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风机叶片防雷系统故障检测与定位方法

风机叶片防雷系统故障检测与定位方法

作者：李宏博华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

作为一种重要的新能源发电形式,风力发电受到了世界各国的广泛关注。随着风力发电在全球范围内的飞速发展,陆上风机和海上风机不断朝着大型化方向前进,由此引发的雷击灾害问题愈加明显,雷击事故频发造成了大量的电能浪费和巨额的经济损... 详细信息

作为一种重要的新能源发电形式,风力发电受到了世界各国的广泛关注。随着风力发电在全球范围内的飞速发展,陆上风机和海上风机不断朝着大型化方向前进,由此引发的雷击灾害问题愈加明显,雷击事故频发造成了大量的电能浪费和巨额的经济损失,严重制约了风电场的发展。风机叶片由于特殊的位置和结构,成为了雷击最容易发生的地方,良好的叶片防雷系统在一定程度上为风机的安全运行提供了有力保障。然而,风机的运行条件和工作环境较为恶劣,雷电流的多次冲击和不可避免的老化问题使得风机叶片防雷系统可能出现断裂故障,导致整个风机防雷系统失效而难以保护风机免受雷击。目前,基于测量防雷通道电阻的传统检测方法存在操作难度大、无法定位故障等缺点,而当下关于检测方法的研究开展较少,且研究成果仍难以在风电场中普遍应用。因此,针对风机叶片防雷系统故障检测与定位方法展开深入研究,为风电场检测工作提供新理论与新方法,对推进风力发电具有重要意义。基于注入脉冲反射定位原理,借助理论分析和仿真手段,分析了纳秒脉冲在风机叶片防雷系统多分支结构中的传播特性,提出了风机叶片防雷系统多分支结构中故障反射波的识别方法,通过识别故障反射波实现了故障检测与定位。进一步通过搭建风机叶片防雷系统断裂故障模拟实验平台,在仿真基础上结合实验模拟,针对风机叶片防雷系统可能出现的分支断裂故障和主引下线断裂故障,开展了多次故障模拟实验,充分验证了所提方法对于检测和定位风机叶片防雷系统断裂故障的有效性与可行性。为产生可满足风机叶片防雷系统故障检测与定位需求的纳秒脉冲,基于Marx电路脉冲发生原理,设计并研制了专用纳秒脉冲发生装置。利用DSP控制电路编程产生了脉宽可调的初始纳秒脉冲;通过设计光耦隔离电路对信号进行转换,实现了控制电路与其它电路的电气隔离;通过设计Marx电路及其MOSFET驱动电路,在负载上得到了脉宽和幅值可调的纳秒脉冲;以12V可充电电池为总电源设计了纳秒脉冲发生装置的供电电路,通过对电压进行转换满足了各电路的电能需求。经测试,该纳秒脉冲发生装置可产生脉宽和幅值均满足需求的纳秒脉冲。借助LabVIEW软件的图形化语言程序设计优势,设计并开发了风机叶片防雷系统故障检测与定位系统,实现硬件装置与软件方法的结合。通过设计波形采集程序,控制系统中的示波器完成波形采集并存储波形数据;通过设计融合小波处理和光滑处理的波形处理程序,实现采集波形的自动处理;通过设计故障诊断程序,利用处理后的波形自动诊断风机叶片防雷系统有无断裂故障。该风机叶片防雷系统故障检测与定位系统涵盖了纳秒脉冲发生、波形采集、波形处理与故障诊断功能,可直接应用到风电场现场的检测工作中。

