开关器件损伤评估方法、装置和设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种开关器件损伤评估方法、装置和设备，首先获取开关器件在两相旋转坐标系中的电流值；根据该电流值确定开关器件的电流幅值；再通过两相旋转坐标系中的电流值或者磁场定向指令值，得到磁场定向角度；然后根据电流幅值和磁场定向角度，得到牵引工况和制动工况下的电流观测模型；并通过牵引工况或者制动工况下的电流观测模型的输出电流，确定开关器件的老化电流有效值；最后根据老化电流有效值和预设的等效热循环次数，得到开关器件的损伤程度。本发明专利技术通过建立电流观测模型提高了开关器件损伤评估的可靠性，且在列车实际运行中，不会对列车正常运行造成影响，具有普适性。

Damage Assessment Method, Device and Equipment for Switching Devices

The invention provides a method, device and equipment for damage assessment of switching devices. Firstly, the current value of switching devices in two-phase rotating coordinate system is obtained; the current amplitude of switching devices is determined according to the current value; secondly, the magnetic field orientation angle is obtained by the current value or field orientation instruction value in two-phase rotating coordinate system; and then, according to the current amplitude and field orientation angle, the magnetic field orientation angle is obtained. The effective value of aging current is determined by the output current of the current observation model under traction or braking conditions. Finally, the damage degree of the switch is obtained according to the effective value of aging current and the preset equivalent thermal cycle number. The present invention improves the reliability of damage assessment of switching devices by establishing current observation model, and does not affect the normal operation of trains in the actual operation of trains, so it has universality.

【技术实现步骤摘要】
开关器件损伤评估方法、装置和设备
本专利技术涉及牵引变流器损伤评估
，尤其是涉及一种开关器件损伤评估方法、装置和设备。
技术介绍
轨道交通系统作为大中型城市公共交通出行的重要方式，以其载客量大、不受交通拥堵影响的优点日益得到广泛采用。城市轨道交通系统的主要组成部分中，轨道交通列车作为载运工具起着至关重要的作用，而列车牵引变流器通过控制牵引电机，为列车运行提供牵引力或电制动力，其运行可靠性、使用寿命直接影响整个列车。据统计，功率开关器件的故障率占了牵引变流器电气部件故障率的20％以上，对于运行超过15万公里的车来说，功率开关器件故障率某些车型甚至高于30％；大功率功率开关器件的使用寿命的在线评估与预测需求很大，目前业内对于大功率牵引变流器内开关器件老化状态监测和故障率、寿命预测来说目前存在诸多问题，例如，影响列车正常工作、普适性差和可靠性差等。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种开关器件损伤评估方法、装置和设备，以提高开关器件损伤评估的普适性和准确性。