[发明专利]一种用于高铁牵引系统在线故障检测的设计方法

说明书

本发明公开了一种用于高铁牵引系统在线故障检测的设计方法，包括离线阶段和在线阶段。离线阶段：(1)储存正常运行工况下高铁牵引系统的运行数据；(2)用主元分析对存储的数据进行处理，将其映射到主元空间与残差空间；(3)在主元空间，用ICA对非高斯成分进行特征提取；(4)对ICA处理后的数据与残差空间的数据，根据Kullback‐Leibler散度定义统计量；(5)确定统计量的阈值。在线阶段：(6)读取在线数据；(7)根据离线阶段(2)和(3)对在线数据进行处理；(8)计算在线数据统计量的值；(9)判断是否发生故障。该方法可以在高铁牵引系统模型未知的情况下，对其微小故障进行实时的有效的检测。

技术领域

本发明属于高铁故障检测领域，尤其涉及一种用于高铁牵引系统在线故障检测的设 计方法。

背景技术

随着广泛的市场需求和科技的进步，近二十年国内外的高铁技术迅猛发展，并成功 地应用于实际当中。高铁以强大的优势受到国际智能交通领域的广泛重视和关注。目前， 高铁已逐步成为大众的交通工具。然而，高铁牵引系统频发的故障，日益受到人们的关注。当故障发生后，会影响到整个高铁运行的性能，甚至发生不可逆转的严重后果，比 如财产损失和人员伤亡。因此，这就增加了对高铁牵引系统故障诊断的必要性。

在中国的高铁系统中，为了保证高铁的安全运行，由于某个元器件性能的改变导致 某些参数的变化，引起牵引系统参数自备的故障保护系统开始动作，这是对故障进行保护的一方面。但是，这样的保护系统显然不能对微小故障或者复合故障进行准确的定位。例如连接电网，高铁的桥梁，和高铁牵引变压器等。高铁牵引系统十分容易发生故障， 尤其是微小故障。例如，牵引系统变压器的绕组变形。发生绕组变形时，由于磁场分布 发生变化，会使得电压电流相应的发生改变，从而导致供电故障，影响高铁的正常运行。

在目前的高铁故障检测与诊断领域，方法主要有三种：基于模型的，基于知识的和基于数据的。基于知识的故障诊断方法需要大量的专家知识，由于故障的很多故障目前 专家也很难进行解释和判断，因此这个方法不适合用于微小故障的检测。此外，国内外 学者对微小故障的研究才刚起步。对于高铁牵引变压器的微小故障，主要来自于自身老 化导致性能的变化、工作环境的影响的波动以及内部温度的变化等。由于微小故障介于 无故障与故障之间，其变化特性不是很明显，这对故障诊断算法的敏感性要求更高，原 有的算法不适合于对微小故障的诊断。

发明内容

发明目的：针对以上现有技术存在的问题，本发明提出一种用于高铁牵引系统在线 故障检测的设计方法，可以有效地对高铁牵引系统的微小故障进行实时的故障检测。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于高铁牵引系统在线故障检测的设计方法，该方法包括以下步骤：

(1)保存正常运行工况下高铁牵引系统的运行数据；

(2)用主元分析法对该数据进行处理，将其映射到主元空间与残差空间；

(3)在主元空间，用ICA对非高斯成分进行特征提取；

(4)对ICA处理后的数据与残差空间的数据，根据Kullback-Leibler散度计算统计量值；

(5)确定统计量的阈值；

(6)读取高铁牵引系统的实时运行数据；

(7)根据步骤(2)和(3)对实时运行数据进行处理；

(8)根据步骤(4)计算在线数据统计量的值；

(9)判断是否发生故障。

其中，在步骤(1)中，获取的运行数据如下：定义离线矩阵X为

X＝[x(1),…,x(i),…,x(N)] (1)