CN109444609B - 牵引变流器使用寿命预测方法及装置 - Google Patents

牵引变流器使用寿命预测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种牵引变流器使用寿命预测方法及装置，涉及牵引变流器使用寿命预测技术领域。该装置包括电流检测调理模块和数据处理控制模块；所述电流检测调理模块包括6个检测单元，分别检测流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流，并传递至数据处理控制模块；所述数据处理控制模块基于GM(2,1)预测模型，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的损伤度，并进行寿命预测。本发明实现了对牵引变流器中电子器件的老化水平评估和寿命预测，采用GM(2,1)预测模型构造了原始数据的二阶白化微分方程，增加了老化过程的拟合精度，降低了牵引变流器的寿命预测误差。

Description

牵引变流器使用寿命预测方法及装置
技术领域
本发明涉及牵引变流器使用寿命预测技术领域，尤其是涉及一种牵引变流器使用寿命预测方法及装置。
背景技术
混合动力动车组牵引变流器(Traction converter，简称TC)，主要包含网侧变流器(简称GCM)与牵引逆变器(简称TCM)两个子***。动车组牵引变流器中的电子器件基本体现了牵引变流器的老化水平，其老化规律在实际应用过程中具有类指数分布的基本规律。由于动车组客流量的增长经常呈现近似马太效应的弱指数规律，继而导致损伤的指数变化趋势呈现加速过程。因此，根据损伤程度的标幺值很容易构造一个非负准光滑序列，继而基于这个序列构建灰色模型，实现序列变化规律的拟合直至预测。
在基于灰色预测的过程中，对于呈现非指数增长或单一呈现单调递增与单调递减规律的原始数据，目前采用的GM(1,1)预测模型(灰色模型，简称GM模型，GM(1,1)模型表示1阶的、1个变量的微分方程模型)进行长效预测时误差较大，且随着时间的增长误差逐渐增加。因此，动车组牵引变流器中电子器件的寿命预测误差还有待降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种牵引变流器使用寿命预测方法及装置，该装置实现了对牵引变流器中电子器件的老化水平评估和寿命预测，不需破坏牵引变流器的既定组成部件，也不影响动车组的正常运营，采用GM(2,1)预测模型构造了原始数据的二阶白化微分方程，增加了老化过程的拟合精度，降低了牵引变流器的寿命预测误差。
第一方面，本发明实施例提供了一种牵引变流器使用寿命预测装置，包括：电流检测调理模块和数据处理控制模块；
所述电流检测调理模块包括6个检测单元，分别检测流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流，并传递至数据处理控制模块；
所述数据处理控制模块基于GM(2,1)预测模型，根据所述流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的损伤度，并进行寿命预测。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述装置还包括电源模块；
所述电源模块分别为电流检测调理模块和数据处理控制模块供电。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述检测单元包括电流传感器、调理电路；
所述电流传感器测量穿过所述电流传感器的电线的老化电流；
所述电流传感器的输出端连接所述调理电路的输入端；
所述调理电路的输出端连接所述数据处理控制模块。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述数据处理控制模块包括DSP和报警电路；
所述DSP的引脚5-10分别连接所述电流检测调理模块的6个检测单元；
所述DSP基于GM(2,1)预测模型，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的的损伤度，并进行寿命预测。
第二方面，本发明实施例还提供一种牵引变流器使用寿命预测方法，应用于如第一方面所述的数据处理控制模块，包括：
接收所述电流检测调理模块发送的流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW；
将流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW的模拟信号转换为数字信号；
基于GM(2,1)预测模型，根据获得的流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的的损伤度，并进行寿命预测。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述基于GM(2,1)预测模型，根据获得的流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的的损伤度，并进行寿命预测，具体包括：
根据实验计算获得所述电子器件损坏前总的工况循环次数Nf与流经所述电子器件的老化电流Ieq的映射关系：Nf＝f(Ieq)；
根据以下算式计算所述电子器件的损伤度
其中，Di＝Ni/Nfi是第i天承受的累积损伤值，Ni是第i天经历的实际工况循环次数，根据Nfi＝f(Ieqi)计算得到Nfi，Ieqi是第i天获得的流经所述电子器件的老化电流；
