本發(fā)明涉及地鐵車輛技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車載制動(dòng)電阻的監(jiān)測(cè)方法、裝置和保護(hù)方法、裝置。

背景技術(shù)：

地鐵車輛的牽引系統(tǒng)主要由高速斷路器、充放電單元、濾波電抗器、中間支撐電容、逆變單元、斬波器、制動(dòng)電阻以及控制單元構(gòu)成，將供電的直流電逆變成三相電壓、電流的頻率可調(diào)交流電，給三相異步電機(jī)或永磁電機(jī)供電，以驅(qū)動(dòng)列車前進(jìn)。為盡量節(jié)省制動(dòng)過(guò)程中閘瓦及輪對(duì)的磨耗，制動(dòng)過(guò)程中會(huì)盡可能的使用電制動(dòng)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，再將電能反饋回電網(wǎng)。由于電網(wǎng)并不能吸收制動(dòng)反饋的電能，因而電制動(dòng)過(guò)程中網(wǎng)壓會(huì)被抬升，為避免網(wǎng)壓升高太高則會(huì)控制開通斬波回路，使得電機(jī)通過(guò)逆變器反饋的能量通過(guò)制動(dòng)電阻以熱的形式消耗掉。

地鐵車輛中對(duì)于制動(dòng)電阻過(guò)流的監(jiān)測(cè)，目前通常是采用電流傳感器直接測(cè)量斬波開通后流過(guò)制動(dòng)電阻的電流值，但是該類方法中控制機(jī)箱需額外增設(shè)電流傳感器以采集制動(dòng)電阻電流，則同時(shí)需要增加數(shù)據(jù)采集通道及電流傳感器的供電輸出，而對(duì)實(shí)時(shí)采集的電流信息進(jìn)行處理，還會(huì)增加處理器的負(fù)擔(dān)。

地鐵車輛作為快速交通車輛，需要不停的啟動(dòng)和停止，每次停車過(guò)程中大部分采用電制動(dòng)，而幾乎絕大部分電制動(dòng)反饋的能量都會(huì)消耗在制動(dòng)電阻上，所以為了避免制動(dòng)電阻溫升過(guò)高，目前通常是在制動(dòng)電阻的電阻帶附近增設(shè)溫度繼電器，當(dāng)溫度高于某個(gè)值時(shí)，繼電器動(dòng)作，控制系統(tǒng)關(guān)斷斬波回路，取消電制動(dòng)、恢復(fù)閘瓦制動(dòng)。通過(guò)增設(shè)溫度繼電器監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻的溫升狀態(tài)，一方面，設(shè)置溫度繼電器需要增加硬件成本，所需實(shí)現(xiàn)的成本高；另一方面，如上所述，列車制動(dòng)的能量絕大部分都是通過(guò)制動(dòng)電阻產(chǎn)生的熱量耗散掉，制動(dòng)電阻一直工作在溫度較高的狀態(tài)，所以溫度繼電器工作的溫度環(huán)境也極其惡劣，其老化速度較快，因而實(shí)際中的故障率較高，這會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，同時(shí)還會(huì)進(jìn)一步增加故障點(diǎn)；另外溫度繼電器需埋在電阻帶上，維護(hù)也不方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、所需成本低、能夠減少系統(tǒng)故障點(diǎn)、精度及可靠性高且便于維護(hù)的車載制動(dòng)電阻的監(jiān)測(cè)方法、裝置和保護(hù)方法、裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種車載制動(dòng)電阻的監(jiān)測(cè)方法，步驟包括：

1)實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)牽引系統(tǒng)制動(dòng)過(guò)程中直流側(cè)回饋功率、中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率，以及將交流側(cè)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)得到的折算總功率；

2)根據(jù)獲取到的所述直流側(cè)回饋功率、中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率以及折算總功率，得到制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率；

3)根據(jù)所述步驟2)得到的制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率，判斷制動(dòng)電阻的過(guò)流、溫升狀態(tài)。

作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2)中具體按照下式計(jì)算得到制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率；

P_r＝P_m-P_z-P_C；

其中，P_r為制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率，P_m為將交流側(cè)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)得到的折算總功率，P_z為直流側(cè)回饋功率，P_C為中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率，且P_z在直流側(cè)電流為回饋方向時(shí)為正、直流側(cè)電流為與回饋方向相反的方向時(shí)為負(fù)，P_C在中間支撐電容兩端的電壓增加時(shí)為正、中間支撐電容兩端的電壓降低時(shí)為負(fù)。

