CN106443241A - 一种车载制动电阻的监测方法、装置和保护方法、装置 - Google Patents

一种车载制动电阻的监测方法、装置和保护方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种车载制动电阻的监测方法、装置和保护方法、装置，该监测方法步骤包括：1)实时获取直流侧回馈功率、中间支撑电容的功率，以及将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧得到的折算总功率；2)根据直流侧回馈功率、中间支撑电容的功率以及折算总功率，得到制动电阻的实时消耗功率；3)判断制动电阻过流、温升状态；该监测装置包括实时监测模块、功率获取模块及判断模块；该保护方法按照上述监测方法实时监测制动电阻，发生过流、温升过高时，切断制动电阻并保持一个周期；该保护装置包括上述监测装置以及保护控制装置。本发明具有实现方法简单、所需成本低、能够减少***故障点、精度及可靠性高且便于维护等优点。

Description

一种车载制动电阻的监测方法、装置和保护方法、装置
技术领域
本发明涉及地铁车辆技术领域，尤其涉及一种车载制动电阻的监测方法、装置和保护方法、装置。
背景技术
地铁车辆的牵引***主要由高速断路器、充放电单元、滤波电抗器、中间支撑电容、逆变单元、斩波器、制动电阻以及控制单元构成，将供电的直流电逆变成三相电压、电流的频率可调交流电，给三相异步电机或永磁电机供电，以驱动列车前进。为尽量节省制动过程中闸瓦及轮对的磨耗，制动过程中会尽可能的使用电制动将动能转化为电能，再将电能反馈回电网。由于电网并不能吸收制动反馈的电能，因而电制动过程中网压会被抬升，为避免网压升高太高则会控制开通斩波回路，使得电机通过逆变器反馈的能量通过制动电阻以热的形式消耗掉。
地铁车辆中对于制动电阻过流的监测，目前通常是采用电流传感器直接测量斩波开通后流过制动电阻的电流值，但是该类方法中控制机箱需额外增设电流传感器以采集制动电阻电流，则同时需要增加数据采集通道及电流传感器的供电输出，而对实时采集的电流信息进行处理，还会增加处理器的负担。
地铁车辆作为快速交通车辆，需要不停的启动和停止，每次停车过程中大部分采用电制动，而几乎绝大部分电制动反馈的能量都会消耗在制动电阻上，所以为了避免制动电阻温升过高，目前通常是在制动电阻的电阻带附近增设温度继电器，当温度高于某个值时，继电器动作，控制***关断斩波回路，取消电制动、恢复闸瓦制动。通过增设温度继电器监测制动电阻的温升状态，一方面，设置温度继电器需要增加硬件成本，所需实现的成本高；另一方面，如上所述，列车制动的能量绝大部分都是通过制动电阻产生的热量耗散掉，制动电阻一直工作在温度较高的状态，所以温度继电器工作的温度环境也极其恶劣，其老化速度较快，因而实际中的故障率较高，这会影响***的稳定可靠性，同时还会进一步增加故障点；另外温度继电器需埋在电阻带上，维护也不方便。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、所需成本低、能够减少***故障点、精度及可靠性高且便于维护的车载制动电阻的监测方法、装置和保护方法、装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种车载制动电阻的监测方法，步骤包括：
1)实时获取目标牵引***制动过程中直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率，以及将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧得到的折算总功率；
2)根据获取到的所述直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率以及折算总功率，得到制动电阻的实时消耗功率；
3)根据所述步骤2)得到的制动电阻的实时消耗功率，判断制动电阻的过流、温升状态。
作为本发明监测方法的进一步改进，所述步骤2)中具体按照下式计算得到制动电阻的实时消耗功率；
Pr＝Pm-Pz-PC；
其中，Pr为制动电阻的实时消耗功率，Pm为将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧得到的折算总功率，Pz为直流侧回馈功率，PC为中间支撑电容存储的制动能量的功率，且Pz在直流侧电流为回馈方向时为正、直流侧电流为与回馈方向相反的方向时为负，PC在中间支撑电容两端的电压增加时为正、中间支撑电容两端的电压降低时为负。
