发电机励磁系统_百度文库
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发电机励磁系统
励​磁​系​统
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于基于粗糙集神经网络的励磁系统功率单元故障诊断--优秀毕业论文--优秀毕业论文的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：基于粗糙集神经网络的励磁系统功率单元故障诊断--优秀毕业论文--优秀毕业论文 分类号UDC密级学号 移甥≥孽z幺￥硕士学位论文基王塑蕉塞=弛经圆鳖竣励磁系统功率单元故障诊断学科名称:学科门类:指导教师:申请日期:徐显明水利水电工程工学张江滨教授2007年3月摘要论文题目:基于粗糙集一神经网络的励磁系统功率单元故障诊断学科专业:水利水aa-r程研究生:徐显明签名:l垒塾堕指导教师:张江滨教授签名:乏盏啦摘要励磁系统是同步发电机的重要组成部分.励磁系统一旦发生故障,直接影响者同步发电机的安全可靠运行。由于发电机励磁功率单元的工作电流很大,作为整流回路中的晶闸管等元件易遭受到过流过压而损坏。因此,快速准确地诊断出功率单元的故障部位和性质,对于缩短发电机的停机与检修时间有着十分重要的意义。论文阐述了发电机励磁系统及其故障检修维护的发展现状,结合当前最新的故障诊断方法,确定了租糙集~神经网络(RSNN)相结合的故障诊断方法,对同步发电机励磁系统功率单元进行故障诊断。首先,采用MATLAB对励磁系统功率单元的故障进行建模仿真,得出晶闸管发生开路与短路情况下整流回路的输出波形;其次,(来源：淘豆网[/p-4981104.html])应用BP神经网络方法对励磁系统功率单元进行故障诊断,并详细介绍了粗糙集理论特点及其应用成果;最后,采用了RSNN方法对励磁系统功率单元进行故障诊断。在RSNN分步法中,先利用租糙集理论对故障属性建立决策表,并利用粗糙集理论中的知识约简方法化简决策表,得到故障类型的诊断规则并实现功率单元故障类型的诊断,再利用神经网络的非线性映射特性,将训练好的神经网络实现功率单元的故障元诊断;在RSNN整体法中,先对故障电压波形进行数据采样获得神经网络的训练样本,利用粗糙集理论中知识约简,消除冗余的故障样本,再利用约简后的故障样本对神经网络进行训练,将训练好的神经网络用于励磁系统功率单元的故障诊断。通过仿真实验验证,基于粗糙集一神经网络分步法和整体法均能准确的诊断出功率单元的故障元。特别是在RSNN整体法中,经过粗糙集理论处理过的样本数据,使得神经网络的训练规模比单纯的神经网络规模大大减小,在保证故障诊断的正确率不变的情况下,使故障诊断的速度大大提高。关键词:励磁系统;功率单元;故障诊断;租糙集理论;人工神经网(来源：淘豆网[/p-4981104.html])络ABSTRACTTitle:THE FAUL.T DIAGNOSIS OF POWER UNIT OF THE EXCITEDSYSTEM BASED oN RoUGH SET THEoRY AND WoRKMajor-Water Resources and Hydroelectric EngineeringName:Xianming XUSupervisor:Prof.Jiangbin ZHANGA.bstractSignature:Signature:池慨嘲一UThe excited system is all important constitute unit for synchronous generator,which wouldhave a direct effect on safety and reliability of the generator,once the excited system goeswrong.Because work current of the po(来源：淘豆网[/p-4981104.html])wer unit of generator excited system is very big,thesilicon controlled units of the rectifying circuit al&e easy to damage by over-voltage orover-current.Therefore,it is very important to diagnose the location and the characteristicrapidly and accurately for shortening stop time and repair time.In this thesis,the development of the genemtor excited system and the actuality of faultmaintenance are