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基于预充电模型与改进粒子群算法的直流支撑电容器参数辨识方法

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：孙潞吴宜霖伍珣中南大学交通运输工程学院

直流支撑电容器是变流器的关键部件之一，但由于温度、湿度、电压以及谐波等因素影响，其老化速度加快，不利于变流器的可靠运行。因此有必要对直流支撑电容器进行状态辨识，根据其健康状态选择不同的维护策略，进一步保障系统可靠性。... 详细信息

直流支撑电容器是变流器的关键部件之一，但由于温度、湿度、电压以及谐波等因素影响，其老化速度加快，不利于变流器的可靠运行。因此有必要对直流支撑电容器进行状态辨识，根据其健康状态选择不同的维护策略，进一步保障系统可靠性。目前已有较多学者对电容器状态辨识开展研究。但是，噪声对直流支撑电容器状态辨识的干扰问题尚未得到良好解决，容易导致显著的电容器参数辨识误差。针对上述问题，提出了一种基于预充电模型与改进粒子群算法的直流支撑电容器状态辨识方法。在不加装额外传感器的前提下，建立等效预充电模型，采集预充电过程的电压信号，利用改进粒子群算法在参数变化区间内搜索最优值，满足其损失函数值最小，进而对电容量进行计算。该方法原理简单，计算量小，可以有效避免算法收敛于局部最优解，在一定程度上解决了噪声干扰的问题。使用Matlab/Simulink平台进行仿真实验，结果表明该方法在较低采样频率下对噪声干扰下的电容状态辨识有较高精度，当采样频率为100Hz和50Hz时辨识误差小于1.5%，采样频率为20Hz和10Hz时小于3%。此外，该方法具有较好的抗噪声性能，在噪声方差σ2=3时辨识误差仍小于5%。随后，使用三组地铁实车数据验证了算法的可靠性，每组数据连续进行两次辨识，电容量辨识误差均小于1.8%。

关键词：电容器状态识别预充电模型粒子群算法牵引变流器

基于物理信息神经网络的牵引变流器直流支撑电容参数辨识方法

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电工技术学报 2024年第15期39卷 4654-4667页

作者：向超群尹雪瑶伍珣曹忠林刘元才中南大学交通运输工程学院长沙410075 天津轨道交通运营集团有限公司天津300000

为了解决车载牵引变流系统直流支撑电容器故障预测问题,该文提出一种基于物理信息神经网络的直流支撑电容器参数辨识方法。该方法只需要利用直流环节预充电过程的直流支撑电容器两端电压及采样频率,无需拟合曲线,无需严格对齐时间轴就... 详细信息

为了解决车载牵引变流系统直流支撑电容器故障预测问题,该文提出一种基于物理信息神经网络的直流支撑电容器参数辨识方法。该方法只需要利用直流环节预充电过程的直流支撑电容器两端电压及采样频率,无需拟合曲线,无需严格对齐时间轴就可以获得较为准确的电容参数辨识结果。与此同时,为了克服在采集数据时因条件所限造成的数据量稀疏与分布不均问题,该文利用循环一致性生成对抗网络算法增强数据,使该方法可以适用于同一拓扑下宽范围电容区间的电容容值预测,降低了模型训练要求。实验结果表明:在正常条件下,该方法的辨识相对误差约在1%以下,并且降低采样频率能够缓解信噪比对该方法的影响。该方法为解决直流支撑电容参数辨识问题提供了新思路。

关键词：直流支撑电容器参数辨识物理信息神经网络循环一致性生成对抗网络直流环节预充电工况

基于TimeGAN-GRU的镍镉蓄电池RUL预测

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：于天剑杨雨萌刘海涛伍珣代毅向超群中南大学交通运输工程学院中车株洲电力机车研究所有限公司