以预设周期采样获得所述电子器件的老化电流，检测所述电子器件的损伤规律累积值，基于采样前连续时域得到的所述电子器件的损伤度，建立二阶微分方程，并计算获得所述电子器件的预期寿命。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，根据以下算式计算所述电子器件的老化电流Ieq：
其中，X可取A、B、C、U、V或W。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
所述损伤度为1时，所述电子器件损坏，所述牵引变流器使用寿命预测装置对外报警。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，根据以下算式计算所述电子器件的老化电流Ieq：
其中，iGi是第i个采样点流过所述电子器件的晶体管的电流，iDi是第i个采样点流过所述电子器件的续流二极管的电流，Np是一个工况循环内电子器件的导通关断状态的计数。
第三方面，本发明实施例提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行如第二方面所述的方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供了一种牵引变流器使用寿命预测方法及装置。该装置包括电流检测调理模块和数据处理控制模块；所述电流检测调理模块包括6个检测单元，分别检测流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流，并传递至数据处理控制模块；所述数据处理控制模块基于GM(2,1)预测模型，根据所述流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的损伤度，并进行寿命预测。该装置实现了对牵引变流器中电子器件的老化水平评估和寿命预测，不需破坏牵引变流器的既定组成部件，也不影响动车组的正常运营，采用GM(2,1)预测模型构造了原始数据的二阶白化微分方程，增加了老化过程的拟合精度，降低了牵引变流器的寿命预测误差。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种牵引变流器使用寿命预测装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种混合动力动车组牵引变流器的主回路拓扑图；
图3为本发明实施例提供的一种牵引变流器使用寿命预测装置的电源模块电路图；
图4为本发明实施例提供的一种牵引变流器使用寿命预测装置的电流检测调理模块电路图；
图5为本发明实施例提供的一种牵引变流器使用寿命预测装置的数据处理控制模块电路图；
图6为本发明实施例三提供的电子设备结构图。
图标：11-电源模块；111-第一电源转换单元；112-第二电源转换单元；113-第三电源转换单元；114-第四电源转换单元；115-第五电源转换单元；116-第六电源转换单元；12-电流检测调理模块；T1～T6-电流传感器；13-数据处理控制模块；4-电子设备；41-处理器；42-存储器；43-通信接口；44-总线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前采用的GM(1,1)预测模型，对牵引变流器进行长效预测时误差较大，且随着时间的增长误差逐渐增加。基于此，本发明实施例提供的一种牵引变流器使用寿命预测方法及装置，可以应用于对动车组牵引变流器的老化水平评估和寿命预测。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种牵引变流器使用寿命预测装置进行详细介绍，
实施例一：
本发明实施例提供了一种牵引变流器使用寿命预测装置，如图1所示，该装置包括：电源模块11、电流检测调理模块12和数据处理控制模块13。
混合动力动车组牵引变流器的主回路拓扑如图2所示。iA、iB、iC为牵引变流器中的网侧变流器(GCM)的输入电流，GCM的输入侧接入柴电动力包的输出电压eA～eC，iU、iV、iW为牵引变流器中的牵引逆变器(TCM)的输出电流，Udc为中间直流环节电压，R1～R3为GCM网侧的等效电阻，L1～L3为GCM网侧的等效电容，TCM后接4台并联驱动的牵引电动机工作。TC的主回路由12个IGBT模块组成，每一个IGBT模块(也就是上述的电子器件)是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)和FWD(续流二极管芯片)组成，分属于GCM和TCM两个子***，为简化拓扑，图2中未列出制动能量吸收元件。
如图3所示，电源模块11的输入端连接+110V/-110V直流电源，输出端输出+5V/-5V、+15V1/-15V1、+15V2/-15V2、+3V/-3V、+3.3V/-3.3V或+1.8V/-1.8V直流电压(简称，DC)。电源模块还包括第一电源转换单元111、第二电源转换单元112、第三电源转换单元113、第四电源转换单元114、第五电源转换单元115和第六电源转换单元116。
第一电源转换单元111将+110V/-110V直流电压转换为+5V/-5V直流电压，其中-5VDC接信号地，图中用三角形表示。第一电源转换单元111的+5V/-5V直流电压输出端与第四电源转换单元114、第五电源转换单元115和第六电源转换单元116分别相连。
第二电源转换单元112将+110V/-110V直流电压转换为+15V/-15V直流电压，其中-15V1DC接信号地。第三电源转换单元113将+110V/-110V直流电压转换为+15V/-15V直流电压，其中+15V2DC接信号地。