作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述折算總功率的獲取步驟為：

預(yù)先根據(jù)牽引系統(tǒng)中齒輪轉(zhuǎn)換效率、電機(jī)轉(zhuǎn)換效率以及交流側(cè)轉(zhuǎn)化為直流側(cè)的轉(zhuǎn)化效率，得到將交流側(cè)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)的轉(zhuǎn)化效率；

實(shí)時(shí)獲取電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率，按照下式折算得到所述折算總功率；

Pm＝P_b×η；

其中，P_b為電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率，η將交流側(cè)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)的轉(zhuǎn)化效率。

作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率具體通過(guò)實(shí)時(shí)采集目標(biāo)牽引系統(tǒng)中電機(jī)的力矩T以及轉(zhuǎn)速n，并按下式計(jì)算得到；

P_b＝FV；

F＝T×n×i/r；

V＝3.6×D×π×n/60/i；

其中，F(xiàn)為產(chǎn)生折算到輪周的力，V為電機(jī)的線速度，i為列車齒輪傳動(dòng)比，r為列車的輪半徑，η為轉(zhuǎn)化效率，D為列車的輪直徑，n為電機(jī)個(gè)數(shù)；

作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述直流側(cè)回饋功率具體通過(guò)實(shí)時(shí)采集目標(biāo)牽引系統(tǒng)中的中間支撐電容兩端的電壓U、以及牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流I獲取得到，所述直流側(cè)回饋功率的計(jì)算公式為：

P_z＝UI；

所述中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率，具體通過(guò)實(shí)時(shí)采集目標(biāo)牽引系統(tǒng)中能量變化前中間支撐電容兩端的電壓Uc₀、以及能量變化后中間支撐電容兩端的電壓Uc₁獲取得到，所述中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率計(jì)算公式為：

P_C＝1/2C△Uc²；

△Uc²＝1/2Uc₁²-1/2Uc₀²；

其中，C為中間支撐電容的電容值，△Uc²為能量變化前后中間支撐電容兩端的電壓平方差。

作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3)中判斷制動(dòng)電阻是否發(fā)生過(guò)流的具體步驟為：實(shí)時(shí)采集制動(dòng)電阻兩端的電壓，根據(jù)采集到的電壓值以及所述步驟2)得到的制動(dòng)電阻消耗功率，計(jì)算出實(shí)時(shí)流過(guò)制動(dòng)電阻的電流，由計(jì)算得到的電流值判斷制動(dòng)電阻是否發(fā)生過(guò)流。

作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟3)中具體實(shí)時(shí)采集制動(dòng)電阻兩端的電壓，并根據(jù)得到的所述制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率計(jì)算制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)阻值，由計(jì)算得到的實(shí)時(shí)阻值判斷制動(dòng)電阻是否溫升過(guò)高；或所述步驟3)中具體根據(jù)得到的所述制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率，計(jì)算每個(gè)制動(dòng)周期內(nèi)的實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗，并與制動(dòng)電阻最苛刻工況下能耗進(jìn)行比較，判斷制動(dòng)電阻是否溫升過(guò)高；或所述步驟3)中具體根據(jù)得到的所述制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率，計(jì)算指定個(gè)制動(dòng)周期內(nèi)制動(dòng)電阻消耗的平均功率，并與參考平均功率進(jìn)行比較，判斷制動(dòng)電阻是否溫升過(guò)高。

作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3)的具體步驟為：

3.1)每個(gè)制動(dòng)周期執(zhí)行時(shí)，獲取所述制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率并采集制動(dòng)電阻兩端的電壓，計(jì)算制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)阻值，判斷計(jì)算得到的實(shí)時(shí)阻值是否超過(guò)預(yù)設(shè)最大阻值，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行步驟3.1)，直至執(zhí)行完當(dāng)前制動(dòng)周期，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3.2)；

3.2)計(jì)算當(dāng)前制動(dòng)周期內(nèi)的實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗，并判斷所述實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗是否超過(guò)制動(dòng)電阻最苛刻工況下能耗，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行步驟3.1)；若執(zhí)行完指定個(gè)制動(dòng)周期，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3.3)；

3.3)計(jì)算制動(dòng)電阻消耗的平均功率，并判斷是否超過(guò)參考平均功率，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行步驟3.1)。

作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述制動(dòng)電阻總能耗的計(jì)算公式為：

W_r為t₀至t₁時(shí)刻的制動(dòng)電阻總能耗，P_m為所述制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)所得到的制動(dòng)總功率，P_z為直流側(cè)回饋功率，P_C為中間支撐電容功率；