summarized.Based on the up to date method of fau(来源：淘豆网[/p-4981104.html])lt diagnosis currently,afault diagnosis method based on rou曲·set work限SN№arc bring forward.Firstly,the power unit of generator excited system is modeled and simulated with MATLAB,and educethe export wave shape when the silicon controlled unit iS disconSecondly,the fault of the power unit of generator excited system is diagnosed with BP artificial work,and the rough set and it’S experiences that have achieved are introduced (来源：淘豆网[/p-4981104.html])Finally,RSNN method is adopted to diagnose the fault of the power unit of generator excitedsystem.For the method of RSNN integration by step,first,based on rough set principle,adecision table is established,second,reduce the decision table,then the diagnosis rule of faulttype is obtained and the fault type diagnosis ofthe power unit Call be carried,last,according tothe characteristic of nonlinear mapping of work and the trained work,thedi(来源：淘豆网[/p-4981104.html])agnosis of where the faults are can be carried.For the method of RSNN integration,data ofthe faulty voltage waveform is collected aS a simple for training work,then,reducethe simple data,delete the redundancy faulty simple,and train the work whir thereduced simple data,finally,apply the trained work to fault diagnosis ofpower unit ofthe excited system.iij西安理工大学硕士学位论文By simulink test verification,the two methods base on RSNN integration by step andRS(来源：淘豆网[/p-4981104.html])NN integration all candiagnose where the faults of power units are,especially,for theRSNN integration.the training size of work with rough set e smaller for thesample pared witll single work.As a result,not only the accuracy rate offault diagnosis is ensured,but also the speed offault diagnosis is enhanced greatly.Key words:Generator excited system:Power unit:Fault diagnosis:Rough—work独创性声明秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明:本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工(来源：淘豆网[/p-4981104.html])作及取得的成果。尽我所知,除特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人的研究成果。与我~同工作的同志对本文所论述的工作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。