基于模糊专家系统的大型企业电网随机谐振故障诊断

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1、Ab s t r a c tI n t h i s p a p e r , w e m a i n l y s t u d y r e s o n a n c e f a u l t i n p o w e r s y s t e m . O n o n e h a n d m o r e a n d m o r e c o m p l i c a t e d p o w e r n e t w o r k s t r u c t u r e m a k e s f a u l t d i a g n o s i s m o r e d i ff i c u lt , o n t h e o

2、t h e r h a n d l a r g e e n t e r p r i s e n e e d s s a f e r a n d s a f e r p o w e r n e t w o r k w i t h t h e h i g h l y d e v e l o p m e n t o f m o d e r n s o c i a l e c o n o m i c . I t is n e c e s s a ry t o f i n d e x a c t f a u l td i a g n o s i s m e t h o d t o k e e p n e

3、 t w o r k s a f e .T h e p a p e r a n a l y z e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f a n d t h e f a c t o r s r e s u l t i n r e s o n a n c ea n d b r in g s f o r w a r d a w a y o f f a u l t d i a g n o s i s e x p e rt s y s t e m b a s e d o n f u z z y t h e o ry b ya p p l y i n g t

4、 h e o ry o f a rt i f i c i a l i n t e l l i g e n t , d a t a b a s e a n d f u z z y t h e o ry . T h e s y s t e m a d o p t s a w a y o f k n o w l e d g e e x p r e s s i o n b a s e d o n fi i z z y c r e a t i o n w a y o f r u le b e c a u s e o f t h eu n c e r ta i n ty o f f a u lt p h

5、e n o m e n o n , a p p l i e s t h e t e c h n o l o g y o f t h e E R d a t a b a s e t o e s t a b l i s h t h e d a t a b a s e , a d o p t s p o s i t i v e i n f e r e n c e c o n t r o l p o l i c y i n i n f e r e n c e m o d u l e ,a p p l i e s t h e o b j e c t - o r i e n t e d t e c h n

6、 o l o g y t o r e a l i z e t h e s y s t e m .K e y Wo r d s : p o w e r s y s t e m , f a u l t d i a g n o s i s , r e s o n a n c e , f u z z y e x p e rt s y s t e m , E RI I I学 位 论 文 独 创 性 声 明学位论文独创性声明本人声明 所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人己 经发表或撰写过的研究成果， 也 不包

7、含为获得 南昌大学 或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学 位 论 文 作 者 签 名 ( 手 写 ): 讨 好签 字 日 期 :， 咨 ， 年 月， 9 H学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了 解南昌大学有关 保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和借阅。 本人授权南昌大学可以 将学位论文的全部或部分内 容编入 有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书)学 、文 作 者

8、签 名 (手): 瓣导 师 签 名 ( 手 写 ) 汤 丫 韵 味签 字 日 期 : 7 砷年6月 7日签 字 日 期 :L 年月/ 夕 日学位论文作者毕业后去向: 工 作 单 位 :私沁 号 险电 话 : 。 夕 9 2 - $ 3 a i a 夕通 讯 地 U : 洲 V l汤C 1 A 3 .-M I邮编: 3 3 wal引言第 1 章 引言1 . 1课题的研究背景随着现代化大生产的飞速发展和科学进步，企业对电力的需求与日 俱增。 电网一旦发生故障所造成的直接、间接损失也将十分严重。电网中包含有许多电感、电容元件 ( 如变压器、互感器等的电感;输电线路的对地电容及相间电 容) ， 在诸多

9、的诱因下它们会构成一系列不同 频率的 振荡回路。 在我国， 3 5 K V 线路通常采用不接地或经消弧线圈接地，在运行方式变化或存在其它诱导因素 时， 3 5 k V等小接地电 流系统在一定情况下会出 现谐振过电 压， 谐振过电 压在操 作和故障的过渡过程中产生，而且在过渡过程结束以后，虽然在某些情况下不能自 保持，会自动消失，但可能较长时间内稳定存在，直到发生新的操作，谐 振条件受到破坏为止.当系统发生谐振时，可能因持续的过电压而危及电气设 备的绝缘， 也能因持续的过电流而烧毁小容量的电 感元件设备( 如电 压互感器) ， 还会影响保护装置的工作条件 ( 如影响避雷器的正常运行) 。为了确保

10、高效、安 全的生产，确保电网的安全运行，提高其可靠性和安全性，电网一旦发生故障调度人员必须准确迅速地判别故障元件与故障性质，及时处理故障，恢复电网的正常运行。本课题来源于 江 西 省工业攻关重大课题 大型企业电力信息管理与智能监控和故障诊断系统 。课题以德兴铜矿动力厂 3 5 K V的配电网为示范对象。近年来 德兴铜矿动力厂3 5 K V 的配电网多次发生谐振故障，不但中断了企业生产而且导致了电压互感器等大型供电设备的烧毁，给企业带来了巨大的经济损失。由于 该厂电网陈旧，结构复杂，故障原因不明，厂方一直未有有效的解决措施。为 此，德兴铜矿动力厂与南昌有色冶金设计院、南昌大学合作，通过对谐振的理