作为本发明监测方法的进一步改进，所述折算总功率的获取步骤为：
预先根据牵引***中齿轮转换效率、电机转换效率以及交流侧转化为直流侧的转化效率，得到将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧的转化效率；
实时获取电机制动产生的总功率，按照下式折算得到所述折算总功率；
Pm＝Pb×η；
其中，Pb为电机制动产生的总功率，η将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧的转化效率。
作为本发明监测方法的进一步改进，所述电机制动产生的总功率具体通过实时采集目标牵引***中电机的力矩T以及转速n，并按下式计算得到；
Pb＝FV；
F＝T×n×i/r；
V＝3.6×D×π×n/60/i；
其中，F为产生折算到轮周的力，V为电机的线速度，i为列车齿轮传动比，r为列车的轮半径，η为转化效率，D为列车的轮直径，n为电机个数；
作为本发明监测方法的进一步改进：所述直流侧回馈功率具体通过实时采集目标牵引***中的中间支撑电容两端的电压U、以及牵引***直流侧电流I获取得到，所述直流侧回馈功率的计算公式为：
Pz＝UI；
所述中间支撑电容存储的制动能量的功率，具体通过实时采集目标牵引***中能量变化前中间支撑电容两端的电压Uc0、以及能量变化后中间支撑电容两端的电压Uc1获取得到，所述中间支撑电容存储的制动能量的功率计算公式为：
PC＝1/2C△Uc2；
△Uc2＝1/2Uc1 2-1/2Uc0 2；
其中，C为中间支撑电容的电容值，△Uc2为能量变化前后中间支撑电容两端的电压平方差。
作为本发明监测方法的进一步改进，所述步骤3)中判断制动电阻是否发生过流的具体步骤为：实时采集制动电阻两端的电压，根据采集到的电压值以及所述步骤2)得到的制动电阻消耗功率，计算出实时流过制动电阻的电流，由计算得到的电流值判断制动电阻是否发生过流。
作为本发明监测方法的进一步改进：所述步骤3)中具体实时采集制动电阻两端的电压，并根据得到的所述制动电阻的实时消耗功率计算制动电阻的实时阻值，由计算得到的实时阻值判断制动电阻是否温升过高；或所述步骤3)中具体根据得到的所述制动电阻的实时消耗功率，计算每个制动周期内的实时制动电阻总能耗，并与制动电阻最苛刻工况下能耗进行比较，判断制动电阻是否温升过高；或所述步骤3)中具体根据得到的所述制动电阻的实时消耗功率，计算指定个制动周期内制动电阻消耗的平均功率，并与参考平均功率进行比较，判断制动电阻是否温升过高。
作为本发明监测方法的进一步改进，所述步骤3)的具体步骤为：
3.1)每个制动周期执行时，获取所述制动电阻的实时消耗功率并采集制动电阻两端的电压，计算制动电阻的实时阻值，判断计算得到的实时阻值是否超过预设最大阻值，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行步骤3.1)，直至执行完当前制动周期，转入执行步骤3.2)；
3.2)计算当前制动周期内的实时制动电阻总能耗，并判断所述实时制动电阻总能耗是否超过制动电阻最苛刻工况下能耗，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行步骤3.1)；若执行完指定个制动周期，转入执行步骤3.3)；
3.3)计算制动电阻消耗的平均功率，并判断是否超过参考平均功率，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行步骤3.1)。
作为本发明监测方法的进一步改进，所述制动电阻总能耗的计算公式为：
Wr为t0至t1时刻的制动电阻总能耗，Pm为所述制动产生的总功率折算至直流侧所得到的制动总功率，Pz为直流侧回馈功率，PC为中间支撑电容功率；
所述制动电阻消耗的平均功率的计算公式为：
其中Wr1为t0至t1时刻的制动电阻消耗的平均功率；
作为本发明监测方法的进一步改进：所述制动电阻最苛刻工况的能耗具体通过制动电阻的最苛刻吸收功率曲线获得。
一种车载制动电阻的监测装置，包括：
实时监测模块，用于实时获取目标牵引***制动过程中直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率，以及将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧得到的折算总功率；
