无接触网城轨车辆超级电容的故障诊断与寿命预测研究
发布时间：2021-04-22 02:48
随着城市交通拥堵和环境污染的日益加剧,具有绿色、环保、大运量等特点的无接触网城轨车辆成为城市公共交通的首选。目前无接触网城轨列车的主动力源主要有锂电池和超级电容两种,其中超级电容具有瞬时高功率、循环使用寿命长的优点,使得以超级电容作为主动力源的城轨列车具有更广泛的应用前景。作为储能系统重要组成部分的超级电容组,需要解决大量串联的超级电容单体电压不均衡的问题,且其工作环境恶劣,易发生故障,影响城轨列车的运行。因此,本文主要对超级电容组的均压,故障诊断和寿命预测三方面进行研究:（1）为减少超级电容的故障率,提高超级电容的使用寿命,提出一种带有首尾次序耦合阵列式磁集成变换器的超级电容组电压均衡策略,相较以往方法,采用模块化的设计思路,且其控制电路结构简单,在城轨列车这种大功率和高压场合使用效果较好,可以更好地解决车载超级电容串联均压的问题。（2）针对现有超级电容故障诊断方法参数识别难度高和采集数据量大的问题,提出一种基于主成分分析和二分K均值聚类的超级电容组故障诊断方法。首先,建立一种具有自学习能力的故障诊断模型,采用主成分分析法提取故障特征;其次,运用马氏距离法计算敏感阈值,从而对超级电容...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 背景与意义
1.2 超级电容均压控制的研究现状
1.3 超级电容故障诊断的研究现状
1.4 超级电容寿命预测的研究现状
1.4.1 基于模型的预测方法
1.4.2 基于数据驱动的预测方法
1.5 论文的主要研究内容
2 超级电容建模及其老化机理研究
2.1 超级电容模型
2.2 超级电容的老化机理研究
2.2.1 超级电容器的结构
2.2.2 超级电容器的老化机理
2.2.3 超级电容器老化的加速因子
2.2.4 超级电容的老化指标
2.3 小结
3 超级电容组均压研究
3.1 阵列式磁集成正激变换器超级电容均压方法
3.1.1 电路拓扑结构
3.1.2 均压分析
3.2 均压影响因素分析与变压器单元设计
3.3 均压仿真分析
3.4 小结
4 超级电容组故障检测研究
4.1 超级电容模组聚类
4.1.1 超级电容样本特征量
4.1.2 主成分分析法
4.1.3 二分K均值聚类算法
4.2 超级电容模组故障诊断
4.3 阈值求解
4.4 仿真验证
4.5 小结
5 超级电容的寿命预测研究
5.1 超级电容的寿命预测方法
5.2 等效热网络模型
5.3 雨流计数法
5.3.1 雨流计数法的原理
5.3.2 在线雨流算法的运用
5.4 寿命预测模型的建立
5.5 仿真验证
5.6 小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊C均值聚类和转子轴心轨迹特征的转子状态诊断[J]. 温广瑞,陈征,张志芬. 振动与冲击. 2019(15)
[2]新型城轨电车混合动力系统能量管理策略[J]. 高锋阳,张国恒,石岩,强国栋. 铁道学报. 2019(04)
[3]基于K均值和支持向量机的燃料电池在线自适应故障诊断[J]. 周苏,胡哲,文泽军. 同济大学学报(自然科学版). 2019(02)
[4]超级电容器容量寿命预测模型研究[J]. 许雪成,刘恒洲,卢向军,赵洋. 电源技术. 2019(02)
[5]超级电容器的老化趋势分析[J]. 张莉,时红雷. 电子测量与仪器学报. 2018(07)
[6]适用于器件级到系统级热仿真的IGBT传热模型[J]. 刘宾礼,罗毅飞,肖飞,汪波. 电工技术学报. 2017(13)
[7]实时雨流计数法及其在钴酸锂电池健康状态建模中的应用[J]. 宾洋,于静美,朱英凯,徐鸿飞,罗文广,朱书善. 中国电机工程学报. 2017(12)
[8]基于ANOVA的特征选择方法及其在齿轮箱故障诊断中的应用[J]. 赵海峰,高天驰. 内燃机与配件. 2017(06)
[9]基于动态阈值控制策略的城轨超级电容储能系统寿命优化研究[J]. 夏欢,杨中平,李旭阳,林飞,杨志鸿. 铁道学报. 2016(09)
[10]基于DBN的故障特征提取及诊断方法研究[J]. 赵光权,葛强强,刘小勇,彭喜元. 仪器仪表学报. 2016(09)
博士论文
[1]纯电动公交充电系统关键技术研究[D]. 牛利勇.北京交通大学 2009
[2]超级电容器储能应用于分布式发电系统的能量管理及稳定性研究[D]. 唐西胜.中国科学院研究生院（电工研究所） 2006
硕士论文
[1]基于马氏距离的PFCM算法的非线性系统故障诊断方法[D]. 康韦晓.哈尔滨工业大学 2016