本论文及其相关资料若有不实之处,由本人承担一切相关责任论文作者签名:忿垦蝎矽。7年多月2/日学位论文使用授权声明本人缝:显蛆在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩,并已经在西安理工大学申请博士/硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者,同意授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权,即:1)已获学位的研究生按学校规定提交印刷版和电子版学位论文,学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文,可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索;2)为教学和科研目的,学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。本人学位论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权西安理工大学研究生部办理。(保密的学位论文在解密后,适用本授权说明)论文作者签名:缝(来源：淘豆网[/p-4981104.html])星豳导师签名:耋盔越蚺多月列日——一一——... 苎二主竺垒1绪论I.,周步发电机励磁系统励磁系统是同步发电机组的重要组成部分,其特性的好坏直接影响到发电机运行特性的好坏。励磁系统的主要任务是向同步发电祝励磁绕组提供一个可调的直流电流,维持发电机机端电压在绘定的水平上,以满足发电机正常发电的需要。同步发电机的励磁系统一般由两大部分组成,一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流,以建立直流磁场,通常称为励磁功率输出部分(或称功率单元);另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流的大小,以满足运行需要,一般称为励磁控制部分(或称控制单元)。优良的励磁系统不仅可以保证发电机稳定可靠的运行,而且可以有效的提高发电机及电力系统的经济技术指标“叫。随着控制理论的发展和新技术,新器件的不断出现,近年来人们对励磁系统的控制方法和可靠性技术作了大量的研究,励磁系统装置也不断的得到改进,使得励磁系统的性能和可靠性得到了一定的提商。总体来说,励磁调节器经历了磁放大嚣组成的电磁型调节器,半导体励磁调节器,微机励磁(来源：淘豆网[/p-4981104.html])调节器几个阶段,其总趋势是向着提高可靠性,提高响应速度,适应复杂控制规律的方向发展14J。由于传统的模拟励磁控制系统控制精度低,调节器参数整定复杂,功能单一,运行故障率高,且控制系统的通用性,兼容性和扩展性都比较差。同时电力系统的发展赋予同步发电机励磁系统以更多面重要的职能,其控制规律越来越丰富以致模拟式调节器有时难以胜任,故当前的励磁系统都在迸行改造。改造的主要方向是:(】)取消励磁系统原有的旋转部件,如:真流励磁机,交流励磁机,将励磁方式变为自并励:(2)取消复励磁系统中的油浸电抗器,复励绕组,将励磁方式变为自并励:(3)将整流方式半控桥改为全控桥;“)将线性灭磁系统改为非线性灭磁系统。励磁功率部分的发展经历了直流励磁机嘲,交流励磁机和静止励磁系统,其趋势是向大容量高可靠性快速响应方向发展。随着机组容量的增大,所需的励磁功率也越来越大,而同轴直流发电机的直流励磁机由于存在整流子和碳刷,其容量受机械强度(如转速所确定的周边速度)和电气参数(如换相电压)等因素的限制,当发电机的单机容量大于150MW时,直流励磁机作为励磁系统的功率单元将不能满足要求。随着电子技术的发展,大功率硅整流器和大功率可控硅(又称硅晶闸管)在制造技术,应用技术及其可靠性方面都得到了不断的提高,在这种情况下,以大功率硅整流装置或可控硅整漉装置及其相应的交流电源为励磁功率单元的励磁系统,便在适应电力系统发展和单机容量增大需要的情况下发展起来并得到了广泛的应用。在我国新建的单机容量为IOOMW以上的发电机几乎都采用的可控硅励磁系统,以可控硅整流作为功率单元的励磁系统具有调节速度快、调节范围宽,强励顶值商、制作容易,运行维护简单等优点。在励磁方式上旧,按照供电方式的不周,主要有他励式励磁和自励式励磁,他励式设备比较庞大,但调节性能较好,但是当电力系统发生故障.电网电压严重下降时,其励磁西安理工大学硕士学位论文电流可能反而减少,使电网电压情况更为恶化。而自励式电源比较简单,励磁电源取自同步电机内部的辅助绕组或直接取自同步电机本身的出线端,因而反应速度快,动态品质优良。有利于长距离输电。自并励励磁系统方式在国内大型发电机组中已经得到了广泛的应用,我国对于自并励励磁方式的研究起始于上个世纪80年代中期,最早是应用于水电机组上,随后逐渐推广并应用于汽轮发电机组。