功率获取模块，用于根据获取到的所述直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率以及折算总功率，得到制动电阻的实时消耗功率；
判断模块，用于根据所述实时监测模块得到的制动电阻消耗功率，判断制动电阻是否发生过流、以及是否发生温升过高。
作为本发明监测装置的进一步改进，所述判断模块包括过流判断子模块以及温升过高判断子模块，所述温升过高判断子模块包括：
电阻超限判断单元，用于每个制动周期执行时，获取所述制动电阻的实时消耗功率并采集制动电阻两端的电压，计算制动电阻的实时阻值，判断计算得到的实时阻值是否超过预设最大阻值，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行所述电阻超限判断单元，直至执行完当前制动周期，转入执行总能耗超限判断单元；
总能耗超限判断单元，用于计算当前制动周期内的实时制动电阻总能耗，并判断所述实时制动电阻总能耗是否超过制动电阻最苛刻工况下能耗，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行电阻超限判断单元；若执行完指定制动周期后，转入执行平均功率超限单元；
平均功率超限单元，用于计算制动电阻消耗的平均功率，并判断是否超过参考平均功率，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行所述电阻超限判断单元。
本发明进一步提供一种车载制动电阻的保护方法，步骤包括：按照上述监测方法监测制动电阻，若监测到发生过流或温升过高，控制切断制动电阻并保持一个制动周期，以防止制动电阻发生过流或温升过高。
本发明进一步提供一种车载制动电阻的保护***，包括上述监测装置以及保护控制装置，所述监测装置实时监测制动电阻，若监测到发生过流或温升过高，所述保护控制装置控制切断制动电阻并保持一个制动周期，以防止制动电阻发生过流或温升过高。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明利用牵引***中制动能量产生、消耗关系以及能量守恒原理，通过将交流侧功率折算到直流侧，从而基于直流侧功率获取得到制动电阻的实时消耗功率，由制动电阻的实时消耗功率同时判断制动电阻的过流、温升状态，实现方法简单，无需增设电流传感器、温度传感器等辅助设备，所需成本低且能够减少传感器等的故障点，且基于制动电阻消耗功率能获取准确、可靠的过流及温升监测结果，同时便于进行维护；
2)本发明进一步利用牵引***中现有结构，结合实时易于获取到的制动产生的总功率、直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率计算得到制动电阻消耗功率，实现过程简单，所需处理的数据少，且无需额外对制动电阻设置电流、温度采集设备，能够有效减少所需的成本以及故障点；
3)本发明进一步只需通过实时制动反馈的能量及加在制动电阻两端的电压即可间接得出实时流过制动电阻的电流值，从而监测制动电阻是否发生过流，无需增设电流传感器直接实时监测流过制动电阻的电流，实现方法简单，能够减少监测成本且监测精度高；
4)本发明进一步综合三种方式共同实现对制动电阻温升状态的监测，每个制动周期执行时，通过监测制动电阻的阻值判断是否温升过高，以及由实时制动电阻总能耗判断是否温升过高，在执行指定个制动周期后再通过制动电阻平均功率判断是否温升过高，有效结合电阻超限判断、制动总能耗超限判断以及平均功率超限判断三种方式的优势，对制动过程中制动电阻的温升状态进行全面监测，从而能够及时、准确的监测到制动电阻是否发生温升过高状况。
附图说明
图1是本实施例车载制动电阻的监测方法的实现流程示意图。
图2是典型的地铁车辆中牵引***的主电路的结构原理示意图。
图3是本实施例中制动能量构成的原理示意图。
图4是本实施例中车载制动电阻过流及温升过高的监测装置的结构原理示意图。
图5是本实施例中车载制动电阻的保护方法的实现流程示意图。
图6是本实施例中车载制动电阻的保护***的结构原理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例车载制动电阻的监测方法步骤包括：