第四电源转换单元114将+5V/-5V直流电压转换为+3V/-3V直流电压。第五电源转换单元115将+5V/-5V直流电压转换为+3.3V/-3.3V直流电压。第六电源转换单元116将+5V/-5V直流电压转换为+1.8V/-1.8V直流电压，其中-3V、-3.3V和-1.8V DC分别接信号地。
如图4所示，电流检测调理模块12包括6个检测单元，分别检测流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流，并传递至数据处理控制模块13。每个检测单元都包括电流传感器T1～T6和调理电路。牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC母线和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW母线分别依次穿过电流传感器T2～T7。使电流传感器T2～T7分别检测牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW。电流传感器T1～T6的+/-电源端分别连接电源模块的+15V1/-15V2直流电压输出端，T1～T6的M输出端连接调理电路。6个检测单元的调理电路相同，调理电路中的信号地用三角形表示，当RX2＝RX3时，UX2＝0.5*(3+UX1)；此外，UX3＝UX2，运放AX1主要起隔离作用，并提高UX2与AX2之间的等效阻抗；当RX4＝RX6时，UX4＝(RX5/RX4)*UX3，其中X可取A、B、C、U、V或W。调理电路的的输出端分别用ADin1～ADin6标号，并连接至数据处理控制模块13。
数据处理控制模块13基于GM(2,1)预测模型，根据流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的损伤度，并进行寿命预测。
如图5所示，数据处理控制模块13包括DSP和报警电路。DSP包括11个引脚，引脚1和引脚2分别连接电源模块11的+3.3V/-3.3V直流电压输出端，引脚3和引脚4分别连接电源模块11的+1.8V/-1.8V直流电压输出端。引脚5-10用ADin1～ADin6标号，并分别对应连接至电流调理模块12的6个检测单元的调理电路输出端ADin1～ADin6，以获取检测到的牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW。
DSP引脚11的GPIOA0口连接报警电路，引脚11连接报警器G1的输入下端，报警器G1的输入上端通过限流电阻R1接入+3.3V直流电源；G1的输出上端接入修正后的级位信号输出端子PWMOUT，PWMOUT通过上拉电阻R2接入+110VDC电源，G1的输出端下端接入-110VDC电源。
ADin1～ADin6分别连接至DSP中的AD转换器的6路采样通道，以便将牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW的模拟信号转换为数字信号。DSP再基于GM(2,1)预测模型，根据流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的损伤度，并进行寿命预测，计算得到电子器件的预期寿命时间。当电子器件(该电子器件为图2中的IGBT模块，包括晶体管和续流二极管)的损伤度达到1时，也就是电子器件已经损坏，DSP会将电子器件损坏的报警信号发送至报警电路，使装置对外报警，以便提示用户。
本发明实施例提供了一种牵引变流器使用寿命预测装置，该装置实现了对牵引变流器中电子器件的老化水平评估和寿命预测，不需破坏牵引变流器的既定组成部件，也不影响正常运营，精确计算了牵引变流器目前的老化程度(损伤度)，采用GM(2,1)预测模型构造了原始数据的二阶白化微分方程，增加了老化过程的拟合精度，降低了牵引变流器的寿命预测误差。
实施例二：
本发明实施例提供了一种牵引变流器使用寿命预测方法，应用于实施例一提供的数据处理控制模块，该方法包括以下步骤：
S101：接收电流检测调理模块发送的流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW。
数据处理控制模块DSP中的AD转换器的6路采样通道，分别接收电流检测调理模块发送的流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW。
S102：将流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW的模拟信号转换为数字信号。
数据处理控制模块DSP中的AD转换器将流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW的模拟信号转换为数字信号，作为检测电子器件损坏程度和寿命预测的依据。
S103：基于GM(2,1)预测模型，根据获得的流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的的损伤度，并进行寿命预测。
本申请中的牵引变流器的电子器件是如图2所示的12个IGBT模块，每一个IGBT模块由一个晶体管和续流二极管组成。例如，IGBT模块G12由图2中的晶体管Q12和续流二极管D12组成，以此类推，IGBT模块G62由图2中的晶体管Q62和续流二极管D62组成。对于牵引变流器的每个电子器件，其使用寿命和其通过的老化电流之间存在一一映射关系。