[2]储能式城轨超级电容均压策略研究与充电系统研制[D]. 毛金勇.中南大学 2013
[3]IGBT功率模块寿命预测技术研究[D]. 鲁光祝.重庆大学 2012
[4]超级电容器组巡检系统的设计与实现[D]. 余清琴.华北电力大学（北京） 2011
[5]城市轨道交通车载超级电容储能系统控制策略的研究[D]. 王迅.北京交通大学 2010
[6]串联超级电容组参数测试及均衡技术研究[D]. 石晓宁.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3153005
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 背景与意义
1.2 超级电容均压控制的研究现状
1.3 超级电容故障诊断的研究现状
1.4 超级电容寿命预测的研究现状
1.4.1 基于模型的预测方法
1.4.2 基于数据驱动的预测方法
1.5 论文的主要研究内容
2 超级电容建模及其老化机理研究
2.1 超级电容模型
2.2 超级电容的老化机理研究
2.2.1 超级电容器的结构
2.2.2 超级电容器的老化机理
2.2.3 超级电容器老化的加速因子
2.2.4 超级电容的老化指标
2.3 小结
3 超级电容组均压研究
3.1 阵列式磁集成正激变换器超级电容均压方法
3.1.1 电路拓扑结构
3.1.2 均压分析
3.2 均压影响因素分析与变压器单元设计
3.3 均压仿真分析
3.4 小结
4 超级电容组故障检测研究
4.1 超级电容模组聚类
4.1.1 超级电容样本特征量
4.1.2 主成分分析法
4.1.3 二分K均值聚类算法
4.2 超级电容模组故障诊断
4.3 阈值求解
4.4 仿真验证
4.5 小结
5 超级电容的寿命预测研究
5.1 超级电容的寿命预测方法
5.2 等效热网络模型
5.3 雨流计数法
5.3.1 雨流计数法的原理
5.3.2 在线雨流算法的运用
5.4 寿命预测模型的建立
5.5 仿真验证
5.6 小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊C均值聚类和转子轴心轨迹特征的转子状态诊断[J]. 温广瑞,陈征,张志芬. 振动与冲击. 2019(15)
[2]新型城轨电车混合动力系统能量管理策略[J]. 高锋阳,张国恒,石岩,强国栋. 铁道学报. 2019(04)
[3]基于K均值和支持向量机的燃料电池在线自适应故障诊断[J]. 周苏,胡哲,文泽军. 同济大学学报(自然科学版). 2019(02)
[4]超级电容器容量寿命预测模型研究[J]. 许雪成,刘恒洲,卢向军,赵洋. 电源技术. 2019(02)
[5]超级电容器的老化趋势分析[J]. 张莉,时红雷. 电子测量与仪器学报. 2018(07)
[6]适用于器件级到系统级热仿真的IGBT传热模型[J]. 刘宾礼,罗毅飞,肖飞,汪波. 电工技术学报. 2017(13)
[7]实时雨流计数法及其在钴酸锂电池健康状态建模中的应用[J]. 宾洋,于静美,朱英凯,徐鸿飞,罗文广,朱书善. 中国电机工程学报. 2017(12)
[8]基于ANOVA的特征选择方法及其在齿轮箱故障诊断中的应用[J]. 赵海峰,高天驰. 内燃机与配件. 2017(06)
[9]基于动态阈值控制策略的城轨超级电容储能系统寿命优化研究[J]. 夏欢,杨中平,李旭阳,林飞,杨志鸿. 铁道学报. 2016(09)
[10]基于DBN的故障特征提取及诊断方法研究[J]. 赵光权,葛强强,刘小勇,彭喜元. 仪器仪表学报. 2016(09)
博士论文
[1]纯电动公交充电系统关键技术研究[D]. 牛利勇.北京交通大学 2009
[2]超级电容器储能应用于分布式发电系统的能量管理及稳定性研究[D]. 唐西胜.中国科学院研究生院（电工研究所） 2006
硕士论文
[1]基于马氏距离的PFCM算法的非线性系统故障诊断方法[D]. 康韦晓.哈尔滨工业大学 2016
[2]储能式城轨超级电容均压策略研究与充电系统研制[D]. 毛金勇.中南大学 2013
[3]IGBT功率模块寿命预测技术研究[D]. 鲁光祝.重庆大学 2012
[4]超级电容器组巡检系统的设计与实现[D]. 余清琴.华北电力大学（北京） 2011
[5]城市轨道交通车载超级电容储能系统控制策略的研究[D]. 王迅.北京交通大学 2010
[6]串联超级电容组参数测试及均衡技术研究[D]. 石晓宁.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3153005
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