1)实时获取目标牵引***制动过程中直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率，以及将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧得到的折算总功率；
2)根据获取到的直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率以及折算总功率，得到制动电阻的实时消耗功率；
3)根据步骤2)得到的制动电阻消耗功率，判断制动电阻的过流、温升状态。
地铁车辆中牵引***的主电路如图2所示，主要包括前端充电单元、滤波电抗器、中间支撑电容、斩波单元、逆变单元以及制动电阻，其中充电单元在列车刚上电牵引时，通过先闭合充电接触器，再待电容电压上升到一定值时闭合短接接触器，以防止电容充电电流过大；滤波电抗器配合中间支撑电容起滤波的作用；逆变单元在牵引工况时，将直流逆变成电压、电流的频率可调交流电给牵引电动机供电，制动工况时，则通过逆变单元的控制将列车机械能通过电机发电转化成电能，从而产生了电制动力。通过逆变单元可以控制电机牵引及制动力矩的大小，从而控制整车牵引力及制动力的大小。
制动电阻主要用于制动工况，由于制动时为了尽量减少空气制动(闸瓦制动)，会尽可能的发挥电制动，电制动产生的电能则首先会使得中间支撑电容两端电压(中间电压)上升，网压也紧随其上升，当中间电压(或网压)上升至一定值时，控制开通斩波单元的开关元器件，使得电制动产生的能量会从制动电阻以热量的形式散到空气中；当中间电压(或网压)下降至一定值时，控制关断斩波单元的开关元器件，中间电压(或网压)重新上升到一定值时，再控制开通斩波回路，整个电制动过程按上述过程循环执行。
如上所述，电机制动过程中产生的总能量首先给中间支撑电容充电，使得中间支撑电容电压上升，并将能量反馈给直流侧电网，当中间支撑电容电压过高时，则通过开通斩波管，将制动能量及中间支撑电容的部分能量通过制动电阻消耗掉。本实施例基于牵引***的现有结构，利用牵引***中上述能量产生、消耗关系以及能量守恒原理，通过将交流侧能量折算至直流侧，结合直流侧回馈功率以及中间支撑电容存储的制动能量的功率获取得到制动电阻消耗功率，由制动电阻消耗功率同时判断制动电阻的过流、温升状态，实现方法简单，无需增设温度传感器等辅助设备，所需成本低，能够减少温度传感器等的故障点，且基于制动电阻消耗功率能获取准确、可靠的过流和温升监测结果，同时便于进行维护。
本实施例基于上述分析，如图3所示，将制动电阻消耗能量(制动电阻吸收能量)表示为：
制动电阻消耗能量＝制动产生的总能量(折算至直流侧)-中间支撑电容存储能量变化值-直流侧回馈的能量；
其中，中间支撑电容存储的能量可能为正也可能为负，当电压增加时能量为正，当电压降低时能量为负；
直流侧回馈的能量也可能为正、也可能为负，当电流为回馈方向时能量为正，当相反方向能量为负。
本实施例中，步骤1)中关系模型的表达式即为：
Pr＝Pm-Pz-PC (1)
其中，Pr为制动电阻消耗功率，Pm为将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧得到的折算总功率，Pz为直流侧回馈功率，PC为中间支撑电容存储的制动能量的功率；且Pz在直流侧电流为回馈方向时为正、直流侧电流为与回馈方向相反的方向时为负，PC在中间支撑电容两端的电压增加时为正、中间支撑电容两端的电压降低时为负。
通过如(1)所示，能够由交流侧的电机制动能量，反向折算出直流侧能量，从而获取得到制动电阻的实时消耗能量，以基于实时制动电阻消耗能量判断制动电阻的过流、温升状态，有效利用了制动能量产生及消耗原理，实现操作简单，无需增设辅助检测设备且可靠性高。
本实施例中，折算总功率的获取步骤为：
预先根据牵引***中齿轮转换效率、电机转换效率以及交流侧转化为直流侧的转化效率，得到将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧的转化效率；
实时获取电机制动产生的总功率，按照式(2)折算得到折算总功率；
Pm＝Pb×η (2)
其中，Pb为电机制动产生的总功率，η将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧的转化效率。
将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧时，具体需要经过牵引***中齿轮转换、电机转换以及交流侧转化为直流侧过程，本实施例具体由齿轮转换效率、电机转换效率以及交流侧转化为直流侧的转化效率相乘，即得到折算至直流侧的转化效率η，获取得到电机制动产生的总功率后按照式(2)即可折算得到直流侧功率。