第一方面，本专利技术实施例提供了一种开关器件损伤评估方法，该方法包括：获取开关器件在两相旋转坐标系中的电流值；根据电流值，确定开关器件的电流幅值；通过两相旋转坐标系中的电流值或者磁场定向指令值，得到磁场定向角度；根据电流幅值和磁场定向角度，得到牵引工况和制动工况下的电流观测模型；通过牵引工况或者制动工况下的电流观测模型的输出电流，确定开关器件的老化电流有效值；根据老化电流有效值和预设的等效热循环次数，得到开关器件的损伤程度，其中，等效热循环次数包括列车牵引变流器的工作循环次数。进一步，确定上述开关器件的电流幅值的步骤，包括：当开关器件有电流传感器模型时，采集开关器件的三相输出电流瞬时值iu、iv和iw，其中，iu表示第一相的输出电流瞬时值，iv表示第二相的输出电流瞬时值，iw表示第三相的输出电流瞬时值；对三相输出电流瞬时值iu、iv和iw进行3/2坐标变换处理，得到两相旋转坐标系中的电流值：其中，Id表示d轴的电流值，Iq表示q轴电流值，θe表示磁场定向角度计算得到开关器件的电流幅值。进一步，确定上述开关器件的电流幅值的步骤，包括：当开关器件无电流传感器模型时，采集列车牵引电机的转差指令值ω*s1、电机转子等效电阻Rr、电机功率P、力矩指令值电机激磁电感Lm和牵引电机并联工作台数n；计算得到两相旋转坐标系中的q轴的电流值计算得到两相旋转坐标系中的d轴的电流值根据q轴的电流值Iqs、d轴的电流值Ids和牵引电机并联工作台数n，得到开关器件的电流幅值进一步，上述磁场定向角度，通过下述方法之一获得：当开关器件有电流传感器模型时，通过磁场定向指令值获得磁场定向角度；当开关器件无电流传感器模型时，通过q轴的电流值Iqs和d轴的电流值Ids，确定磁场定向角度θe＝arctg(Ids/Iqs)。进一步，根据电流幅值和磁场定向角度，得到牵引工况下的电流观测模型的步骤，包括：获取电流幅值IM和磁场定向角度θe；计算得到牵引工况下IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)上桥臂的电流观测模型其中，Su表示上桥臂的开关函数，磁场定向角度θe的取值范围为0到2π；计算得到牵引工况下IGBT下桥臂的电流观测模型其中，S1表示下桥臂的开关函数；计算得到牵引工况下FWD(free-wheelingdiode，续流二极管)上桥臂的电流观测模型计算得到牵引工况下FWD下桥臂的电流观测模型进一步，根据电流幅值和磁场定向角度，得到制动工况下的电流观测模型的步骤，包括：获取电流幅值IM和磁场定向角度θe；计算得到制动工况下IGBT上桥臂的电流观测模型其中，Su表示上桥臂的开关函数，磁场定向角度θe的取值范围为0到2π；计算得到制动工况下IGBT下桥臂的电流观测模型其中，S1表示下桥臂的开关函数；计算得到制动工况下FWD上桥臂的电流观测模型计算得到制动工况下FWD下桥臂的电流观测模型进一步，上述通过牵引工况或者制动工况下的电流观测模型的输出电流，确定开关器件的老化电流有效值的步骤，包括：获取牵引工况或者制动工况下电流观测模型的电流观测值；根据电流观测值计算得到指定工况下的老化电流有效值其中，i＝1,2,...,Np表示采样点个数，Np表示采样点总数，iGi表示指定工况下IGBT的电流观测模型的电流采样值，iDi表示指定工况下FWD的电流观测模型的电流采样值。进一步，上述根据老化电流有效值和等效热循环次数，得到开关器件的损伤程度的步骤，包括：根据老化电流有效值Ieq，得到开关器件的等效热循环寿命Nf＝f(Ieq)，其中，f(·)表示等效热循环寿命计算函数；根据开关器件的等效热循环寿命和等效热循环次数，得到开关器件的损伤程度其中，t表示老化时间，Nt表示第t天列车牵引变流器的工作循环次数，Nft表示根据第t天的老化电流有效值计算得到的等效热循环寿命。第二方面，本专利技术实施例还提供一种开关器件损伤评估装置，该装置包括：电流值获取模块，用于获取开关器件在两相旋转坐标系中的电流值；幅值确定模块，用于根据电流值，确定开关器件的电流幅值；磁场定向角度确定模块，用于通过两相旋转坐标系中的电流值或者磁场定向指令值，得到磁场定向角度；电流观测模型建立模块，用于根据电流幅值和磁场定向角度，得到牵引工况和制动工况下的电流观测模型；电流有效值确定模块，用于通过牵引工况或者制动工况下的电流观测模型的输出电流，确定开关器件的老化电流有效值；损伤程度确定模块，用于根据老化电流有效值和预设的等效热循环次数，得到开关器件的损伤程度，其中，等效热循环次数包括列车牵引变流器的工作循环次数。第三方面，本专利技术实施例还提供一种开关器件损伤评估设备，该设备包括电压电流传感器、调理电路和微处理器；微处理器用于存储执行第一方面所述方法的程序，微处理器还用于执行存储的所述程序。