根据实验计算获得电子器件损坏前经历的总的工况循环次数Nf与流经电子器件的老化电流Ieq的映射关系：Nf＝f(Ieq)。列车的牵引-惰行-制动为一个工况循环。
例如，本实施例提供了通过实验测试得到的Nf与Ieq的映射关系：
在列车牵引-惰行-制动的一个工况循环内，根据以下算式可以计算得到对应电子器件的老化电流有效值：
其中，iGi是第i个采样点流过电子器件的晶体管的电流，iDi是第i个采样点流过电子器件的续流二极管的电流，Np是一个工况循环内电子器件的导通关断状态的计数。
还可以根据以下算式计算得到对应电子器件的老化电流有效值：
其中，X可取A、B、C、U、V或W。iX为电流检测调理模块检测到的流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW，也就是对应的电子器件所在相的电流有效值。
考虑GCM与TCM中全部电子器件，检测GCM的三相输入(A,B,C)与TCM的三相输出(U,V,W)，并对每个桥臂(例如，G11和G12组成了第一个桥臂)分别建立老化水平预测模型。此时Ieq是对应的桥臂的老化电流。桥臂的老化电流与电子器件的老化电流值相等。需要指出的是，由于每个桥臂均由两个电子器件组成，因此任意一个电子器件的老化电流均可认为是本桥臂的老化电流。类似的Ieq共计6个，分别对应GCM的三相输入与TCM的三相输出。
根据以下算式计算电子器件的损伤度
其中，Di＝Ni/Nfi是第i天承受的累积损伤值，Ni是第i天经历的实际工况循环次数，根据Nfi＝f(Ieqi)计算得到Nfi，Ieqi是第i天获得的流经电子器件的老化电流。损伤度为1时认为电子器件已经损坏，牵引变流器使用寿命预测装置对外报警。
以预设周期采样获得电子器件的老化电流，检测电子器件的损伤规律累积值，基于采样前连续时域得到的电子器件的损伤度，建立二阶微分方程，并计算获得电子器件的预期寿命。
列车的损伤规律累积值检测以一定间隔下的采样值为基础。假定序列X(k)为待测的离散序列(其采样间隔可以为1月、1年，也可以是若干年)，灰色预测模型的建立过程如下：
对原始采样序列进行1-AGO累加，形成新的序列：
X(1)＝X(0)d1＝{X(1)(1),X(1)(2)，...，X(1)(n)}
其中，d1为累加算子，并且
通过1-AGO累加，可以理解X(1)为灰量数据X的白化数据。也就是说从给定间隔的列车运行数据中通过累积提取出其损伤数据的共性规律加以研究。
X(0)的一次累减结果序列为：
X(0)d2＝{X(1)(1)d2,X(1)(2)d2，...，X(1)(n)d2}
M(0)(k)d2＝M(0)(k)-M(0)(k-1)
其中，d2为累减算子。
通过X(0)可以构造以下算式所示的紧邻均值序列：
X(0)(k)d3＝0.5X(1)(k)+0.5X(1)(k-1)
其中，d3为紧邻均值算子。GM(2,1)算法的实质就是针对1-AGO序列采样前的时域连续信息，建立以下算式所示的二阶常系数线性微分方程：
其中，α1～α3为微分方程的待定系数，可以通过最小二乘法基于M(1)的离散采样值进行拟合。上述二阶常系数线性微分方程中的连续时域解很难通过处理器的离散计算过程获得相应的数值解。将其左右两边在一个采样间隔(k-1)Ts～kTs内积分后近似，可得：
依据最小二乘法可得：
(β1 β2 β3)＝(ATA)-1ATB
根据矩阵A和B可以求解得到β1～β3，再将β1～β3带入如下算式：
求解得到的差分方程，可以得到H(0)(k)的以k为变量的时间序列表达式，k对应于第k个采样间隔。设采样间隔为Ts，若当前时刻距离开始采样的时间间隔为MTs，则k＝M+1、k＝M+2…，M点之后H(0)(k)的值就是计算出的损伤累积值。
当H(0)(k)＝1时，累积损伤到100％，电子器件已经损坏，求解此时的k值，若k＝λ，则电子器件的预期寿命为λTs。
本发明实施例提供的牵引变流器使用寿命预测方法，与上述实施例一提供的牵引变流器使用寿命预测装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
实施例三：
本发明实施例提供的一种电子设备，如图6所示，电子设备4包括处理器41、存储器42，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例二提供的方法的步骤。
参见图4，电子设备还包括：总线44和通信接口43，处理器41、通信接口43和存储器42通过总线44连接。处理器41用于执行存储器42中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器42可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口43(可以是有线或者无线)实现该***网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线44可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器42用于存储程序，所述处理器41在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器41中，或者由处理器41实现。
处理器41可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器41中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器41可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等。还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器42，处理器41读取存储器42中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