本实施例中，电机制动产生的总功率具体通过实时采集目标牵引***中电机的力矩T以及转速n，并按式(3)、(4)、(5)计算得到；
Pb＝FV (3)
F＝T×N×i/r (4)
V＝3.6×D×π×n/60/i (5)
其中，Pb为电机制动产生的总功率，F为产生折算到轮周的力，V为电机的线速度，i为列车齿轮传动比，r为列车的轮半径，D为列车的轮直径，N为电机个数。当然制动产生的总功率具体还可以采用其他方式计算获取。
直流侧回馈功率具体通过实时采集目标牵引***中的中间支撑电容两端的电压U、以及牵引***直流侧电流I获取得到，直流侧回馈功率的计算公式为：
Pz＝UI (6)
中间支撑电容存储的制动能量的功率，具体通过实时采集目标牵引***中中间支撑电容两端的电压U获取得到，所述中间支撑电容存储的制动能量的功率计算公式为：
PC＝1/2C△U2 (7)
其中，C为中间支撑电容的电容值，△U2为能量变化前后中间支撑电容两端的电压平方差。
本实施例中，中间支撑电容两端的电压U具体可通过牵引***中现有的中间支撑电容两端电压传感器实时采集得到，直流侧电流I具体可通过牵引***中现有的直流侧电流传感器实时采集得到；则利用牵引***中现有结构，结合实时易于获取到的电机力矩T以及转速n，利用公式(1)～(7)即可计算得到制动电阻消耗功率Pr，实现过程简单，所需处理的数据少，且无需额外对制动电阻设置电流、温度采集设备，能够有效减少所需的成本以及故障点。
本实施例中，步骤3)中判断制动电阻是否发生过流的具体步骤为：实时采集制动电阻两端的电压，根据采集到的电压值以及步骤2)得到的制动电阻消耗功率，计算出实时流过制动电阻的电流，由计算得到的电流值判断是否发生过流。
实时流过制动电阻的电流Ir计算表达式为：
Ir＝Pr/Ur (8)
其中Ur为制动电阻两端的电压，Pr为制动电阻消耗功率Pr。
采用上述方法，只需通过实时制动反馈的能量及加在制动电阻两端的电压即可间接得出实时流过制动电阻的电流值，从而监测制动电阻是否发生过流，无需增设电流传感器直接实时监测流过制动电阻的电流，实现方法简单且监测精度高。
本实施例步骤3)中具体可通过以下几种方式监测制动电阻的温升状态：
①电阻阻值超限判断
实时采集制动电阻两端的电压，并根据得到的制动电阻的实时消耗功率按式(9)计算制动电阻的实时阻值R，由计算得到的实时阻值R判断制动电阻是否发生温升过高。
R＝Pr/Ur 2 (9)
电阻值随温度的升高而增大，该类方式计算得到实时阻值R后，与预设的最大阻值进行比较，若超过预设的最大阻值，则判定制动电阻温升过高。最大阻值具体在设计前期可以根据线路条件进行仿真模拟运算确定。
②总能耗超限判断
制动过程中，按上述方法实时获取制动电阻消耗功率，根据得到的制动电阻的实时消耗功率，按式(9)计算每个制动周期内的实时制动电阻总能耗，并与制动电阻最苛刻工况下能耗进行比较，判断制动电阻是否发生温升过高。
其中，Wr为t0至t1时刻的制动电阻总能耗，Pm为制动产生的总功率折算至直流侧所得到的制动总功率，Pz为直流侧回馈功率，PC为中间支撑电容功率，Pm、Pz、PC计算公式如(2)～(7)所示。
该类方式每个制动周期内实时计算得到制动电阻总能耗后，与制动电阻最苛刻工况的能耗进行比较，若制动电阻总能耗超过制动电阻最苛刻工况的能耗，则判定制动电阻温升过高。制动电阻最苛刻工况的能耗具体可通过制动电阻的最苛刻吸收功率曲线获得，即将每个制动周期内计算得到的实时制动电阻总能耗与制动电阻的最苛刻吸收功率曲线进行比较，以判断制动电阻温升状态。
③平均功率超限判断
根据得到的制动电阻的实时消耗功率，按照式(11)计算指定个制动周期内制动电阻消耗的平均功率，并与参考平均功率进行比较，判断制动电阻是否发生温升过高。
其中Wr1为t0至t1时刻的制动电阻消耗的平均功率，Pm、Pz、PC计算公式如(2)～(7)所示。
该类方式在车辆运行时记录每次启车及停车间的时间间隔，以及按上述方法计算得到的每个制动周期内制动电阻消耗总能量，记录得到N组数据后计算平均功率，将计算得到的平均功率与理论的参考平均功率进行比较，如果超过参考平均功率，则判定制动电阻温升过高。其中，N具体可取车辆往返的总站数。
④综合超限判断
该类方式中，步骤3)的具体步骤为：