已有资料证实,自并励励磁系统具有反应灵敏、调节速度快的优点。有利于提高发电机运行的静态稳定性。在国外,大型水轮机组或汽轮机组采用自并励励磁方式己成为主要的励磁方式,在IOOMW~600MW的机组上已积累了一定的经验,在我国,包括三峡在内的新装发电机组均采用自并励励磁方式,许多老机组也都完成了采用自并励励磁方式的改造,以提高励磁系统的调节速度和机组运行的静态稳定性。1.2励磁系统的检修与维护励磁系统的检测项目18l(1)励磁变压器发电厂的励磁变,逐步用干式变压器所取代,一般采用环氧树脂浇注于式变压器。干式变压器的安全运行和使用寿命,很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏,是导致变压器不能正常工作的主要原因之一,因此对变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的。(2)励磁调节器励磁调节器的监测主要是对其稳定性、动态特性及技术指标、温度、绝缘状态等进行监测。随着数字励磁调节器的普遍应用,大部分励磁系统具有了在线状态监测和故障诊断功能,如盯断线、调节器故障、各种限制动作检测等。(3)整流装置较早投运的励磁整流装置一般仅有功率柜的投退、风机的投退及故障、快熔熔断等少量信息,对于整流装置的主体一可控硅则较少监测。耳前励磁系统功率单元的在线故障诊断技术也还在进一步的探讨之中,研究出快速有效的励磁系统功率单元的故障诊断技术迫在眉睫。(4)转子及灭磁回路较早投运的励磁装置虽然装有转子绝缘监测装置,但一般都是手动监测而未将信号送入计算机监控系统,灭磁回路也仅有灭磁开关状态及动作次数等简单的监测功能。新近投运的励磁系统一般带有转子绝缘的在线监测装置,可以对转子温度进行测量,也设置了独立的、智能化的数字式监控接口,具备灭磁录波、灭磁开关动作次数、可控硅跨接器动作次数、快熔熔断等监测功能,可以与励磁调节器或计算机监控系统通讯·2第一章绪论1.2.2励磁系统的故障检修与维护现状对系统没备的检修和维护191,保证系统正常工作是发电厂运行维护人员的一项重要任务,设备的运行可靠对系统的稳定性起着重要的作用。长期以来,我国电力系统的发供电设备均采用定期预防性试验和定期计划检修n01。按照我国电力行业检修规程…j,励磁系统的维护主要分为大修和小修。一般情况下,小修时间控制在3~7个实际工作日,其间隔不超过7~8个月;大修时闻控制在20~35个实际工作日,其间隔为3~4年。小修主要进行开关、刀闸触点以及变压器等的绝缘检查(如整流柜阳极刀闸、宜流刀闸检查,一、二次回路的绝缘检查),还有磁场断路器、氧化锌电阻的检测;大修不仅包括所有小修项目,还有一些设备的性能测试试验(如励磁系统带发电机空载运行试验,整流柜的交流耐压试验等),风机、风道的检修除尘等。另外还有临时检修、事故抢修和特殊检修。临时检修是指危及设备正常安全运行而导致励磁系统设备必须停电检修的项目;励磁系统的事故抢修是指凡因励磁系统事故,强追发电机组停运所进行的励磁系统设备的检修工作;特殊检修是指反事故措旌、调整设备结构、改进设各的功能和性能以及换旧更叛所进行的检修项目。这种以定期检修为主,事后检修为辅的检修制度,虽然能定期对状态不佳的设备进行必要的维修,但同时对运行情况良好的设备也按部就班修理,这会增加设备的检修费用,提高设备事故发生率,而且少数状况不好的设备因检修周期未到而得不到及时检修,会降低设备运行的安全性。所采用的临时检修、事故抢修的事后检修方式并不能减小系统设备事故所带来的损失。据对我国发电机和励磁系统事故的相关统计数据显示【l“,1974年4月至1982年2月共发生了励磁系统事故140次,平均每月4.2次,超过发电机本体事故率(3.7次/月):1984年至1988年发生的励磁系统事故中,主回路291次,调节器部分408次,其他23次。由此可见,在发电机系统中,最易发生故障的环节是励磁功率单元和调节器。因此应用完善的诊断技术对励磁系统的功率单元和调节器进行故障诊断是提高发电质量和发电机组可靠性的重要手段之一。本文主要研究励磁系统功率单元的故障诊断方法11’“】。1.3励磁系统功率单元的故障诊断概述1.3.1功率单元故障诊断的毖要性功率单元是励磁系统的重要组成单元,为同步发电机提供从空载到满载以及过载时所需的励磁电流,由于发电机励磁工作电流很大,容易导致功率单元整流回路元件的损坏,最容易损坏的是功率器件(如晶闸管),发生晶闸管直通故障时,瞬间将造成相电压短路,短路电流使保护电路动作;而发生晶闸管开路故障(如晶闸管器件门极损坏或触发脉冲丢失等故障)时,功率单元仍然工作,但输出励磁电压的脉动增大,平均值降低,这种带病工作导致励磁电压波形产生畸变,从而导致了发电机工作在不稳定状态:同时也加大了对3~ 望窒堡三垄兰堡主兰竺丝圭电网的干扰【I 51。因此,进行发电机功率单元的故障诊断有利于快速分析确定故障的部位和性质,缩短发电机的运行停机与检修时间。