实施例四：
本发明实施例提供的一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述实施例二提供的方法。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种牵引变流器使用寿命预测装置，其特征在于，包括：电流检测调理模块和数据处理控制模块；
所述电流检测调理模块包括6个检测单元，分别检测流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流，并传递至数据处理控制模块；
所述数据处理控制模块基于GM(2,1)预测模型，根据所述流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的损伤度，并进行寿命预测；
所述基于GM(2,1)预测模型，根据所述流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的损伤度，并进行寿命预测，包括：
根据实验计算获得所述电子器件损坏前总的工况循环次数Nf与流经所述电子器件的老化电流Ieq的映射关系：Nf＝f(Ieq)；
根据以下算式计算所述电子器件的损伤度
其中，Di＝Ni/Nfi是第i天承受的累积损伤值，Ni是第i天经历的实际工况循环次数，根据Nfi＝f(Ieqi)计算得到Nfi，Ieqi是第i天获得的流经所述电子器件的老化电流；
以预设周期采样获得所述电子器件的老化电流，检测所述电子器件的损伤规律累积值，基于采样前连续时域得到的所述电子器件的损伤度，建立二阶微分方程，并计算获得所述电子器件的预期寿命。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电源模块；
所述电源模块分别为电流检测调理模块和数据处理控制模块供电。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测单元包括电流传感器、调理电路；
所述电流传感器测量穿过所述电流传感器的电线的老化电流；
所述电流传感器的输出端连接所述调理电路的输入端；
所述调理电路的输出端连接所述数据处理控制模块。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述数据处理控制模块包括DSP和报警电路；
所述DSP的引脚5-10分别连接所述电流检测调理模块的6个检测单元；
所述DSP基于GM(2,1)预测模型，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的损伤度，并进行寿命预测。
5.一种牵引变流器使用寿命预测方法，应用于如权利要求1-4任一项所述牵引变流器使用寿命预测装置的数据处理控制模块，其特征在于，包括：
接收所述电流检测调理模块发送的流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW；
将流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW的模拟信号转换为数字信号；
基于GM(2,1)预测模型，根据获得的流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的损伤度，并进行寿命预测；
所述基于GM(2,1)预测模型，根据获得的流经牵引变流器中网侧变流器电子器件的三相输入老化电流iA、iB、iC和牵引逆变器电子器件的三相输出老化电流iU、iV、iW，计算网侧变流器的每一相电子器件和牵引逆变器的每一相电子器件的损伤度，并进行寿命预测，具体包括：
根据实验计算获得所述电子器件损坏前总的工况循环次数Nf与流经所述电子器件的老化电流Ieq的映射关系：Nf＝f(Ieq)；
根据以下算式计算所述电子器件的损伤度
其中，Di＝Ni/Nfi是第i天承受的累积损伤值，Ni是第i天经历的实际工况循环次数，根据Nfi＝f(Ieqi)计算得到Nfi，Ieqi是第i天获得的流经所述电子器件的老化电流；
以预设周期采样获得所述电子器件的老化电流，检测所述电子器件的损伤规律累积值，基于采样前连续时域得到的所述电子器件的损伤度，建立二阶微分方程，并计算获得所述电子器件的预期寿命。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据以下算式计算所述电子器件的老化电流Ieq：
其中，X可取A、B、C、U、V或W。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
所述损伤度为1时，所述电子器件损坏，所述牵引变流器使用寿命预测装置对外报警。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据以下算式计算所述电子器件的老化电流Ieq：
其中，iGi是第i个采样点流过所述电子器件的晶体管的电流，iDi是第i个采样点流过所述电子器件的续流二极管的电流，Np是一个工况循环内电子器件的导通关断状态的计数。
9.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求5至8任一所述方法。
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