关键词：风力发电机叶片防雷系统故障检测与定位脉冲反射定位

基于反电动势残差的永磁同步电机匝间短路故障检测与定位

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基于反电动势残差的永磁同步电机匝间短路故障检测与定位

作者：王雅宁西安理工大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其功率密度高、响应速度快等优点,已在多个工业领域中得到广泛应用。电机工作时定子绕组常常会受到过电压、高温、振动磨损等影响,容易导致定子绕组绝缘漆破损并引发定子绕组... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其功率密度高、响应速度快等优点,已在多个工业领域中得到广泛应用。电机工作时定子绕组常常会受到过电压、高温、振动磨损等影响,容易导致定子绕组绝缘漆破损并引发定子绕组匝间短路(Inter-Turm Short Circuit,ITSC)故障。若未及时发现并处理匝间短路故障容易引起故障扩大化甚至导致驱动系统瘫痪,造成重大财产损失和人员伤亡。因此,本文对永磁同同步电机定子绕组匝间短路故障检测与定位方法进行研究。首先,建立健康状态下的表贴式永磁同步电机(Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM)数学模型,根据定子绕组匝间短路故障机理引入了新的短路回路、短路匝数比、短路电阻和短路电流。据此,建立带有A相绕组匝间短路故障的表贴式永磁同步电机数学模型,并将健康状态与故障状态下的d-q轴电压方程对比后进行故障特征分析,确定d-q轴反电动势残差二次谐波分量为定子绕组匝间短路故障的故障特征量。其次,介绍线性自抗扰控制的基本概念,通过线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)提取d-q轴反电动势。针对负载扰动、转速变化、故障严重程度变化期间导致的故障检测与定位精度降低问题,本文在基于数学模型的诊断方法基础上加入信号处理技术。d-q轴反电动势残差二次谐波分量中包含着故障检测与定位信息,将反电动势残差经过Park逆变换到α-β轴,其二次谐波分量变为负序分量利用二阶广义积分器提取该负序分量,通过归一化处理后得到故障检测指标;并根据d-q轴反电动势残差和二次谐波分量初始相位角与三相电流初始相位角的关系构建故障相定位指标。最后,在MATLAB/Simulink环境中进行仿真分析,并在可令定子绕组匝间短路故障状态与健康状态互相切换的2.0kW表贴式永磁同步电机对拖实验平台上进行实验验证。仿真与实验的结果均表明本文研究的基于反电动势残差的永磁同步电机故障检测与定位方法在确保故障检测与定位准确性的基础上,对负载扰动、转速变化、故障严重程度变化带来的干扰均具有良好的鲁棒性。

关键词：永磁同步电机定子绕组匝间短路故障检测与定位反电动势残差线性扩张状态观测器

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分布式信息系统故障检测与定位研究

分布式信息系统故障检测与定位研究

作者：尹娟安徽工程大学

学位级别：硕士

目前,分布式信息系统已经广泛应用于各种领域,其日渐增加的规模和复杂性导致各行业越加注重系统的可靠性。尤其对于一些关键的应用领域,如军事、电网、金融、电信、医疗等,分布式信息系统的失效可能会造成严重的经济损失,甚至危及人身安... 详细信息

目前,分布式信息系统已经广泛应用于各种领域,其日渐增加的规模和复杂性导致各行业越加注重系统的可靠性。尤其对于一些关键的应用领域,如军事、电网、金融、电信、医疗等,分布式信息系统的失效可能会造成严重的经济损失,甚至危及人身安全,所以确保系统的高度可靠性是必要的。有效的故障检测和定位是构建分布式信息系统所必需的基础服务组件之一。分布式信息系统的管理依赖于对分布式信息系统在不同监测点收集到的监测数据的建模和有效利用。本文基于这些收集到的监测数据展开研究,首先根据监测数据定义流强度,然后使用带外源输入的自回归模型在成对的监测数据中发现所有不变关系,再以流强度为节点,以两个监测数据之间的不变关系为边生成不变网络。因为系统发生故障时会在监测数据中留下痕迹,会导致某些不变量断开,所以借助不变网络可以帮助系统专家通过检查那些断开的不变关系及其相关指标来监测和定位系统故障。鉴于系统故障会在监测数据中进行传播,从而导致很多不变关系的破裂(即,同一时间在一个不变网络中可能有很多链接被中断)。如果没有适当的指导,对系统专家来说手工检查这种大量的链接故障是很困难的。为此,本文通过改进的节点异常排序算法(即,gRank+算法)对给定的不变网络进行异常节点排序,排序越靠前的节点越有可能是发生故障的位置。当故障发生时,不变网络的状态,即每个不变量链接是否断开,会提供一系列的故障特征。接着使用二进制值“0”来代表不变量处于正常状态,“1”代表不变量处于断开状态,这样就可以用高维二元向量来存储故障特征。两个不同故障之间的比较就转化成计算两个二元向量间的距离。在本文中使用广义Jaccard系数来区分各种不同的故障。先利用历史数据生成故障模板,由于不同故障间的广义Jaccard系数会非常大,当相同故障再次发生时,广义Jaccard系数会相当小,通过这样的比较即可实现故障定位。节点异常水平排序实现故障的大致定位,再通过比较两两二元向量间的广义Jaccard系数的大小就可以实现较为精准的定位。

关键词：分布式信息系统故障检测与定位不变量不变网络 gRank+算法广义Jaccard系数

喷水推进装置闭环控制系统故障检测与定位技术研究

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喷水推进装置闭环控制系统故障检测与定位技术研究

作者：崔成竹哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

喷水推进装置作为一种高效的舰船动力推进方式,具有高航速推进效率高、抗空化性能好、适应变工况能力强等优点,目前已广泛应用于新一代高速舰艇、两栖战车等领域。由于喷水推进装置组成结构复杂、工作环境恶劣、工况复杂多变,且通常要... 详细信息