所述制動(dòng)電阻消耗的平均功率的計(jì)算公式為：

其中W_r1為t₀至t₁時(shí)刻的制動(dòng)電阻消耗的平均功率；

作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述制動(dòng)電阻最苛刻工況的能耗具體通過(guò)制動(dòng)電阻的最苛刻吸收功率曲線獲得。

一種車載制動(dòng)電阻的監(jiān)測(cè)裝置，包括：

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)牽引系統(tǒng)制動(dòng)過(guò)程中直流側(cè)回饋功率、中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率，以及將交流側(cè)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)得到的折算總功率；

功率獲取模塊，用于根據(jù)獲取到的所述直流側(cè)回饋功率、中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率以及折算總功率，得到制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率；

判斷模塊，用于根據(jù)所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊得到的制動(dòng)電阻消耗功率，判斷制動(dòng)電阻是否發(fā)生過(guò)流、以及是否發(fā)生溫升過(guò)高。

作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置的進(jìn)一步改進(jìn)，所述判斷模塊包括過(guò)流判斷子模塊以及溫升過(guò)高判斷子模塊，所述溫升過(guò)高判斷子模塊包括：

電阻超限判斷單元，用于每個(gè)制動(dòng)周期執(zhí)行時(shí)，獲取所述制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率并采集制動(dòng)電阻兩端的電壓，計(jì)算制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)阻值，判斷計(jì)算得到的實(shí)時(shí)阻值是否超過(guò)預(yù)設(shè)最大阻值，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行所述電阻超限判斷單元，直至執(zhí)行完當(dāng)前制動(dòng)周期，轉(zhuǎn)入執(zhí)行總能耗超限判斷單元；

總能耗超限判斷單元，用于計(jì)算當(dāng)前制動(dòng)周期內(nèi)的實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗，并判斷所述實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗是否超過(guò)制動(dòng)電阻最苛刻工況下能耗，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行電阻超限判斷單元；若執(zhí)行完指定制動(dòng)周期后，轉(zhuǎn)入執(zhí)行平均功率超限單元；

平均功率超限單元，用于計(jì)算制動(dòng)電阻消耗的平均功率，并判斷是否超過(guò)參考平均功率，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行所述電阻超限判斷單元。

本發(fā)明進(jìn)一步提供一種車載制動(dòng)電阻的保護(hù)方法，步驟包括：按照上述監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻，若監(jiān)測(cè)到發(fā)生過(guò)流或溫升過(guò)高，控制切斷制動(dòng)電阻并保持一個(gè)制動(dòng)周期，以防止制動(dòng)電阻發(fā)生過(guò)流或溫升過(guò)高。

本發(fā)明進(jìn)一步提供一種車載制動(dòng)電阻的保護(hù)系統(tǒng)，包括上述監(jiān)測(cè)裝置以及保護(hù)控制裝置，所述監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻，若監(jiān)測(cè)到發(fā)生過(guò)流或溫升過(guò)高，所述保護(hù)控制裝置控制切斷制動(dòng)電阻并保持一個(gè)制動(dòng)周期，以防止制動(dòng)電阻發(fā)生過(guò)流或溫升過(guò)高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1)本發(fā)明利用牽引系統(tǒng)中制動(dòng)能量產(chǎn)生、消耗關(guān)系以及能量守恒原理，通過(guò)將交流側(cè)功率折算到直流側(cè)，從而基于直流側(cè)功率獲取得到制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率，由制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率同時(shí)判斷制動(dòng)電阻的過(guò)流、溫升狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，無(wú)需增設(shè)電流傳感器、溫度傳感器等輔助設(shè)備，所需成本低且能夠減少傳感器等的故障點(diǎn)，且基于制動(dòng)電阻消耗功率能獲取準(zhǔn)確、可靠的過(guò)流及溫升監(jiān)測(cè)結(jié)果，同時(shí)便于進(jìn)行維護(hù)；

2)本發(fā)明進(jìn)一步利用牽引系統(tǒng)中現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)時(shí)易于獲取到的制動(dòng)產(chǎn)生的總功率、直流側(cè)回饋功率、中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率計(jì)算得到制動(dòng)電阻消耗功率，實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，所需處理的數(shù)據(jù)少，且無(wú)需額外對(duì)制動(dòng)電阻設(shè)置電流、溫度采集設(shè)備，能夠有效減少所需的成本以及故障點(diǎn)；