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术提供了一种开关器件损伤评估方法、装置和设备，首先获取开关器件在两相旋转坐标系中的电流值；根据该电流值确定开关器件的电流幅值；再通过两相旋转坐标系中的电流值或者磁场定向指令值，得到磁场定向角度；然后根据电流幅值和磁场定向角度，得到牵引工况和制动工况下的电流观测模型；并通过牵引工况或者制动工况下的电流观测模型的输出电流，确定开关器件的老化电流有效值；最后根据老化电流有效值和预设的等效热循环次数，得到开关器件的损伤程度。本专利技术通过建立电流观测模型提高了开关器件损伤评估的可靠性，且在列车实际运行中，不会对列车正常运行造成影响，具有普适性。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本专利技术的上述技术即可得知。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种开关器件损伤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关器件损伤评估方法，其特征在于，所述方法包括：获取开关器件在两相旋转坐标系中的电流值；根据所述电流值，确定所述开关器件的电流幅值；通过两相旋转坐标系中的所述电流值或者磁场定向指令值，得到磁场定向角度；根据所述电流幅值和所述磁场定向角度，得到牵引工况和制动工况下的电流观测模型；通过所述牵引工况或者制动工况下的电流观测模型的输出电流，确定所述开关器件的老化电流有效值；根据所述老化电流有效值和预设的等效热循环次数，得到所述开关器件的损伤程度，其中，等效热循环次数包括列车牵引变流器的工作循环次数。

【技术特征摘要】
1.一种开关器件损伤评估方法，其特征在于，所述方法包括：获取开关器件在两相旋转坐标系中的电流值；根据所述电流值，确定所述开关器件的电流幅值；通过两相旋转坐标系中的所述电流值或者磁场定向指令值，得到磁场定向角度；根据所述电流幅值和所述磁场定向角度，得到牵引工况和制动工况下的电流观测模型；通过所述牵引工况或者制动工况下的电流观测模型的输出电流，确定所述开关器件的老化电流有效值；根据所述老化电流有效值和预设的等效热循环次数，得到所述开关器件的损伤程度，其中，等效热循环次数包括列车牵引变流器的工作循环次数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述开关器件的电流幅值的步骤，包括：当所述开关器件有电流传感器模型时，采集所述开关器件的三相输出电流瞬时值iu、iv和iw，其中，iu表示第一相的输出电流瞬时值，iv表示第二相的输出电流瞬时值，iw表示第三相的输出电流瞬时值；对所述三相输出电流瞬时值iu、iv和iw进行3/2坐标变换处理，得到两相旋转坐标系中的所述电流值：其中，Id表示d轴的电流值，Iq表示q轴电流值，θe表示磁场定向角度；计算得到开关器件的电流幅值3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述开关器件的电流幅值的步骤，包括：当所述开关器件无电流传感器模型时，采集列车牵引电机的转差指令值ω*s1、电机转子等效电阻Rr、电机功率P、力矩指令值Te*、电机激磁电感Lm和牵引电机并联工作台数n；计算得到所述两相旋转坐标系中的q轴的电流值计算得到所述两相旋转坐标系中的d轴的电流值根据所述q轴的电流值Iqs、所述d轴的电流值Ids和所述牵引电机并联工作台数n，得到所述开关器件的电流幅值4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁场定向角度，通过下述方法之一获得：当所述开关器件有电流传感器模型时，通过所述磁场定向指令值获得所述磁场定向角度；当所述开关器件无电流传感器模型时，通过所述q轴的电流值Iqs和所述d轴的电流值Ids，确定所述磁场定向角度θe＝arctg(Ids/Iqs)。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电流幅值和所述磁场定向角度，得到牵引工况下的电流观测模型的步骤，包括：获取所述电流幅值IM和所述磁场定向角度θe；计算得到所述牵引工况下IGBT上桥臂的电流观测模型其中，Su表示上桥臂的开关函数，所述磁场定向角度θe的取值范围为0到2π；计算得到所述牵引工况下IGBT下桥臂的电流观测模型其中，S1表示下桥臂的开关函数；计算得到所述牵引工况下FWD上桥臂的电流观测模型计算得到所述牵引工况下FWD下桥臂的电流观测模型6.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，李兵，徐春梅，邱瑞昌，王梦珠，郭羽佳，董超跃，祝本超，刘申易，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11