也最大程度减少了谐波和谐振的干扰。另外，由于信号灯内部采用直流稳压电源供电，特别是开关电源的情况下，系统有功功率能在大电压波动范围内基本保持不变，因此可以结合故障前后有功功率的变化量，就可以计算出LED故障率；对于线性电源有功功率曲线稍微倾斜，在要求不高的情况下也可按前述方法解决。但如果要更精确检测，只需找到电流顶点处对应的电压和有功功率就可以了，同时也可以判断出是否处于欠压状态，并计算变暗程度；这种方法可以用在内部有稳压电源的信号灯的故障检测。对于数字灯、变化图形灯更是无需预设参数就可以检测。
附图说明
图1为本发明的一种基于有功功率判定信号灯故障的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：如图1所示，一种基于有功功率判定信号灯故障的方法，包括有主控器通过信号采集单元获取信号灯电信号，计算出相应的有效电压、有效电流、有功功率并进行故障分析，包括如下步骤：
S1、主控器选定测试模式找寻信号灯正常工作时的最小有功功率并记录电流顶点处的电压值；
S2、主控器选定工作模式实时记录信号灯工作时的电信号；设置最小有功功率阈值Z，电流顶点处的电压初值M，执行S3；
S3、计算有效电压、有效电流、有功功率并拟合曲线，执行S4；
S4、判定当前有功功率是否小于最小有功功率；若是，主控器判定故障类型；若否，执行S5；
S5、判定当前有功功率与历史有功功率相比是否减少5％，若是，计算有功功率减少比率；若否，执行S6；
S6、判定当前有效电流是否在降低区间并且当前电压是否小于电压初值M；若是，执行S7；若否，执行S8；
S7、更新电流顶点处的电压M和有功功率P；执行S3；
S8、判定当前有效电流是否在降低区间并且当前电压是否小于电压初值M；若是，执行S7；若否，执行S3。
在执行S1之前主控器需要测定给信号灯供电的直流稳压电源的类型，根据不同开关电源确定电流顶点，直流稳压电源包括有开关稳压电源和线性稳压电源两种，有功功率表示如下：
P＝P恒定负载+P自身消耗；
根据有功功率变化曲线判定开关电源类型，其中线性稳压电源的有功功率变化曲线为斜度平缓的斜线，开关稳压电源的有功功率变化曲线近视平直的直线；
对于某些稳压电源，会由于外部接线或自身内部结构的原因，随着外部电压增加电流会有一个增长过程，达到顶点后内部的调整机制又会把电流逐渐降下来，因此电流的变化趋势会有一个顶点出现。对于线性稳压电源来说电流顶点附近的功率因数基本保持不变，电压继续增大时功率因数会发生变化，进而可能导致电流变化趋势改变。而开关稳压电源的功率因数基本保持不变，因此不存在这种问题；综上所述，找到正常时电流顶点处对应的电压和有用功率，并以此为标准，对比故障时电流顶点处的有用功率就可以准确计算出故障率。进一步还可以根据当前电压是否小于电流顶点处的电压来判断是否进入欠压状态，以及变暗程度。当然以上是基于发生故障时，在电压变化范围内可以找到电流顶点的理想假设。然而实际电压变化范围可能不会很大，有可能找不到真正的电流顶点，但是由于功率曲线斜率很小，在小范围内可以近似水平，所以可以使用最接近电流顶点处的有用功功率来近似。
至于寻找电流顶点的办法，就是利用顶点两侧的电流呈递增和递减的特性来逐渐逼近，直到找到电流顶点，然后再找到顶点处的有功功率，这个有功功率就是最大有功功率。
S4中，主控器判定故障类型包括如下步骤：
S41、判定有功功率是否接近零点，若是，执行S42，若否，判定为电压异常中的稳压电源故障；
S42、判定是否为主控器关断信号灯或者切断电源；若是，这判定故障解除；若否，则判定通路故障。
S5中，计算有功功率减少比率包括如下步骤：
S51、判定当前有效电流是否在增长区间并且当前电压小于N；若是，执行S52；若否，执行S53；
S52、上报欠压故障以及有功功率减少比率T；
S53、判定当前有效电流是否在降低区间并且当前电压小于N；若是，执行S54；若否，计算信号灯阵列的故障率D；
S54、更新故障后电流顶点处的电压N，有功功率Q，其中N的初始值等于M。
S52中，有功功率减少比率T的计算公式如下：
其中，P为电流顶点处的有功功率。
S53中，信号灯阵列的故障率D的计算公式如下：
其中，Q为故障更新后电流顶点处的有功功率。
以上所述之具体实施方式为本发明一种基于有功功率判定信号灯故障的方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于有功功率判定信号灯故障的方法，其特征在于，包括有主控器通过信号采集单元获取信号灯电信号，计算出相应的有效电压、有效电流、有功功率并进行故障分析，包括如下步骤：
S1、主控器选定测试模式找寻信号灯正常工作时的最小有功功率并记录电流顶点处的电压值；
S2、主控器选定工作模式实时记录信号灯工作时的电信号；设置最小有功功率阈值Z，电流顶点处的电压初值M，执行S3；
S3、计算有效电压、有效电流、有功功率并拟合曲线，执行S4；
S4、判定当前有功功率是否小于最小有功功率；若小于最小有功功率，主控器判定故障类型，具体包括，判定有功功率是否接近零点，若是，判定是否为主控器关断信号灯或者切断电源，若否，判定为电压异常中的稳压电源故障；若大于最小有功功率，执行S5；
其中，主控器判定故障类型包括如下步骤：
S41、判定有功功率是否接近零点，若是，执行S42，若否，判定为电压异常中的稳压电源故障；
S42、判定是否为主控器关断信号灯或者切断电源；若是，则判定故障解除；若否，则判定通路故障；
S5、判定当前有功功率与历史有功功率相比是否减少5％，若是，计算有功功率减少比率；若否，执行S6；
其中，计算有功功率减少比率包括如下步骤：
S51、判定当前有效电流是否在增长区间并且当前电压小于N；若是，执行S52；若否，执行S53；
S52、上报欠压故障以及有功功率减少比率T；
S53、判定当前有效电流是否在降低区间并且当前电压小于N；若是，执行S54；若否，计算信号灯阵列的故障率D；
信号灯阵列的故障率D的计算公式如下：
其中，Q为故障更新后电流顶点处的有功功率；
S54、更新故障后电流顶点处的电压N，有功功率Q，其中N的初始值等于M；
S6、判定当前有效电流是否在降低区间并且当前电压是否小于电压初值M；若是，执行S7；若否，执行S8；
S7、更新电流顶点处的电压M和有功功率P；执行S3；
S8、判定当前有效电流是否在增长区间并且当前电压是否大于电压初值M；若是，执行S7；若否，执行S3。
2.根据权利要求1所述的一种基于有功功率判定信号灯故障的方法，其特征在于，在执行S1之前主控器需要测定给信号灯供电的直流稳压电源的类型，根据不同开关电源确定电流顶点，直流稳压电源包括有开关稳压电源和线性稳压电源两种，有功功率表示如下：
P＝P恒定负载+P自身消耗；
根据有功功率变化曲线判定开关电源类型，其中线性稳压电源的有功功率变化曲线为斜度平缓的斜线，开关稳压电源的有功功率变化曲线近视平直的直线。
3.根据权利要求1所述的一种基于有功功率判定信号灯故障的方法，其特征在于，S52中，有功功率减少比率T的计算公式如下：
其中，P为电流顶点处的有功功率。
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