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摘要：逆变器是动车组上不可或缺的部件，而逆变器故障又是列车运行过程中不可避免的问题，为了能够快速有效的确定失效逆变器的故障点，最大限度上降低逆变器出现故障的概率，通过将数学建模与逆变器工作机制相结合的方式，制定相应逆变器模型，模拟逆变器工作状态，从而更加快速、准确地确定故障点，解决问题。
关键词：动车组；逆变器；故障诊断
一、逆变器简介
动车组所使用的逆变器通常是指三电平逆变器，该类型逆变器在实际应用中以脉宽调制技术为主，通过特定的控制信号来调节12个IGBT与12个二极管之间的相互作用，从而实现逆变器内直流线路和交流线路之间的相互转换。该类型逆变器在实际使用中，工作人员常常会为了有效降低逆变器内所承受的电压应力而将其内部结构中的二极管以并联的方式进行设置，将传统的两电平结构调整为三电平结构，大幅度降低逆变器内的谐波信号，从而有效提高逆变器系统运行的稳定性[1]。
二、故障分析
（一）诊断原理
当逆变器出现故障问题时，工作人员首先需要对其故障原因进行诊断，其主要诊断原理是将逆变器的内部结构元件作为标准，制定相应的逆变器模型，并且在创建逆变器模型时需要尽可能地确保模型与实体之间数据比例的一致性。具体诊断流程如下：第一，建立逆变器处于正常工作状态下的故障元件模型；第二，将故障元件模型放入诊断系统中并且进行并行工作；第三，计算和判断逆变器实体与所创建的模型在并行工作中所输出的功率表是否具有一致性；第四，对故障发生的具体位置进行明确，并且对其进行标识[2]。从本质上来看，动车组逆变器故障的诊断方法主要采用的是将逆变器进行不同工作状态之间的切换，找出该逆变器在不同运行状态下所对应的离散事件发生的概率，并且在此基础上采用残差分析的方式对逆变器的故障器件进行明确。
（二）诊断模型
1.模型建立
以某动车组所应用的逆变器为例，其处于正常运行的状态中时，工作人员可以采用常见的数学模型对逆变器的开启和关闭两种工作状态进行准确地描述。以Sa、Sb、Sc来表示逆变器数学模型中三相功率所表现出的三种不同的工作状态，以S1-S12来表示上述我们所提到的逆变器模型中12个不同的IGBT，而与其相并联的二极管则由D1-D12来表示。由于该逆变器的数学模型是以三相对称的形式所呈现的，因此工作人员可以选择该数学模型中的某一特定的桥臂来进行详细分析[3]。以Sa桥臂电路为例，该逆变器的数据模型在Sa相位处的桥臂电路运行状态如表1所示。
2.故障建模
上述工作人员所建立的数学模型主要是表现逆变器在正常工作状态下的工作状态，为了可以加强对逆变器故障的判断效果，工作人员需要在上述模型的基础上再建立故障模型，通过这种方式来进一步提高工作人员对逆变器所可能会出现故障诊断的准确性。仍然以逆变器处于Sa相位时的故障状态为例，工作人员需要先将该相位中逆变器所可能发生的故障类型进行归类划分，其中逆变器处于单管开路时可能会发生4种运行故障，而逆变器处于双管开路时则会出现3种运行故障，如表2所示。
（三）故障定位
当建立好逆变器的故障模型之后，工作人员便可以针对该类型逆变器的故障类型进行具体位置的确定。具体流程如下：第一，将逆变器所创设的数学模型中涉及到的全部识别量以狀态向量的形式进行标识；第二，按照上述逆变器数学模型统计表中的数据信息统计结果，我们可以将状态向量设置为U，且U1-Un标识该逆变器中所发生的不同故障问题对于的数学模型；第三，以Sa相位为例，架设n为5，则Sa相位中所发生的逆变器故障类型有5中，当逆变器处于不同故障状态是，数学模型中的其他参数信息也会随之而发生相应地改变，帮助工作人员明确故障发生的具体原因和位置；第四，当数学模型中所测定的残差值与正常运行状态下逆变器数学模型的残差值之间存在较大的差异性，我们可应用确定该阈值内一定发生了逆变器的运行故障。通过这种数学模型的检测方式不仅可以有效地提高逆变器运行故障诊断的效率，同时还可以大幅度提升该逆变器的故障维护质量水平，因此该诊断方式也得到了很多工作人员的认可和推广。