1.3.2功率单元故障诊断的方法j功率单元故障诊断具有以下特点f161:(1)一般为结构性故障,主要是由器件的开关特性所引起的。开关器件的损坏引起电路拓扑结构的改变.(2)实时性强。及时的故障诊断一方面可以阻止故障的扩大,减少故障引起的危害;另外,由于励磁系统功率单元具有一定的保护功能,当发生故障务必引起保护系统动作。故障信息会因此而消失。因此故障诊断具有很强的实时性。目前广泛采用的自并励励磁系统的功率单元主要是三相全控桥整流电路,而大功率硅整流装置是伴随着近代电力电子技术的发展才被广泛应用的,因此,功率单元故障诊断方法的研究属于电力电子学范畴。在电力电子设备故障诊断方法的研究上,主要的故障诊断方法有:(1)谱分析法旧。谱分析的目的:为了提取特征,故障信号的时域波形不能清楚地反映故障的特征.在故障诊断中比较常用的信号处理方法是谱分析,常用傅里叶谱、沃尔什谱,滤波的相关分析等。(2)基于动态数学模型的方法【19-201.该方法又可分为检测滤波器方法、观测器方法和参数辨识方法三种。检测滤波器方法:它将部件、执行机构和传感器的故障的输出方向分别固定在特定的方向或平面上。观测器方法:根据残差,即系统实际输出与观测器输出的差别,判别系统是否有故障。参数辨识方法:实时辨识出系统模型的参数,与正常时模型的参数比较,确定故障。(3)采用模式识别的方法【21倒。所谓故障的模式识别,就是从那些反映系统设备的信息中抽取出能反映故障的特征,并根据这些特征的不同属性,对故障进行分类。(4)基于神经网络的方法。利用神经网络的自学习、自归纳能力经过一定的训练,建立起故障信号与故障分类之间映射关系,再利用学习好的神经网络,实现故障诊断。(5)专家系统的方法。即模拟专家的经验,实现故障诊断。综上所述,由于神经网络诊断方法是一种全新的、有前景的故障诊断方法,在近期已广泛应用于电力电子设备的故障诊断中。文献【23】提出了一种用前向神经网络(BP网络)来诊断新型无功发生器逆变器回路元件开路故障的方法:文献[24-25]提出采用神经网络和频谱分析实现电力电子电路故障诊断的方法。但是根据励磁系统功率单元的故障特点,要实现在线诊断不但要满足诊断精度的要求,而且要满足快速性的要求。对于大型的电力系统设备,要准确的诊断出励磁系统功率单元的故障,就必须要求神经网络训练样本中包含足够的故障信息,这样神经网络输入层的结构就相当庞大,针对~定的精度要求,使得神经网络的诊断速度受到了很大的限制,降低了其实用性。4第一章绪论1.4本论文的主要内容租裢集(roughset,RS)mI理论是为刀=发自动规则生成系统而提出的,是基于不可分辨性的思想和知识简化的方法,在保持分类能力不变的前提下,通过知识约简,从数据中推理逻辑规则作为知识系统的模型。近年来,褪糙集理论已经在决策支持,近似推理、专家系统、过程控制、机器学习、数据库知识发现和模式识别等许多学科与工程领域中得到了成功应用。在故障诊断领域,文献[271提出将粗糙集限s)与神经网络(NI田相结合对变压器进行故障诊断的方法,用粗糙集理论作为神经网络的前置系统,去掉冗余的故障信息,从而简化神经网络的结构,提高了故障诊断的速度。本文在上述背景下对励磁系统功率单元的故障及其特点进行了深入的分析,确定了基于RSNN的同步发电机励磁系统功率单元的故障诊断方法,该方法结合了神经网络和粗糙集各自的优点,在励磁系统功率单元故障诊断中是一种新的尝试。本文研究的主要内容如下:第一章描述同步发电机励磁系统的发展,针对同步发电机励磁系统功率单元的故障诊断现状。提出了基于RSNN的同步发电机励磁系统功率单元的故障诊断方法。第二章首先介绍了发电机励磁系统功率单元的工作原理。其次用Matlab中的Simulink对发电机励磁系统功率单元进行了建模和仿真,对功率单元正常工作和各种故障状态下的输出的励磁电压波形进行了详细分析和归类。第三章针对神经网络在电力电子设备诊断中的广泛应用,利用BP神经网络,以输出电压波形采样值作为输入矢量,具体的故障类型和位置作为输出矢量,构造神经网络模型对励磁系统功率单元进行故障诊断,仿真取得了一定的效果,但单一的神经网络存在着输入样本数据太多,训练次数较多,相应的诊断速度太慢的缺陷。第四章简要介绍了粗糙集的基本理论和特点,讨论了粗糙集理论中属性约简和规则约简算法及流程,并分析了粗糙集理论的主要研究对象和应用概况。第五章综合粗糙集理论的知识约简特点和神经网络的无需实际函数表达而能完成并行处理的优点,把租糙集理论和神经网络有机的结合,采取分步法和整体法,对励磁系统功率单元进行故障诊断,并把整体法与单纯的神经网络诊断方法的效果作了比较分析.第六章总结与展望,全面总结了本文所作的工作、成果,并指出了本论文诊断方法是励磁系统功率单元故障诊断新的探索,仍需不断的发展和完善,且对基于RSNN的励磁系统功率单元故障诊断研究进行了展望。5播放器加载中，请稍候...
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