[發明專利]針對軌道列車牽引變流器的開路故障診斷方法及系統

有效

• 申請號: 202010807693.0
• 申請日: 2020-08-12
• 公開（公告）號: CN111983414B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 陳志文;徐佳敏;伍曉贊;樊欣宇;彭濤;任浩
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01R31/40;G06K9/62;G06N3/04
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 何湘玲

本發明公開了一種針對軌道列車牽引變流器的開路故障診斷方法及系統，該方法包括：建立整流器結構模型并列出物理方程組，確定故障類型，獲得故障診斷數據集；根據物理方程組構建用于故障診斷的殘差，根據殘差與故障的關系生成診斷決策表；計算出故障診斷數據集中每個數據對應的殘差值，通過診斷決策表對每個數據進行初步的故障診斷，所有數據按故障類型進行預分類，并按照預分類構造數據集中各數據之間的關聯關系圖；將關聯關系圖轉化為關聯關系矩陣，構造圖卷積神經網絡，在網絡前向傳播公式中使用關聯關系矩陣，訓練圖卷積神經網絡模型；圖卷積神經網絡模型輸出作為故障診斷預測結果。本發明可提高整流器故障診斷準確率。

技術領域

本發明涉及軌道列車牽引系統電路故障診斷領域，尤其涉及一種針對軌道列車牽引變流器的開路故障診斷方法及系統。

背景技術

整流器是一種常用的電力變換裝置，常用于牽引傳動控制系統和可再生能源轉換系統，這些應用場合都對整流器運行的可靠性和安全性有著非常嚴格的要求，但其中的功率器件經常運行于高壓、高頻和大電流的條件下，因此其開關損耗很大，長時間不間斷的運行容易導致功率器件發生故障。典型變流器裝置由傳感器、控制電路以及功率電路三部分組成。其中容易出現故障及誤差的是功率電路以及傳感器兩部分，這也是故障診斷設備集中關注的部分，控制電路主要由電子元器件組成，不容易出現故障，可靠性較高。另一方面，傳感器部分則由于機械振動、電磁干擾、電浪涌和靜電等不確定因素等原因，易導致輸出信號與實際信號發生偏差，嚴重時更導致輸出信號失真或錯誤，影響控制系統正常運行。而功率電路作為變流器裝置實現電能變換的主體，在運行過程中承受主要的電熱應力，且應用場合大多處于電、磁、熱、機械等多場域耦合，故障率較高。IGBT管是功率電路的一個重要元器件組成部分，當IGBT管發生開路故障時，如果得不到及時處理，將會對系統的控制功能產生嚴重影響，使系統的無法按要求運作。

目前對于整流器故障的診斷系統往往分別針對不同結構(例如兩電平或者三電平)變流器采用不同的診斷方法，彼此間沒有聯系，且往往需要使用較多傳感器以確保診斷無誤，這會導致硬件成本的提高。

因此，現急需提供一種通用性好，硬件要求低的故障診斷方法及系統。

發明內容

本發明提供了一種針對軌道列車牽引變流器的開路故障診斷方法及系統，用以解決目前對于整流器故障的診斷系統通用性差，硬件成本高的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種針對軌道列車牽引變流器的開路故障診斷方法，包括：

根據整流器拓撲結構建立整流器結構模型并列出包含故障變量在內的物理方程組，根據工業現場條件確定整流器的故障類型，設置傳感器以獲得故障診斷數據集；

根據物理方程組構建用于故障診斷的殘差，并根據殘差與故障的關系生成診斷決策表；

計算出故障診斷數據集中每個數據對應的殘差值，通過診斷決策表對每個數據進行初步的故障診斷，將故障診斷數據集中所有數據按故障類型進行預分類，并按照預分類構造數據集中各數據之間的關聯關系圖；

將關聯關系圖轉化為關聯關系矩陣，將關聯關系矩陣作為先驗知識并構造圖卷積神經網絡，在網絡前向傳播公式中使用關聯關系矩陣，并對圖卷積神經網絡進行迭代訓練直至完成收斂；

將故障診斷數據集輸入到訓練好的圖卷積神經網絡中，以圖卷積神經網絡的輸出作為最終的故障診斷預測結果。

優選地，物理方程組，包括：