三、故障处理
故障诊断工作完成之后，工作人员便需要对诊断出的故障进行及时地处理，具体措施如下：第一，对于电源类的逆变器故障，工作人员可以先将DCU板进行拆除，对其内部的元器件使用性能进行检测，若元器件出现异常，可以对其进行更换或者维修，若元器件可以正常运行，则使用万用表对电源的芯片进行测定，所测电阻非常小时，则说明芯片内部结构已经受到损害，工作人员将电源芯片进行更换即可；第二，针对通讯类的逆变器故障，工作人员可以利用计算机对逆变器中的通信线路端口进行数据信息的传输，并且使用波形法对通信线路的输入和输出行为进行检测，通过这种方式来判断出该逆变器中通讯端口处器件的故障位置，并且对其进行更换处理。
四、结束语
为了更好地提高逆变器故障诊断工作的效率和质量，工作人员可以将逆变器与数学模型相结合，并且通过对逆变器在正常运行状态下与故障运行状态下所体现出的不同数据参数信息进行对比分析，来实现逆变器故障的快速诊断和定位，提高诊断效率。该技术虽然在实际应用中还存在一些不足之处，但是相信随着我国科学技术的高速发展，该故障诊断技术一定会不断地突破和进步，为我国交通行业的安全稳定运行奠定坚实的技术基础。
参考文献：
[1]胡轲珽，刘志刚，胡冉冉等.一种新型基于模型的动车组牵引逆变器开路故障诊断方法[J].铁道学报，2018，40（02）：131-138.
[2]嵇平平.动车组NPC三电平逆变器多模式故障诊断技术研究[D].上海：上海应用技术学院，2015：135-138.
[3]陈丹江，叶银忠，华容.基于波形实时分析的动车组三电平逆变器故障诊断技术[J].电工技术学报，2014，29（06）：106-113.
（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司）
关键词：动车组；逆变器；故障诊断
一、逆变器简介
动车组所使用的逆变器通常是指三电平逆变器，该类型逆变器在实际应用中以脉宽调制技术为主，通过特定的控制信号来调节12个IGBT与12个二极管之间的相互作用，从而实现逆变器内直流线路和交流线路之间的相互转换。该类型逆变器在实际使用中，工作人员常常会为了有效降低逆变器内所承受的电压应力而将其内部结构中的二极管以并联的方式进行设置，将传统的两电平结构调整为三电平结构，大幅度降低逆变器内的谐波信号，从而有效提高逆变器系统运行的稳定性[1]。
二、故障分析
（一）诊断原理
当逆变器出现故障问题时，工作人员首先需要对其故障原因进行诊断，其主要诊断原理是将逆变器的内部结构元件作为标准，制定相应的逆变器模型，并且在创建逆变器模型时需要尽可能地确保模型与实体之间数据比例的一致性。具体诊断流程如下：第一，建立逆变器处于正常工作状态下的故障元件模型；第二，将故障元件模型放入诊断系统中并且进行并行工作；第三，计算和判断逆变器实体与所创建的模型在并行工作中所输出的功率表是否具有一致性；第四，对故障发生的具体位置进行明确，并且对其进行标识[2]。从本质上来看，动车组逆变器故障的诊断方法主要采用的是将逆变器进行不同工作状态之间的切换，找出该逆变器在不同运行状态下所对应的离散事件发生的概率，并且在此基础上采用残差分析的方式对逆变器的故障器件进行明确。
（二）诊断模型
1.模型建立
