[發明專利]一種用于高鐵牽引系統在線故障檢測的設計方法

在審

• 申請號: 201810833629.2
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109214277A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 陳宏田;姜斌;涂明;吳建萍;顏偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種用于高鐵牽引系統在線故障檢測的設計方法，包括離線階段和在線階段。離線階段：(1)儲存正常運行工況下高鐵牽引系統的運行數據；(2)用主元分析對存儲的數據進行處理，將其映射到主元空間與殘差空間；(3)在主元空間，用ICA對非高斯成分進行特征提取；(4)對ICA處理后的數據與殘差空間的數據，根據Kullback‐Leibler散度定義統計量；(5)確定統計量的閾值。在線階段：(6)讀取在線數據；(7)根據離線階段(2)和(3)對在線數據進行處理；(8)計算在線數據統計量的值；(9)判斷是否發生故障。該方法可以在高鐵牽引系統模型未知的情況下，對其微小故障進行實時的有效的檢測。

技術領域

本發明屬于高鐵故障檢測領域，尤其涉及一種用于高鐵牽引系統在線故障檢測的設 計方法。

背景技術

隨著廣泛的市場需求和科技的進步，近二十年國內外的高鐵技術迅猛發展，并成功 地應用于實際當中。高鐵以強大的優勢受到國際智能交通領域的廣泛重視和關注。目前， 高鐵已逐步成為大眾的交通工具。然而，高鐵牽引系統頻發的故障，日益受到人們的關注。當故障發生后，會影響到整個高鐵運行的性能，甚至發生不可逆轉的嚴重后果，比 如財產損失和人員傷亡。因此，這就增加了對高鐵牽引系統故障診斷的必要性。

在中國的高鐵系統中，為了保證高鐵的安全運行，由于某個元器件性能的改變導致 某些參數的變化，引起牽引系統參數自備的故障保護系統開始動作，這是對故障進行保護的一方面。但是，這樣的保護系統顯然不能對微小故障或者復合故障進行準確的定位。例如連接電網，高鐵的橋梁，和高鐵牽引變壓器等。高鐵牽引系統十分容易發生故障， 尤其是微小故障。例如，牽引系統變壓器的繞組變形。發生繞組變形時，由于磁場分布 發生變化，會使得電壓電流相應的發生改變，從而導致供電故障，影響高鐵的正常運行。

在目前的高鐵故障檢測與診斷領域，方法主要有三種：基于模型的，基于知識的和基于數據的。基于知識的故障診斷方法需要大量的專家知識，由于故障的很多故障目前 專家也很難進行解釋和判斷，因此這個方法不適合用于微小故障的檢測。此外，國內外 學者對微小故障的研究才剛起步。對于高鐵牽引變壓器的微小故障，主要來自于自身老 化導致性能的變化、工作環境的影響的波動以及內部溫度的變化等。由于微小故障介于 無故障與故障之間，其變化特性不是很明顯，這對故障診斷算法的敏感性要求更高，原 有的算法不適合于對微小故障的診斷。

發明內容

發明目的：針對以上現有技術存在的問題，本發明提出一種用于高鐵牽引系統在線 故障檢測的設計方法，可以有效地對高鐵牽引系統的微小故障進行實時的故障檢測。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種用于高鐵牽引系統在線故障檢測的設計方法，該方法包括以下步驟：

(1)保存正常運行工況下高鐵牽引系統的運行數據；

(2)用主元分析法對該數據進行處理，將其映射到主元空間與殘差空間；

(3)在主元空間，用ICA對非高斯成分進行特征提取；

(4)對ICA處理后的數據與殘差空間的數據，根據Kullback-Leibler散度計算統計量值；

(5)確定統計量的閾值；

(6)讀取高鐵牽引系統的實時運行數據；

(7)根據步驟(2)和(3)對實時運行數據進行處理；

(8)根據步驟(4)計算在線數據統計量的值；

(9)判斷是否發生故障。

其中，在步驟(1)中，獲取的運行數據如下：定義離線矩陣X為

X＝[x(1),…,x(i),…,x(N)] (1)