3.1)每个制动周期执行时，获取制动电阻的实时消耗功率并采集制动电阻两端的电压，计算制动电阻的实时阻值，判断计算得到的实时阻值是否超过预设最大阻值，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行步骤3.1)，直至执行完当前制动周期，转入执行步骤3.2)；
3.2)计算当前制动周期内的实时制动电阻总能耗，并判断实时制动电阻总能耗是否超过制动电阻最苛刻工况下能耗，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行步骤3.1)；若执行完指定个制动周期，转入执行步骤3.3)；
3.3)计算制动电阻消耗的平均功率，并判断是否超过参考平均功率，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行步骤3.1)。
该类方式中，制动电阻总能耗具体按式(10)计算得到，制动电阻消耗的平均功率具体按式(11)计算得到，制动电阻最苛刻工况的能耗具体通过制动电阻的最苛刻吸收功率曲线获得。
该类方式即是综合前三种方式共同实现对制动电阻温升状态的监测，每个制动周期执行时，通过监测制动电阻的阻值判断是否温升过高，以及根据实时制动电阻总能耗判断是否温升过高，在执行指定个制动周期后再通过制动电阻消耗平均功率判断是否温升过高，有效结合电阻超限判断、制动总能耗超限判断以及平均能耗超限判断三种方式的优势，对制动过程中制动电阻的温升状态进行全面监测，从而能够及时、准确的监测到制动电阻是否发生温升过高状况。
获取得到制动电阻的实时消耗功率后，可以通过上述任意一种方式监测制动电阻的温升状态，以判断制动电阻是否发生温升过高状态，当然还可以采用其他方式监测制动电阻的温升状态。
如图4所示，本实施例车载制动电阻过流及温升过高的监测装置，包括：
实时监测模块，用于实时获取目标牵引***制动过程中直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率，以及将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧得到的折算总功率；
功率获取模块，用于根据获取到的所述直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率以及折算总功率，得到制动电阻的实时消耗功率；
判断模块，用于根据实时监测模块得到的制动电阻消耗功率，判断制动电阻是否发生过流、以及是否发生温升过高。
本实施例中，判断模块包括过流判断子模块以及温升过高判断子模块，温升过高判断子模块包括：
电阻超限判断单元，用于每个制动周期执行时，实时获取的所述制动电阻消耗功率并采集制动电阻两端的电压，计算制动电阻的实时阻值，判断计算得到的实时阻值是否超过预设最大阻值，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行所述电阻超限判断单元，直至执行完当前制动周期，转入执行总能耗超限判断单元；
总能耗超限判断单元，用于计算当前制动周期内实时的制动电阻总能耗，并判断实时制动电阻总能耗是否超过制动电阻最苛刻工况下能耗，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行电阻超限判断单元；若执行完指定制动周期后，转入执行平均功率超限单元；
平均功率超限单元，用于计算制动电阻消耗的平均功率，并判断是否超过参考平均功率，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行电阻超限判断单元。
本实施例判断模块通过电阻超限判断单元、制动总能耗超限判断单元以及平均能耗超限判断单元的配合执行，能够对制动过程中制动电阻的温升状态执行三种方式的全面监测，从而能够及时、准确的监测到制动电阻是否发生温升过高状况。
如图5所示，本实施例防止车载制动电阻过流及温升过高的保护方法，步骤包括：按照上述监测方法监测制动电阻，若监测到发生过流或温升过高，控制切断制动电阻并保持一个制动周期。
如图6所示，本实施例防止车载制动电阻过流及温升过高的保护***包括上述监测装置以及保护控制装置，监测装置实时监测制动电阻，若监测到发生过流或温升过高，保护控制装置控制切断制动电阻并保持一个制动周期。
本实施例通过在监测到制动电阻发生过流或温升过高时，控制切断制动电阻并保持一个制动周期，即控制切断制动电阻一个周期，使得制动电阻的电流、温升状态能够保持在正常范围内。