3)本發(fā)明進(jìn)一步只需通過(guò)實(shí)時(shí)制動(dòng)反饋的能量及加在制動(dòng)電阻兩端的電壓即可間接得出實(shí)時(shí)流過(guò)制動(dòng)電阻的電流值，從而監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻是否發(fā)生過(guò)流，無(wú)需增設(shè)電流傳感器直接實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流過(guò)制動(dòng)電阻的電流，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，能夠減少監(jiān)測(cè)成本且監(jiān)測(cè)精度高；

4)本發(fā)明進(jìn)一步綜合三種方式共同實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)電阻溫升狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，每個(gè)制動(dòng)周期執(zhí)行時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻的阻值判斷是否溫升過(guò)高，以及由實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗判斷是否溫升過(guò)高，在執(zhí)行指定個(gè)制動(dòng)周期后再通過(guò)制動(dòng)電阻平均功率判斷是否溫升過(guò)高，有效結(jié)合電阻超限判斷、制動(dòng)總能耗超限判斷以及平均功率超限判斷三種方式的優(yōu)勢(shì)，對(duì)制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)電阻的溫升狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，從而能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)到制動(dòng)電阻是否發(fā)生溫升過(guò)高狀況。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)施例車載制動(dòng)電阻的監(jiān)測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖。

圖2是典型的地鐵車輛中牽引系統(tǒng)的主電路的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3是本實(shí)施例中制動(dòng)能量構(gòu)成的原理示意圖。

圖4是本實(shí)施例中車載制動(dòng)電阻過(guò)流及溫升過(guò)高的監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖5是本實(shí)施例中車載制動(dòng)電阻的保護(hù)方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖。

圖6是本實(shí)施例中車載制動(dòng)電阻的保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本實(shí)施例車載制動(dòng)電阻的監(jiān)測(cè)方法步驟包括：

1)實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)牽引系統(tǒng)制動(dòng)過(guò)程中直流側(cè)回饋功率、中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率，以及將交流側(cè)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)得到的折算總功率；

2)根據(jù)獲取到的直流側(cè)回饋功率、中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率以及折算總功率，得到制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率；

3)根據(jù)步驟2)得到的制動(dòng)電阻消耗功率，判斷制動(dòng)電阻的過(guò)流、溫升狀態(tài)。

地鐵車輛中牽引系統(tǒng)的主電路如圖2所示，主要包括前端充電單元、濾波電抗器、中間支撐電容、斬波單元、逆變單元以及制動(dòng)電阻，其中充電單元在列車剛上電牽引時(shí)，通過(guò)先閉合充電接觸器，再待電容電壓上升到一定值時(shí)閉合短接接觸器，以防止電容充電電流過(guò)大；濾波電抗器配合中間支撐電容起濾波的作用；逆變單元在牽引工況時(shí)，將直流逆變成電壓、電流的頻率可調(diào)交流電給牽引電動(dòng)機(jī)供電，制動(dòng)工況時(shí)，則通過(guò)逆變單元的控制將列車機(jī)械能通過(guò)電機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)化成電能，從而產(chǎn)生了電制動(dòng)力。通過(guò)逆變單元可以控制電機(jī)牽引及制動(dòng)力矩的大小，從而控制整車牽引力及制動(dòng)力的大小。

制動(dòng)電阻主要用于制動(dòng)工況，由于制動(dòng)時(shí)為了盡量減少空氣制動(dòng)(閘瓦制動(dòng))，會(huì)盡可能的發(fā)揮電制動(dòng)，電制動(dòng)產(chǎn)生的電能則首先會(huì)使得中間支撐電容兩端電壓(中間電壓)上升，網(wǎng)壓也緊隨其上升，當(dāng)中間電壓(或網(wǎng)壓)上升至一定值時(shí)，控制開通斬波單元的開關(guān)元器件，使得電制動(dòng)產(chǎn)生的能量會(huì)從制動(dòng)電阻以熱量的形式散到空氣中；當(dāng)中間電壓(或網(wǎng)壓)下降至一定值時(shí)，控制關(guān)斷斬波單元的開關(guān)元器件，中間電壓(或網(wǎng)壓)重新上升到一定值時(shí)，再控制開通斬波回路，整個(gè)電制動(dòng)過(guò)程按上述過(guò)程循環(huán)執(zhí)行。