镍镉蓄电池广泛用作我国高速列车的辅助电源，其性能可靠性直接关系到高速列车行车安全。蓄电池剩余使用寿命是指其性能从当前状态退化至失效的时长或可充放电次数，是表征电池性能的重要指标。目前高速列车镉镍蓄电池寿命模型受限于小... 详细信息

镍镉蓄电池广泛用作我国高速列车的辅助电源，其性能可靠性直接关系到高速列车行车安全。蓄电池剩余使用寿命是指其性能从当前状态退化至失效的时长或可充放电次数，是表征电池性能的重要指标。目前高速列车镉镍蓄电池寿命模型受限于小样本数据而存在精确性和泛化性差的问题。因此从全新镍镉蓄电池寿命实验数据中提取电池退化特征，采取时序对抗生成网络对其进行增强从而提高数据规模和质量，并依据分类分数、预测分数、主成分分析、t-分布随机邻域嵌入分析方法对增强效果进行评价。其次，使用增强数据建立门控循环单元方法的高速列车镍镉蓄电池剩余使用寿命预测模型。最终，通过四级修镉镍蓄电池循环寿命实验数据进行不同预测起点验证，并对比时序对抗生成网络-门控循环单元融合模型、门控循环单元模型、长短期记忆模型的预测效果。研究结果表明：对于时序对抗生成网络数据增强效果，真实数据与模拟数据分布相近、平均绝对误差小，模拟数据质量较高；经四级修镍镉蓄电池数据验证的时序对抗生成网络-门控循环单元融合模型相比门控循环单元模型、长短期记忆模型，具有更高泛化性能和预测精度。研究结果针对高速列车镍镉蓄电池在小样本数据限制下建立了具有较好精确性和泛化性的剩余寿命预测模型，为保障高速列车行车安全和优化制定检修方案提供了参考。

关键词：蓄电池镍镉蓄电池剩余寿命预测时序对抗生成网络门控循环单元网络

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非侵入式机车主变压器绕组故障在线诊断方法

哈尔滨工业大学学报 2018年第3期50卷 143-149页

作者：田睿伍珣成庶付强陈特放中南大学信息科学与工程学院长沙410075 长沙理工大学能源与动力工程学院长沙410076

为在不改变电力机车系统原有结构的前提下实现对主变压器绕组故障的实时检测,提出一种基于分布参数模型的非侵入式交流机车主变压器绕组故障在线诊断方法.首先通过理论分析得到正常情况下主变压器的输入输出电压差ΔV与输入电流i_1之间... 详细信息

为在不改变电力机车系统原有结构的前提下实现对主变压器绕组故障的实时检测,提出一种基于分布参数模型的非侵入式交流机车主变压器绕组故障在线诊断方法.首先通过理论分析得到正常情况下主变压器的输入输出电压差ΔV与输入电流i_1之间关系ΔV-i_1是一个中心位于直角坐标系原点的斜椭圆轨迹,不同类型的绕组故障对应不同的ΔV-i_1轨迹.然后基于dSPACE实验平台对诊断方法进行了验证.实验结果表明:匝间短路时,随着短路百分比的增大,椭圆面积不断增大,离心率呈不断减小;轴向位移时,随着故障严重程度增加,离心率呈正上升趋势,而椭圆长、短轴及其面积呈下降趋势;盘间短路时,椭圆短轴减小,倾角变化明显.对比正常情况与故障情况下的ΔV-i_1轨迹差别,诊断方法可以准确识别多种绕组故障.

