[发明专利]高速列车设备状态及电能质量监测系统与方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及电能质量及故障预测技术领域，尤其涉及一种高速列车设备状态及电能质量的监测系统与方法。

[背景技术]铁道牵引供电系统是高铁的“心脏”，为高铁和动车组提供动力。近年来，高铁事故发生比较频繁，如列车无法制动、失去动力，严重者造成人员伤亡事故。这些事故进一步证明：牵引供电系统的安全运行、关键设备的可靠性直接影响列车的安全运行。

由于高铁、列车及供电系统的特殊性，既有牵引供电系统的电压输出，又有自己的发配电系统，且牵引供电电压不停切换、负荷始终处于高速运动状态，而目前成熟的电能质量监测系统绝大多数是针对静态(非运动状态)负荷的，无法提供含有被监测点精确时空信息的电能质量数据。

现已公布的关于列车状态监测研究的专利大多集中于列车运行环境(如中国专利申请号03257809.1《现场检测列车空气压力的测量装置》)或者是相对单一的部件运行状态(如中国专利申请号200320124120《一种用于列车轮对运行状态的智能型监测装置》)，对于列车关键设备健康状况进行监测的研究极少。有部分专利涉及到故障信息处理(中国专利申请号200710111200《列车故障误报的过滤方法及系统》；中国专利申请号201010563179《一种基于神经网络的地铁列车故障诊断装置及其方法》)，但其故障状态信息是直接从相关各设备读取方式获取，没有具体涉及如何自主采集列车设备状态(包括故障)信息采集及特征提取的方法。

基于此，我们提出了同时从电能质量和设备健康状况两个方面对高速列车进行综合安全预警，重点研究高速列车设备状态及电能质量监测系统及方法，其中关键设备重点包括供配电系统设备、信号控制与防护系统设备、电(空气)制动系统设备等。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高速列车设备状态及电能质量监测系统。

本发明要解决的另外一个技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高速列车设备状态及电能质量监测方法。

对于高速列车设备状态及电能质量的监测系统，本发明采用的技术方案是，该系统包括无线采集系统、电能质量监测系统、数据中心；无线采集子系统与电能质量监测系统连接；电能质量监测系统与数据中心连接。

作为优选，无线采集系统包括多个分布安装在高速列车设备上的无线采集子节点；无线采集子节点包括多参数采集模块和无线传输模块；无线传输模块与多参数采集模块连接。

作为优选，无线传输模块采用ZIGBEE无线传输协议。

作为优选，多参数采集模块采用非入侵式的采集方式。

作为优选，电能质量监测系统包括数据采集模块、ARM主控模块、频率跟踪模块和无线通信及定位模块；数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、预处理电路和A/D采样电路；预处理电路包括AGC自增益程控放大电路和巴特沃思滤波电路，A/D采样电路由ARM主控模块的片内外设提供；ARM主控模块使用Cortex-M3嵌入式控制器；频率跟踪模块包括比较器电路和基于FPGA的数字倍频电路；无线通信及定位模块包括GPS定位单元、GPRS无线传输单元、GSM无线传输单元和ZIGBEE无线模块；电压传感器输出与预处理电路连接，电流传感器输出与预处理电路连接；预处理电路的输出与A/D采样电路连接；频率跟踪模块的比较器电路与某一相电压预处理电路输出端连接；ARM主控模块通过中断I/O端口与频率跟踪模块的数字倍频电路输出连接；无线通信及定位模块中的GPS定位单元、GPRS无线传输单元、GSM无线传输单元分别与ARM主控模块的串行接口连接。

作为优选，数据中心包括客户终端；客户终端包括无线通信模块，无线通信模块包括GSM单元和ZIGBEE无线模块。

作为优选，无线采集系统中的无线传输模块与电能质量监测系统的无线通信及定位模块中的ZIGBEE模块无线连接。

作为优选，电能质量监测系统的无线通信及定位模块与数据中心的无线通信模块采用GPRS方式或GSM或ZIGBEE协议无线连接。

对于高速列车关键设备状态及电能质量的监测方法，本发明采用的技术方案是：包括以下步骤：

(1)通过无线网络传感器分布式采集列车关键设备状态信号并分析，同时采用频率跟踪法同步采集供电系统的电压、电流数据并分析获得电能质量数据，电能质量数据包含采用全球定位系统得到的精确的时间、空间信息；

(2)将列车关键设备状态数据和电能质量数据传送给调度中心，形成数据库；