如上所述，電機(jī)制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的總能量首先給中間支撐電容充電，使得中間支撐電容電壓上升，并將能量反饋給直流側(cè)電網(wǎng)，當(dāng)中間支撐電容電壓過(guò)高時(shí)，則通過(guò)開通斬波管，將制動(dòng)能量及中間支撐電容的部分能量通過(guò)制動(dòng)電阻消耗掉。本實(shí)施例基于牽引系統(tǒng)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，利用牽引系統(tǒng)中上述能量產(chǎn)生、消耗關(guān)系以及能量守恒原理，通過(guò)將交流側(cè)能量折算至直流側(cè)，結(jié)合直流側(cè)回饋功率以及中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率獲取得到制動(dòng)電阻消耗功率，由制動(dòng)電阻消耗功率同時(shí)判斷制動(dòng)電阻的過(guò)流、溫升狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，無(wú)需增設(shè)溫度傳感器等輔助設(shè)備，所需成本低，能夠減少溫度傳感器等的故障點(diǎn)，且基于制動(dòng)電阻消耗功率能獲取準(zhǔn)確、可靠的過(guò)流和溫升監(jiān)測(cè)結(jié)果，同時(shí)便于進(jìn)行維護(hù)。

本實(shí)施例基于上述分析，如圖3所示，將制動(dòng)電阻消耗能量(制動(dòng)電阻吸收能量)表示為：

制動(dòng)電阻消耗能量＝制動(dòng)產(chǎn)生的總能量(折算至直流側(cè))-中間支撐電容存儲(chǔ)能量變化值-直流側(cè)回饋的能量；

其中，中間支撐電容存儲(chǔ)的能量可能為正也可能為負(fù)，當(dāng)電壓增加時(shí)能量為正，當(dāng)電壓降低時(shí)能量為負(fù)；

直流側(cè)回饋的能量也可能為正、也可能為負(fù)，當(dāng)電流為回饋方向時(shí)能量為正，當(dāng)相反方向能量為負(fù)。

本實(shí)施例中，步驟1)中關(guān)系模型的表達(dá)式即為：

P_r＝P_m-P_z-P_C (1)

其中，P_r為制動(dòng)電阻消耗功率，P_m為將交流側(cè)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)得到的折算總功率，P_z為直流側(cè)回饋功率，P_C為中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率；且P_z在直流側(cè)電流為回饋方向時(shí)為正、直流側(cè)電流為與回饋方向相反的方向時(shí)為負(fù)，P_C在中間支撐電容兩端的電壓增加時(shí)為正、中間支撐電容兩端的電壓降低時(shí)為負(fù)。

通過(guò)如(1)所示，能夠由交流側(cè)的電機(jī)制動(dòng)能量，反向折算出直流側(cè)能量，從而獲取得到制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗能量，以基于實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻消耗能量判斷制動(dòng)電阻的過(guò)流、溫升狀態(tài)，有效利用了制動(dòng)能量產(chǎn)生及消耗原理，實(shí)現(xiàn)操作簡(jiǎn)單，無(wú)需增設(shè)輔助檢測(cè)設(shè)備且可靠性高。

本實(shí)施例中，折算總功率的獲取步驟為：

預(yù)先根據(jù)牽引系統(tǒng)中齒輪轉(zhuǎn)換效率、電機(jī)轉(zhuǎn)換效率以及交流側(cè)轉(zhuǎn)化為直流側(cè)的轉(zhuǎn)化效率，得到將交流側(cè)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)的轉(zhuǎn)化效率；

實(shí)時(shí)獲取電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率，按照式(2)折算得到折算總功率；

Pm＝P_b×η (2)

其中，P_b為電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率，η將交流側(cè)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)的轉(zhuǎn)化效率。

將交流側(cè)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)時(shí)，具體需要經(jīng)過(guò)牽引系統(tǒng)中齒輪轉(zhuǎn)換、電機(jī)轉(zhuǎn)換以及交流側(cè)轉(zhuǎn)化為直流側(cè)過(guò)程，本實(shí)施例具體由齒輪轉(zhuǎn)換效率、電機(jī)轉(zhuǎn)換效率以及交流側(cè)轉(zhuǎn)化為直流側(cè)的轉(zhuǎn)化效率相乘，即得到折算至直流側(cè)的轉(zhuǎn)化效率η，獲取得到電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率后按照式(2)即可折算得到直流側(cè)功率。

本實(shí)施例中，電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率具體通過(guò)實(shí)時(shí)采集目標(biāo)牽引系統(tǒng)中電機(jī)的力矩T以及轉(zhuǎn)速n，并按式(3)、(4)、(5)計(jì)算得到；