关键词：交流机车牵引变压器绕组故障在线监测数字滤波

基于输出电流轨迹的机车逆变器开路故障在线诊断方法

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电工技术学报 2017年第A02期32卷 87-95页

作者：伍珣陈特放成庶田睿仝力中南大学信息科学与工程学院长沙410075 中南大学交通运输工程学院长沙410075 中国铁道科学研究院机车车辆研究所北京100081

为了适应车载逆变器负载变化范围大的特点,兼容现有变流器的应用场合,保障行车安全,同时提高逆变器开路故障的检修效率,提出一种基于两相输出电流轨迹的功率管开路故障在线诊断方法。在三相基本平衡的情况下,用解析的方法推导得到两相... 详细信息

为了适应车载逆变器负载变化范围大的特点,兼容现有变流器的应用场合,保障行车安全,同时提高逆变器开路故障的检修效率,提出一种基于两相输出电流轨迹的功率管开路故障在线诊断方法。在三相基本平衡的情况下,用解析的方法推导得到两相电流合成的轨迹为笛卡尔坐标系下的一个椭圆,椭圆的倾角和离心率与电流幅值无关,其大小与电流幅值成正比。通过理论分析证明,对于单管开路故障和两管开路故障共21种故障类型,电流轨迹有21种不同的特征,对这些轨迹进行观测或辨识可以达到隔离故障的目的。同时,提出不受负载变化影响的故障定位方法。最后,利用d SPACE实验平台验证了该数学模型的准确性以及在线诊断方法的有效性。

关键词：故障诊断故障隔离开路故障逆变器输出电流

基于预充电模型与RSNA的直流支撑电容器电容量辨识方法

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铁道科学与工程学报 2023年第7期20卷 2664-2675页

作者：伍珣于天剑李凯迪田睿中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 深圳地铁集团广东深圳518040 国网湖南超高压变电公司湖南长沙410004

直流支撑电容器是牵引变流系统的关键器件,也是极易出现故障的电气部件。由于电压、充放电频率、温度等因素的影响,电容器的老化速度加快,其实际寿命与制造商手册中的数据相差很大。因此,有必要对直流支撑电容器状态进行辨识,从而保障... 详细信息

直流支撑电容器是牵引变流系统的关键器件,也是极易出现故障的电气部件。由于电压、充放电频率、温度等因素的影响,电容器的老化速度加快,其实际寿命与制造商手册中的数据相差很大。因此,有必要对直流支撑电容器状态进行辨识,从而保障列车牵引变流系统安全运行。目前,已有较多学者对电容器状态辨识开展研究。但是,铁路应用中的直流支撑电容器状态辨识噪声问题尚未得到很好的解决。在某些情况下,电压传感器测量噪声与电压纹波分量相近会导致直流支撑电容器状态辨识结果出现较大偏差。针对上述问题,提出一种基于预充电模型与递推随机牛顿法(RSNA)的直流支撑电容器电容量辨识方法。在利用现有电压传感器信号以及不对原有系统进行改动的前提下建立电容器预充电模型,采用RSNA算法对电容量进行参数辨识,可以有效抵御噪声干扰并实现电容量的准确估计。该方法原理简单、计算量小,不需要加装额外传感器,以较低的采样频率即可达到较高的计算精度。同时,该方法不易受信噪比(SNR)与信号偏移等的影响,具有较好的鲁棒性。验证结果表明,该方法在正常情况下的辨识误差可以控制在3%以内,在信噪比为35 dB时仍然可以保持在5%左右,当信号偏移达到±10 V时可以保持在3%左右。

关键词：电容器状态辨识预充电模型 RSNA

一种基于VSG控制的光伏电站对多机系统的低频振荡自适应控制策略

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第8期53卷 2920-2931页

作者：周昕怡成庶伍珣饶新亮刘畅赵俊栋中南大学交通运输工程学院湖南长沙410083 国网长沙供电公司湖南长沙410035

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术在引入虚拟惯性与虚拟阻尼以提高系统稳定性的同时也继承了传统同步发电机的振荡特性,从而引起新的振荡。针对该问题,首先采用模式分析法与特征值分析法分别对VSG接入四机两区系... 详细信息