以某动车组所应用的逆变器为例，其处于正常运行的状态中时，工作人员可以采用常见的数学模型对逆变器的开启和关闭两种工作状态进行准确地描述。以Sa、Sb、Sc来表示逆变器数学模型中三相功率所表现出的三种不同的工作状态，以S1-S12来表示上述我们所提到的逆变器模型中12个不同的IGBT，而与其相并联的二极管则由D1-D12来表示。由于该逆变器的数学模型是以三相对称的形式所呈现的，因此工作人员可以选择该数学模型中的某一特定的桥臂来进行详细分析[3]。以Sa桥臂电路为例，该逆变器的数据模型在Sa相位处的桥臂电路运行状态如表1所示。
2.故障建模
上述工作人员所建立的数学模型主要是表现逆变器在正常工作状态下的工作状态，为了可以加强对逆变器故障的判断效果，工作人员需要在上述模型的基础上再建立故障模型，通过这种方式来进一步提高工作人员对逆变器所可能会出现故障诊断的准确性。仍然以逆变器处于Sa相位时的故障状态为例，工作人员需要先将该相位中逆变器所可能发生的故障类型进行归类划分，其中逆变器处于单管开路时可能会发生4种运行故障，而逆变器处于双管开路时则会出现3种运行故障，如表2所示。
（三）故障定位
当建立好逆变器的故障模型之后，工作人员便可以针对该类型逆变器的故障类型进行具体位置的确定。具体流程如下：第一，将逆变器所创设的数学模型中涉及到的全部识别量以狀态向量的形式进行标识；第二，按照上述逆变器数学模型统计表中的数据信息统计结果，我们可以将状态向量设置为U，且U1-Un标识该逆变器中所发生的不同故障问题对于的数学模型；第三，以Sa相位为例，架设n为5，则Sa相位中所发生的逆变器故障类型有5中，当逆变器处于不同故障状态是，数学模型中的其他参数信息也会随之而发生相应地改变，帮助工作人员明确故障发生的具体原因和位置；第四，当数学模型中所测定的残差值与正常运行状态下逆变器数学模型的残差值之间存在较大的差异性，我们可应用确定该阈值内一定发生了逆变器的运行故障。通过这种数学模型的检测方式不仅可以有效地提高逆变器运行故障诊断的效率，同时还可以大幅度提升该逆变器的故障维护质量水平，因此该诊断方式也得到了很多工作人员的认可和推广。
三、故障处理
故障诊断工作完成之后，工作人员便需要对诊断出的故障进行及时地处理，具体措施如下：第一，对于电源类的逆变器故障，工作人员可以先将DCU板进行拆除，对其内部的元器件使用性能进行检测，若元器件出现异常，可以对其进行更换或者维修，若元器件可以正常运行，则使用万用表对电源的芯片进行测定，所测电阻非常小时，则说明芯片内部结构已经受到损害，工作人员将电源芯片进行更换即可；第二，针对通讯类的逆变器故障，工作人员可以利用计算机对逆变器中的通信线路端口进行数据信息的传输，并且使用波形法对通信线路的输入和输出行为进行检测，通过这种方式来判断出该逆变器中通讯端口处器件的故障位置，并且对其进行更换处理。
四、结束语
为了更好地提高逆变器故障诊断工作的效率和质量，工作人员可以将逆变器与数学模型相结合，并且通过对逆变器在正常运行状态下与故障运行状态下所体现出的不同数据参数信息进行对比分析，来实现逆变器故障的快速诊断和定位，提高诊断效率。该技术虽然在实际应用中还存在一些不足之处，但是相信随着我国科学技术的高速发展，该故障诊断技术一定会不断地突破和进步，为我国交通行业的安全稳定运行奠定坚实的技术基础。
参考文献：
[1]胡轲珽，刘志刚，胡冉冉等.一种新型基于模型的动车组牵引逆变器开路故障诊断方法[J].铁道学报，2018，40（02）：131-138.
[2]嵇平平.动车组NPC三电平逆变器多模式故障诊断技术研究[D].上海：上海应用技术学院，2015：135-138.
[3]陈丹江，叶银忠，华容.基于波形实时分析的动车组三电平逆变器故障诊断技术[J].电工技术学报，2014，29（06）：106-113.
（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司）