P_b＝FV (3)

F＝T×N×i/r (4)

V＝3.6×D×π×n/60/i (5)

其中，Pb為電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率，F(xiàn)為產(chǎn)生折算到輪周的力，V為電機(jī)的線速度，i為列車齒輪傳動(dòng)比，r為列車的輪半徑，D為列車的輪直徑，N為電機(jī)個(gè)數(shù)。當(dāng)然制動(dòng)產(chǎn)生的總功率具體還可以采用其他方式計(jì)算獲取。

直流側(cè)回饋功率具體通過(guò)實(shí)時(shí)采集目標(biāo)牽引系統(tǒng)中的中間支撐電容兩端的電壓U、以及牽引系統(tǒng)直流側(cè)電流I獲取得到，直流側(cè)回饋功率的計(jì)算公式為：

P_z＝UI (6)

中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率，具體通過(guò)實(shí)時(shí)采集目標(biāo)牽引系統(tǒng)中中間支撐電容兩端的電壓U獲取得到，所述中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率計(jì)算公式為：

P_C＝1/2C△U² (7)

其中，C為中間支撐電容的電容值，△U²為能量變化前后中間支撐電容兩端的電壓平方差。

本實(shí)施例中，中間支撐電容兩端的電壓U具體可通過(guò)牽引系統(tǒng)中現(xiàn)有的中間支撐電容兩端電壓傳感器實(shí)時(shí)采集得到，直流側(cè)電流I具體可通過(guò)牽引系統(tǒng)中現(xiàn)有的直流側(cè)電流傳感器實(shí)時(shí)采集得到；則利用牽引系統(tǒng)中現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)時(shí)易于獲取到的電機(jī)力矩T以及轉(zhuǎn)速n，利用公式(1)～(7)即可計(jì)算得到制動(dòng)電阻消耗功率P_r，實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，所需處理的數(shù)據(jù)少，且無(wú)需額外對(duì)制動(dòng)電阻設(shè)置電流、溫度采集設(shè)備，能夠有效減少所需的成本以及故障點(diǎn)。

本實(shí)施例中，步驟3)中判斷制動(dòng)電阻是否發(fā)生過(guò)流的具體步驟為：實(shí)時(shí)采集制動(dòng)電阻兩端的電壓，根據(jù)采集到的電壓值以及步驟2)得到的制動(dòng)電阻消耗功率，計(jì)算出實(shí)時(shí)流過(guò)制動(dòng)電阻的電流，由計(jì)算得到的電流值判斷是否發(fā)生過(guò)流。

實(shí)時(shí)流過(guò)制動(dòng)電阻的電流I_r計(jì)算表達(dá)式為：

I_r＝P_r/U_r (8)

其中U_r為制動(dòng)電阻兩端的電壓，P_r為制動(dòng)電阻消耗功率P_r。

采用上述方法，只需通過(guò)實(shí)時(shí)制動(dòng)反饋的能量及加在制動(dòng)電阻兩端的電壓即可間接得出實(shí)時(shí)流過(guò)制動(dòng)電阻的電流值，從而監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻是否發(fā)生過(guò)流，無(wú)需增設(shè)電流傳感器直接實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流過(guò)制動(dòng)電阻的電流，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單且監(jiān)測(cè)精度高。

本實(shí)施例步驟3)中具體可通過(guò)以下幾種方式監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻的溫升狀態(tài)：

①電阻阻值超限判斷

實(shí)時(shí)采集制動(dòng)電阻兩端的電壓，并根據(jù)得到的制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率按式(9)計(jì)算制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)阻值R，由計(jì)算得到的實(shí)時(shí)阻值R判斷制動(dòng)電阻是否發(fā)生溫升過(guò)高。

R＝P_r/U_r² (9)

電阻值隨溫度的升高而增大，該類方式計(jì)算得到實(shí)時(shí)阻值R后，與預(yù)設(shè)的最大阻值進(jìn)行比較，若超過(guò)預(yù)設(shè)的最大阻值，則判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高。最大阻值具體在設(shè)計(jì)前期可以根據(jù)線路條件進(jìn)行仿真模擬運(yùn)算確定。

②總能耗超限判斷

制動(dòng)過(guò)程中，按上述方法實(shí)時(shí)獲取制動(dòng)電阻消耗功率，根據(jù)得到的制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率，按式(9)計(jì)算每個(gè)制動(dòng)周期內(nèi)的實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗，并與制動(dòng)電阻最苛刻工況下能耗進(jìn)行比較，判斷制動(dòng)電阻是否發(fā)生溫升過(guò)高。