喷水推进装置作为一种高效的舰船动力推进方式,具有高航速推进效率高、抗空化性能好、适应变工况能力强等优点,目前已广泛应用于新一代高速舰艇、两栖战车等领域。由于喷水推进装置组成结构复杂、工作环境恶劣、工况复杂多变,且通常要求高负荷、长时间运行,导致其故障频发,严重影响舰船遂行任务的能力。特别是承担操舵及倒航功能的闭环控制系统,其可靠性直接决定了整个喷水推进装置的安全运行水平。因此,准确检测并识别喷水推进装置闭环控制系统故障,对于提升舰船在航率和安全性、保障舰船遂行任务能力具有重要意义。本课题以喷水推进装置闭环控制系统为研究对象,在分析喷水推进装置工作原理和故障机理的基础上,构建喷水推进装置闭环控制系统仿真模型,开展闭环系统故障检测与定位方法的研究,主要研究内容如下:1、针对喷水推进装置实物实验成本高、故障数据采集难度大的问题,分析喷水推进装置闭环控制系统的工作原理,研究基于AMESim软件的系统建模与故障仿真方法,建立喷水推进装置闭环控制系统仿真模型,并结合实际工程应用要求,对系统仿真模型的关键部件参数进行合理选择。根据闭环控制系统的故障机理,采集各种典型故障的仿真信号,完成系统故障数据集的构建,为后续系统故障检测与定位的开展奠定基础。2、针对喷水推进装置闭环控制系统故障特征微弱导致故障检测精度低的问题,提出了基于卷积自编码器和支持向量数据描述(CAE-PSO-SVDD)的故障检测方法。采用CAE模型将闭环控制系统样本从原始数据空间映射到特征空间,在最大限度保留系统本质信息的基础上压缩数据维度,同时根据重构损失构造残差统计量,有效消除冗余信息;使用基于粒子群优化(PSO)算法优化的SVDD模型,在特征空间获得特征统计量及其控制限;利用核密度估计(KDE)算法,在残差空间计算残差统计量对应的残差控制限;结合特征统计量和残差统计量,构造表征闭环控制系统健康状态的复合统计量,从而实现闭环控制系统故障的精确识别。3、针对喷水推进装置闭环控制系统故障类型耦合性强、故障程度复杂多变导致故障定位准确度不高的问题,提出了基于深度复数卷积自编码器(DCCAE)的故障定位方法。在分析复数卷积网络(CCN)和自编码器(AE)原理的基础上,开发了基于DCCAE的特征挖掘模块,有效提升了模型的泛化性;通过引入中心损失,以寻找不同故障之间的差异信息和不同故障程度下的共性信息,有效提升了故障定位模型的分类能力,实现在多种故障程度下闭环控制系统的精准故障定位。实验结果表明,本课题提出的故障检测与定位方法能够快速识别喷水推进装置闭环控制系统的健康状态,并准确定位出故障部件,为闭环控制系统的健康管理提供支撑。相关方法的应用能够缩短舰船的维护周期,降低维修保障成本,对于提高我国舰船任务的安全性与可靠性具有借鉴意义。

关键词：喷水推进装置闭环控制系统故障检测与定位复合统计量深度复数卷积自编码器

基于残差卡方检验和动态Allan方差的INS/GPS故障检测与定位算法研究

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导航与控制 2018年第2期17卷 25-31页

作者：张春熹卢鑫高爽王璐北京航空航天大学仪器科学与光学工程学院北京100191

INS作为一种精密的仪器,容易发生由于自身老化或受到外界环境干扰出现故障无法正常工作的情况。因此,深入研究了INS/GPS的故障检测算法,提出了一种基于残差卡方检验和动态Allan方差的INS/GPS故障检测与定位算法。在系统层面,通过残差式... 详细信息

INS作为一种精密的仪器,容易发生由于自身老化或受到外界环境干扰出现故障无法正常工作的情况。因此,深入研究了INS/GPS的故障检测算法,提出了一种基于残差卡方检验和动态Allan方差的INS/GPS故障检测与定位算法。在系统层面,通过残差式卡方检验法,能够在组合导航系统出现故障时及时准确识别,并为后续的动态Allan方差法确定一个故障发生的时间段,大大减小了Allan方差的计算量。随后通过动态Allan方差法对惯性传感器时变特性的表征,从传感器层面准确识别出故障发生的位置,两者结合实现了INS/GPS系统故障的及时检测与准确定位。通过对仿真和实验数据的分析,验证了这种方法对INS/GPS故障检测及定位的有效性。