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术在引入虚拟惯性与虚拟阻尼以提高系统稳定性的同时也继承了传统同步发电机的振荡特性,从而引起新的振荡。针对该问题,首先采用模式分析法与特征值分析法分别对VSG接入四机两区系统前后振荡模式的变化以及VSG主要参数对系统低频振荡的影响进行分析。通过提高虚拟阻尼和减少虚拟惯性的方式提高区间振荡的阻尼比,从而使弱阻尼的区间振荡表现出局部振荡的高阻尼特性。在此基础上,采用基于广域信号控制的自适应虚拟惯性和广域阻尼稳定器的综合控制策略。以联络线上的功率监测信号作为控制输入,通过自适应虚拟惯性控制器与广域阻尼稳定器调整区间振荡阻尼以抑制联络线上的功率低频振荡,并通过DIgSILENT仿真对本方法进行验证。研究结果表明:该方法可以有效缩短低频振荡的持续时间,减少振荡的超调量,增强系统的稳定性。

关键词：虚拟同步发电机低频振荡模式分析阻尼自适应广域阻尼稳定器

基于连续变量量子通信的地铁量子调度网络研究

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铁道科学与工程学报 2022年第6期19卷 1521-1529页

作者：傅思良李凯迪于天剑伍珣深圳地铁运营集团有限公司广东深圳518040 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

地铁调度网络作为地铁运营系统的重要组成部分,是实现地铁系统中列车调度、实时监控和紧急通信等作业顺利进行的基础。针对地铁调度网络中调度信息的安全传输问题,提出一种基于量子通信技术的地铁调度信息的加密过程,以期实现调度信息... 详细信息

地铁调度网络作为地铁运营系统的重要组成部分,是实现地铁系统中列车调度、实时监控和紧急通信等作业顺利进行的基础。针对地铁调度网络中调度信息的安全传输问题,提出一种基于量子通信技术的地铁调度信息的加密过程,以期实现调度信息的无条件安全传输,从而提升地铁系统中列车调度、实时监控和紧急通信等业务的安全性和保密性,保障广大乘客人身安全。考虑成本、数据规模以及量子系统与现有网络和器件的融合性,拟在地铁调度网络中采用增量部署和星型组网的方式开展基于连续变量的量子通信,分析其在集体攻击下的安全性。以深圳地铁10号线为例,设计一种基于CV-QKD技术的地铁量子调度网络。基于实际线路数据,计算部分站点之间通信的安全密钥率。仿真结果表明,连续变量量子通信能满足深圳地铁10号线全线的数据加密需求,并且有能力实现更远通信距离的调度信息安全传输。在通信距离较短的情况下,系统可使用较大的发送端信号方差或在接收端使用外差检测来实现更高的安全密钥率。相反,在长距离通信的情况下,接收端使用零差检测是性价比更高的选择。

关键词：地铁调度网络量子通信无条件安全连续变量

基于ESR的电解电容器在线故障诊断系统设计

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西北工业大学学报 2019年第3期37卷 594-600页

作者：安振华张桂新李凯迪伍珣成庶乔海洋中南大学自动化学院湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 优立科轨道交通技术有限公司吉林长春130000

ESR(等效串联电阻)是评估电解电容器健康状态的重要指标之一,而由于电解电容器结构特殊性,ESR值很难直接测量。为了实时监测电解电容器的健康状态,建立了电解电容器等效模型,分析并测试了ESR频率特性与温度特性,提出一种通过在线计算ES... 详细信息

ESR(等效串联电阻)是评估电解电容器健康状态的重要指标之一,而由于电解电容器结构特殊性,ESR值很难直接测量。为了实时监测电解电容器的健康状态,建立了电解电容器等效模型,分析并测试了ESR频率特性与温度特性,提出一种通过在线计算ESR评估电解电容器健康状态以实现在线故障诊断的方法。该方法将ESR实时计算值和初始值作比较,在同等工作条件下当前者相对于后者增加至一定数值时,可认为该电解电容器已失效,观测者可根据此机理及时进行更换处理。最后通过dSPACE半实物实验平台对新方法的有效性进行了实验验证。

关键词：电解电容器等效串联电阻(ESR) 在线故障诊断