其中，W_r為t₀至t₁時(shí)刻的制動(dòng)電阻總能耗，P_m為制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)所得到的制動(dòng)總功率，P_z為直流側(cè)回饋功率，P_C為中間支撐電容功率，P_m、P_z、P_C計(jì)算公式如(2)～(7)所示。

該類方式每個(gè)制動(dòng)周期內(nèi)實(shí)時(shí)計(jì)算得到制動(dòng)電阻總能耗后，與制動(dòng)電阻最苛刻工況的能耗進(jìn)行比較，若制動(dòng)電阻總能耗超過(guò)制動(dòng)電阻最苛刻工況的能耗，則判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高。制動(dòng)電阻最苛刻工況的能耗具體可通過(guò)制動(dòng)電阻的最苛刻吸收功率曲線獲得，即將每個(gè)制動(dòng)周期內(nèi)計(jì)算得到的實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗與制動(dòng)電阻的最苛刻吸收功率曲線進(jìn)行比較，以判斷制動(dòng)電阻溫升狀態(tài)。

③平均功率超限判斷

根據(jù)得到的制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率，按照式(11)計(jì)算指定個(gè)制動(dòng)周期內(nèi)制動(dòng)電阻消耗的平均功率，并與參考平均功率進(jìn)行比較，判斷制動(dòng)電阻是否發(fā)生溫升過(guò)高。

其中W_r1為t₀至t₁時(shí)刻的制動(dòng)電阻消耗的平均功率，P_m、P_z、P_C計(jì)算公式如(2)～(7)所示。

該類方式在車輛運(yùn)行時(shí)記錄每次啟車及停車間的時(shí)間間隔，以及按上述方法計(jì)算得到的每個(gè)制動(dòng)周期內(nèi)制動(dòng)電阻消耗總能量，記錄得到N組數(shù)據(jù)后計(jì)算平均功率，將計(jì)算得到的平均功率與理論的參考平均功率進(jìn)行比較，如果超過(guò)參考平均功率，則判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高。其中，N具體可取車輛往返的總站數(shù)。

④綜合超限判斷

該類方式中，步驟3)的具體步驟為：

3.1)每個(gè)制動(dòng)周期執(zhí)行時(shí)，獲取制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率并采集制動(dòng)電阻兩端的電壓，計(jì)算制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)阻值，判斷計(jì)算得到的實(shí)時(shí)阻值是否超過(guò)預(yù)設(shè)最大阻值，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行步驟3.1)，直至執(zhí)行完當(dāng)前制動(dòng)周期，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3.2)；

3.2)計(jì)算當(dāng)前制動(dòng)周期內(nèi)的實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗，并判斷實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗是否超過(guò)制動(dòng)電阻最苛刻工況下能耗，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行步驟3.1)；若執(zhí)行完指定個(gè)制動(dòng)周期，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3.3)；

3.3)計(jì)算制動(dòng)電阻消耗的平均功率，并判斷是否超過(guò)參考平均功率，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行步驟3.1)。

該類方式中，制動(dòng)電阻總能耗具體按式(10)計(jì)算得到，制動(dòng)電阻消耗的平均功率具體按式(11)計(jì)算得到，制動(dòng)電阻最苛刻工況的能耗具體通過(guò)制動(dòng)電阻的最苛刻吸收功率曲線獲得。

該類方式即是綜合前三種方式共同實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)電阻溫升狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，每個(gè)制動(dòng)周期執(zhí)行時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻的阻值判斷是否溫升過(guò)高，以及根據(jù)實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗判斷是否溫升過(guò)高，在執(zhí)行指定個(gè)制動(dòng)周期后再通過(guò)制動(dòng)電阻消耗平均功率判斷是否溫升過(guò)高，有效結(jié)合電阻超限判斷、制動(dòng)總能耗超限判斷以及平均能耗超限判斷三種方式的優(yōu)勢(shì)，對(duì)制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)電阻的溫升狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，從而能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)到制動(dòng)電阻是否發(fā)生溫升過(guò)高狀況。

獲取得到制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率后，可以通過(guò)上述任意一種方式監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻的溫升狀態(tài)，以判斷制動(dòng)電阻是否發(fā)生溫升過(guò)高狀態(tài)，當(dāng)然還可以采用其他方式監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻的溫升狀態(tài)。