本实施例上述监测方法、装置和保护方法、装置具体可通过软件设计实现，以通过软件方式控制监测制动电阻过流、温升状态，以及在过流、温升过高时执行保护，控制实现简便且易于维护，同时可以省去电流传感器、温度传感器等的硬件设计成本，提高***的可靠性。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (14)

1.一种车载制动电阻的监测方法，其特征在于，步骤包括：
1)实时获取目标牵引***制动过程中直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率，以及将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧得到的折算总功率；
2)根据获取到的所述直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率以及所述折算总功率，得到制动电阻的实时消耗功率；
3)根据所述步骤2)得到的制动电阻的实时消耗功率，判断制动电阻的过流、温升状态。
2.根据权利要求1所述的车载制动电阻的监测方法，其特征在于，所述步骤2)中具体按照下式计算得到制动电阻的实时消耗功率；
Pr＝Pm-Pz-PC；
其中，Pr为制动电阻的实时消耗功率，Pm为将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧得到的折算总功率，Pz为直流侧回馈功率，PC为中间支撑电容存储的制动能量的功率，且Pz在直流侧电流为回馈方向时为正、直流侧电流为与回馈方向相反的方向时为负，PC在中间支撑电容两端的电压增加时为正、中间支撑电容两端的电压降低时为负。
3.根据权利要求2所述的车载制动电阻的监测方法，其特征在于，所述折算总功率的获取步骤为：
预先根据牵引***中齿轮转换效率、电机转换效率以及交流侧转化为直流侧的转化效率，得到将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧的转化效率；
实时获取电机制动产生的总功率，按照下式折算得到所述折算总功率；
Pm＝Pb×η；
其中，Pb为制动产生的总功率，η将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧的转化效率。
4.根据权利要求3所述的车载制动电阻的监测方法，其特征在于，所述电机制动产生的总功率具体通过实时采集制动时电机的力矩T以及转速n，并按下式计算得到；
Pb＝FV；
F＝T×N×i/r；
V＝3.6×D×π×n/60/i；
其中，F为折算到轮周的力，V为电机的线速度，i为列车齿轮传动比，r为列车的轮半径，D为列车的轮直径，N为电机个数。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的车载制动电阻的监测方法，其特征在于，
所述直流侧回馈功率具体通过实时采集目标牵引***中的中间支撑电容两端的电压U、以及牵引***直流侧电流I获取得到，所述直流侧回馈功率的计算公式为：
Pz＝UI；
所述中间支撑电容存储的制动能量的功率，具体通过实时采集目标牵引***中能量变化前中间支撑电容两端的电压Uc0、以及能量变化后中间支撑电容两端的电压Uc1获取得到，所述中间支撑电容存储的制动能量的功率计算公式为：
PC＝1/2C△Uc2；
△Uc2＝1/2Uc1 2-1/2Uc0 2；
其中，C为中间支撑电容的电容值，△Uc2为能量变化前后中间支撑电容两端的电压平方差。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的车载制动电阻的监测方法，其特征在于，所述步骤3)中判断制动电阻是否发生过流的具体步骤为：实时采集制动电阻两端的电压，根据采集到的电压值以及所述步骤2)得到的制动电阻消耗功率，计算出实时流过制动电阻的电流，由计算得到的电流值判断制动电阻是否发生过流。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的车载制动电阻的监测方法，其特征在于，所述步骤3)中具体实时采集制动电阻两端的电压，并根据得到的所述制动电阻的实时消耗功率计算制动电阻的实时阻值，由计算得到的实时阻值判断制动电阻是否温升过高；或所述步骤3)中具体根据得到的所述制动电阻的实时消耗功率，计算每个制动周期内的制动电阻实时总能耗，并与制动电阻最苛刻工况下能耗进行比较，判断制动电阻是否温升过高；或所述步骤3)中具体根据得到的所述制动电阻的实时消耗功率，计算指定个制动周期内制动电阻消耗的平均功率，并与参考平均功率进行比较，判断制动电阻是否温升过高。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述的车载制动电阻的监测方法，其特征在于，所述步骤3)的具体步骤为：