11、论分析，并基于此开发谐振故障诊断模糊专家系统，对实际运行中发生的谐振故障进行诊断提出了防止及消除这些故障的措施。引言1 . 2随机谐振故障与电网故障诊断的研究现状1 . 2 . 1随机谐振的研究现状电网中的谐振， 实际上就是在电感、电容元件组成的回路中， 自 振频率等于工频或某一谐波频率时所发生的共振现象。谐振往往在电网某一局部造成过电 压， 从而危及电气设备的绝缘， 甚至产生过电流而烧毁设备， 还有可能影响过电 压保护装置的正常工作条件。谐振过电压的持续时间与回路本身的特性及激发因素有关， 可能是稳定的， 也可能仅持续一段时间。长期以 来谐振过电压严重威胁着电网的安全， 特别是对中性点不直接

12、接地系统， 铁磁谐振所占的比例较大。 目 前，我国3 5 k V及以 下配电网， 仍大部分采用中性点不接地方式运行， 一部分采用老式的消弧 ( 消谐)线圈接地。从电网的运行实践证明，中性点不接地系统中一方面由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，尽管采取 了不少限制谐振过电压的措施，如:消谐灯、消谐器、T V高压中性点增设电阻或单只T V等，但始终没有从根本上得到解决，T V烧毁、熔丝熔断仍不断发生;另一方面由于中性点不接地运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持一定的时间，但随着中低压电网的扩大，出线回路数增多、线路增长，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，单相接地时接地电弧不能自

13、 动熄灭必然产生电弧过电压， 一般为3 -5倍相电压甚至更高， 致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并会发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。多年来， 国内外专家学者对铁磁谐振做了大量理论研究和实验分析。在理论 研究方面， 阐明了这类非线性谐振问题中所蕴含的不同于线性谐振的丰富内容，提供了坚实的理论基础。在实验分析方面， 通过现场模拟试验对铁磁谐振的发展过程和谐振条件进行了大量研究， 揭示了铁磁谐振的内在规律， 并在此基础上研 制了几种消谐装置。近几年来， 非线性振动理论、分叉理论、模糊理论、混沌理论等方法的引入不仅扩大了研究领域， 而且给研究带来了很大方便。同时大量数学工具如M a t l a

14、 b 和M a t h e m a t i c的使用也为铁磁谐振的 研究提供了 便利条件。 随着研究的不断深入和发展， 对铁磁谐振研究已达到了一个新高度。引言1 . 2 . 2电网的智能故障诊断技术的研究现状 f8 截至目 前， 电网故障诊断的实现还未以高级应用系统产品的形式出现，为数不多的应用实例皆以科研项目的形式投入现场。基于专家系统和优化算法的电网故障诊断方法是应用较多和实用化最好的两种算法，此两算法理论上比较成 熟，尤其是基于专家系统的诊断模型是目 前绝大多数工程实际的首选，这是由其特点决定的，但是其在实际中面临的维护困难、推理紊乱等不足尚难以 逾越。按照诊断模型，大体可以分为三种:推

15、理型故障诊断模型、优化型故障诊断模型、计算分析型故障诊断模型。 1 、推理型诊断模型推理型诊断模型比较接近人的实现故障诊断的过程，基本思路是:由获得的故障综合信息，根据既定规则( 或经验) 逐步地逻辑推理出故障设备或故障原因。推理型诊断模型可大体分为显型和隐型推理，其中显型推理模型，如传统的推理模型和专家系统模型，更多的是人为诊断行为的模拟和计算机实现，早 期研究比 较多，也比较成熟;而隐型推理模型，如基于神经网络的诊断模型、 基于P e t r i 网的诊断模型、基于因果关系网的诊断模型等，对逻辑推理规则做了 抽象化、数学化等处理。下面对主要方法做分别论述。( 1 ) 基于专家系统的电网故障

16、诊断7 0 年代初期专家系统就引入了电力系统故障诊断研究领域，其所具有的特点与电力系统故障诊断问题有许多切合点，因此基于专家系统的故障诊断研究时间最长、研究最多。专家系统在融合书本相关理论知识来处理各种定性问题的同时，可总结和利用专家的经验知识( 或称启发式知识) 来求解问题，因此在 解决那些依靠解析方法不能解决的问 题方面具有先天优势，而且可使所求解问题的知识搜索和推理范围缩小，提高问题的求解速度和推理效率。专家系统在 电力系统的故障诊断和恢复处理方面应用较多。几十年的研究发展历程， 基于 专家系统的电力系统故障诊断理论在知识获取和构造方面有了很多的改进，其 发展的趋势是力图使知识获取、知识表达工作简化，进而将故障诊断的推理效率得到提高。( 2 ) 基于神经网 络的电网故障诊断基于神经网络的电网故障诊断模型属于隐型推理诊断模型，其推理过程不为人所理解。诊断基本思想是:从领域专家所提供大量和充分的故障实例中，引言形成用于故障诊断神经网络模型的训练样本集，通过一定的学习、训练使诊断 神经网络获得对电网故障的诊断功能，并具有一定的联想和泛化能力。基于神经网