如圖4所示，本實(shí)施例車載制動(dòng)電阻過(guò)流及溫升過(guò)高的監(jiān)測(cè)裝置，包括：

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)牽引系統(tǒng)制動(dòng)過(guò)程中直流側(cè)回饋功率、中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率，以及將交流側(cè)制動(dòng)產(chǎn)生的總功率折算至直流側(cè)得到的折算總功率；

功率獲取模塊，用于根據(jù)獲取到的所述直流側(cè)回饋功率、中間支撐電容存儲(chǔ)的制動(dòng)能量的功率以及折算總功率，得到制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)消耗功率；

判斷模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊得到的制動(dòng)電阻消耗功率，判斷制動(dòng)電阻是否發(fā)生過(guò)流、以及是否發(fā)生溫升過(guò)高。

本實(shí)施例中，判斷模塊包括過(guò)流判斷子模塊以及溫升過(guò)高判斷子模塊，溫升過(guò)高判斷子模塊包括：

電阻超限判斷單元，用于每個(gè)制動(dòng)周期執(zhí)行時(shí)，實(shí)時(shí)獲取的所述制動(dòng)電阻消耗功率并采集制動(dòng)電阻兩端的電壓，計(jì)算制動(dòng)電阻的實(shí)時(shí)阻值，判斷計(jì)算得到的實(shí)時(shí)阻值是否超過(guò)預(yù)設(shè)最大阻值，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行所述電阻超限判斷單元，直至執(zhí)行完當(dāng)前制動(dòng)周期，轉(zhuǎn)入執(zhí)行總能耗超限判斷單元；

總能耗超限判斷單元，用于計(jì)算當(dāng)前制動(dòng)周期內(nèi)實(shí)時(shí)的制動(dòng)電阻總能耗，并判斷實(shí)時(shí)制動(dòng)電阻總能耗是否超過(guò)制動(dòng)電阻最苛刻工況下能耗，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行電阻超限判斷單元；若執(zhí)行完指定制動(dòng)周期后，轉(zhuǎn)入執(zhí)行平均功率超限單元；

平均功率超限單元，用于計(jì)算制動(dòng)電阻消耗的平均功率，并判斷是否超過(guò)參考平均功率，如果是，判定制動(dòng)電阻溫升過(guò)高并退出，否則返回執(zhí)行電阻超限判斷單元。

本實(shí)施例判斷模塊通過(guò)電阻超限判斷單元、制動(dòng)總能耗超限判斷單元以及平均能耗超限判斷單元的配合執(zhí)行，能夠?qū)χ苿?dòng)過(guò)程中制動(dòng)電阻的溫升狀態(tài)執(zhí)行三種方式的全面監(jiān)測(cè)，從而能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)到制動(dòng)電阻是否發(fā)生溫升過(guò)高狀況。

如圖5所示，本實(shí)施例防止車載制動(dòng)電阻過(guò)流及溫升過(guò)高的保護(hù)方法，步驟包括：按照上述監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻，若監(jiān)測(cè)到發(fā)生過(guò)流或溫升過(guò)高，控制切斷制動(dòng)電阻并保持一個(gè)制動(dòng)周期。

如圖6所示，本實(shí)施例防止車載制動(dòng)電阻過(guò)流及溫升過(guò)高的保護(hù)系統(tǒng)包括上述監(jiān)測(cè)裝置以及保護(hù)控制裝置，監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻，若監(jiān)測(cè)到發(fā)生過(guò)流或溫升過(guò)高，保護(hù)控制裝置控制切斷制動(dòng)電阻并保持一個(gè)制動(dòng)周期。

本實(shí)施例通過(guò)在監(jiān)測(cè)到制動(dòng)電阻發(fā)生過(guò)流或溫升過(guò)高時(shí)，控制切斷制動(dòng)電阻并保持一個(gè)制動(dòng)周期，即控制切斷制動(dòng)電阻一個(gè)周期，使得制動(dòng)電阻的電流、溫升狀態(tài)能夠保持在正常范圍內(nèi)。

本實(shí)施例上述監(jiān)測(cè)方法、裝置和保護(hù)方法、裝置具體可通過(guò)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，以通過(guò)軟件方式控制監(jiān)測(cè)制動(dòng)電阻過(guò)流、溫升狀態(tài)，以及在過(guò)流、溫升過(guò)高時(shí)執(zhí)行保護(hù)，控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便且易于維護(hù)，同時(shí)可以省去電流傳感器、溫度傳感器等的硬件設(shè)計(jì)成本，提高系統(tǒng)的可靠性。

上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。