车载牵引变流系统故障诊断与容错控制综述
中文关键词: 车载牵引变流系统 故障诊断 容错控制
作者 单位
葛兴来 西南交通大学电气工程学院, 成都 611756
谢东 磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室(西南交通大学), 成都 611756
西南交通大学电气工程学院, 成都 611756
邓清丽 磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室(西南交通大学), 成都 611756
西南交通大学电气工程学院, 成都 611756
中文摘要:
车载牵引变流系统作为高速列车的动力源,其安全可靠性对保障高速列车安全、高效、可靠的运行和维护至关重要。在非线性、强耦合和多工况等复杂条件和恶劣环境中长期运行,牵引变流系统中的各类部件都会出现不同程度的劣化失效,引发各类故障,给高速列车的安全运行带来极大挑战。为此,针对高速列车车载牵引变流系统功率器件、牵引控制单元、传感器和中间直流环节等故障率高的部件进行了故障诊断与容错控制方法的调研和总结,对比分析不同方法的研究思路和适用条件。最后,讨论车载牵引变流系统故障诊断与容错控制研究中亟待解决的问题,并对未来的研究做出展望。
内容节选:
2019年中共中央、国务院印发《交通强国建设纲要》,指出构建安全便捷的现代化综合交通体系,到本世纪中叶,交通安全和智能化水平达到国际先进水平。高速列车作为现代化交通体系中的重大装备,保障其安全高效运行是实现交通强国的重要基础。截至2018年底,中·国高速铁路运营里程已达2.9万km,超过全球总里程2/3,绝大多数运行线路都处于高负荷运行状态。在这样高密度、长编组、跨区域的运行环境下,对列车安全、高效、可靠的运行和维护要求就变得日益苛刻。牵引变流系统作为整个列车的动力“心脏”,研究快速可靠的故障诊断与容错控制方法保证其在内外复杂环境下的安全可靠运行对高速列车的运行安全至关重要。
牵引变流系统的结构主要分为两电平和三电平2种,其中,两电平牵引变流系统以其主电路和控制方法简单而广泛用于CRH1/3/5系列、CRH380B系列和复兴号(CR400AF、CR400BF)等高速动车组以及HXD1/2/3系列的大功率机车当中;而CRH2系列和CRH380A系列型动车组则是采用结构更复杂、器件电压应力更低的三电平变流器[1]。根据现场数据统计结果,功率器件、牵引控制单元、中间直流回路和传感器的故障占据了牵引变流器故障的绝大部分,其中牵引控制单元的故障主要是其组成板卡及网络故障所导致的[2]。此外,从广义来讲故障都是从早期微小故障开始,在故障初期具有潜伏性,对系统影响较小使得现有的控制保护系统难以察觉[3]。但随时间变化,该类故障会引起其他部件出现连锁故障,给系统造成严重的安全隐患甚至灾难性后果,对这类故障的关注也日益上升。进一步地,故障后的牵引变流系统容错控制运行,保证故障条件下的可靠牵引与安全制动也是当前急需解决的问题。容错控制理论研究已较为成熟,部分方法也逐渐应用到高速列车领域,确保列车高速安全运行,从根本上防止极端安全事故的发生。
本综述以高速列车牵引变流系统为分析对象,对其中的功率器件、牵引控制单元、传感器以及中间直流环节等主要故障部件展开故障诊断与容错控制的研究,按照极端失效故障到早期微小故障、定量分析到定性分析的顺序对故障诊断方法进行阐述,并从冗余拓扑、调制变换、观测器重构和控制量重构等角度对故障后的容错控制方法进行分类。最后,总结现有研究成果中存在的问题并提出研究展望。
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