关键词： INS/GPS 故障检测与定位残差卡方检验动态Allan方差

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大坝安全监测设备故障检测与定位方法研究

大坝与安全 2024年第2期 11-16页

作者：刘恒熊敏罗正英何海锋何波谢昆均国能大渡河流域水电开发有限公司四川成都610041 成都大汇物联科技有限公司四川成都610041

大坝安全监测设备所处环境恶劣,容易发生故障。针对传统人工故障检测与定位流程耗时长的问题,提出了一种基于故障征兆矩阵的大坝安全监测设备故障检测与定位方法。首先,根据大坝安全监测系统结构及故障推理构建故障征兆矩阵,并结合观察... 详细信息

大坝安全监测设备所处环境恶劣,容易发生故障。针对传统人工故障检测与定位流程耗时长的问题,提出了一种基于故障征兆矩阵的大坝安全监测设备故障检测与定位方法。首先,根据大坝安全监测系统结构及故障推理构建故障征兆矩阵,并结合观察向量与征兆矩阵获得判定矩阵;然后,基于欧式距离和角度余弦评估征兆矩阵和判定矩阵列向量的相似性,构建最优解空间;最后,基于解空间的交集筛选出故障模式。测试结果表明,该方法对单点故障和复合故障都具有较高的诊断准确率,具有较高的实用性。

关键词：大坝安全监测设备故障检测与定位故障征兆矩阵

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光伏发电系统故障检测与定位方法

内蒙古科技与经济 2022年第1期 94-97页

作者：马进王闯中广核新能源辽宁分公司辽宁沈阳110000

随着越来越多的大型光伏电站陆续投产,大型光伏电站的故障检测和诊断将是一个重大的挑战。为维护大型光伏电站的安全性、可靠性,必须开发能够自动检测和定位数量庞大的光伏组件中确定故障的方法。文章提出了一种通过产生称为“残差”的... 详细信息

随着越来越多的大型光伏电站陆续投产,大型光伏电站的故障检测和诊断将是一个重大的挑战。为维护大型光伏电站的安全性、可靠性,必须开发能够自动检测和定位数量庞大的光伏组件中确定故障的方法。文章提出了一种通过产生称为“残差”的故障指示信号来检测光伏电站故障的方法,并对于每个组串和残差与阀值进行了比较。在此基础上,根据故障电流和辐射水平的测量值来估计故障位置。通过对组串内线路故障的研究,证明了该方法的有效性。

关键词：故障检测与定位故障电流光伏保护光伏发电系统

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电力系统故障检测与定位中的变配电技术研究

中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 2024年第6期 0025-0028页

作者：郭丁赫中国铁建电气化局集团北方工程有限公司山西太原030000

国家电力系统,任何一点的故障都可能引发严重问题。寻找故障,确定位置,对于电力系统的运行和保护,极其关键。此研究以变配电系统为实验田,针对电力系统故障的侦查与定点,研究深入。在探索中,借助模型的搭建,结合精确的数据分析,成功定... 详细信息

国家电力系统,任何一点的故障都可能引发严重问题。寻找故障,确定位置,对于电力系统的运行和保护,极其关键。此研究以变配电系统为实验田,针对电力系统故障的侦查与定点,研究深入。在探索中,借助模型的搭建,结合精确的数据分析,成功定位并查明电力系统故障的根源。根据电力系统的运行的规则和故障的特征,改良了一版用以检测系统故障的模型。对于故障位置的识别,进行了探索,并提出一种新的找故障的策略,其基于变配电技术。研究结果表明,该策略能够有效确保电力系统的稳定和安全运行,具有高精度和高效率,为电力系统的故障检测与定位工作提供了有效的技术支持。本研究填补了变配电技术在电力系统故障检测与定位方面的应用空白,对电力系统的稳定运行和保障国家电力安全具有重要的理论价值和实际意义。

关键词：电力系统故障检测与定位变配电技术系统稳定高精度故障定位

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10kV配电线路断线故障检测与定位探索

科技展望 2017年第12期27卷 98-98页

作者：陈伟丰广东省电网有限责任公司湛江吴川供电局

本文分析了10kV配电线路断线故障的原因,并对10kV配电线路单相线路和多相线路断线故障的检测与定位方法进行讨论,以期为提升电网系统的安全性及可靠性作出贡献。

关键词： 10kV配电线路断线故障检测与定位