3.1)每个制动周期执行时，获取所述制动电阻的实时消耗功率并采集制动电阻两端的电压，计算制动电阻的实时阻值，判断计算得到的实时阻值是否超过预设最大阻值，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行步骤3.1)，直至执行完当前制动周期，转入执行步骤3.2)；
3.2)计算当前制动周期内的实时制动电阻总能耗，并判断所述实时制动电阻总能耗是否超过制动电阻最苛刻工况下能耗，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行步骤3.1)；若执行完指定个制动周期，转入执行步骤3.3)；
3.3)计算制动电阻消耗的平均功率，并判断是否超过参考平均功率，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行步骤3.1)。
9.根据权利要求8所述车载制动电阻的监测方法，其特征在于，所述制动电阻总能耗的计算公式为：
W r = ∫ t 0 t 1 ( P m - P z - P C ) d t ;
Wr为t0至t1时刻的制动电阻总能耗，Pm为所述制动产生的总功率折算至直流侧所得到的制动总功率，Pz为直流侧回馈功率，PC为中间支撑电容功率；
所述制动电阻消耗的平均功率的计算公式为：
W r 1 = ∫ t 0 t 1 ( P m - P z - P C ) d t / ( t 1 - t 0 ) ;
其中Wr1为t0至t1时刻的制动电阻消耗的平均功率。
10.根据权利要求9所述的车载制动电阻的监测方法，其特征在于：所述制动电阻最苛刻工况的能耗具体通过制动电阻的最苛刻吸收功率曲线获得。
11.一种车载制动电阻的监测装置，其特征在于，包括：
实时监测模块，用于实时获取目标牵引***制动过程中直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率，以及将交流侧制动产生的总功率折算至直流侧得到的折算总功率；
功率获取模块，用于根据获取到的所述直流侧回馈功率、中间支撑电容存储的制动能量的功率以及折算总功率，得到制动电阻的实时消耗功率；
判断模块，用于根据所述实时监测模块得到的制动电阻消耗功率，判断制动电阻是否发生过流、以及是否发生温升过高。
12.根据权利要求11所述的监测装置，其特征在于，所述判断模块包括过流判断子模块以及温升过高判断子模块，所述温升过高判断子模块包括：
电阻超限判断单元，用于每个制动周期执行时，获取所述制动电阻的实时消耗功率并采集制动电阻两端的电压，计算制动电阻的实时阻值，判断计算得到的实时阻值是否超过预设最大阻值，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行所述电阻超限判断单元，直至执行完当前制动周期，转入执行总能耗超限判断单元；
总能耗超限判断单元，用于计算当前制动周期内的实时制动电阻总能耗，并判断所述实时制动电阻总能耗是否超过制动电阻最苛刻工况下能耗，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行电阻超限判断单元；若执行完指定制动周期后，转入执行平均功率超限单元；
平均功率超限单元，用于计算制动电阻消耗的平均功率，并判断是否超过参考平均功率，如果是，判定制动电阻温升过高并退出，否则返回执行所述电阻超限判断单元。
13.一种车载制动电阻的保护方法，其特征在于，步骤包括：按照权利要求1～10中任意一项所述的监测方法监测制动电阻，若监测到发生过流或温升过高，控制切断制动电阻并保持一个制动周期，以防止制动电阻发生过流或温升过高。
14.一种车载制动电阻的保护***，其特征在于包括权利要求11或12所述的监测装置以及保护控制装置，所述监测装置实时监测制动电阻，若监测到发生过流或温升过高，所述保护控制装置控制切断制动电阻并保持一个制动周期，以防止制动电阻发生过流或温升过高。
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