配电变压器数据感知与智能维护决策研究
发布时间：2020-07-23 04:26
【摘要】：智能电网的发展对配电变压器的智能化与可靠性提出了更高要求。对配电变压器进行有效的状态评估与健康管理对于建设坚强智能电网,保障电力系统的安全平稳运行具有重要意义。目前配电变压器健康管理领域的研究成果较分散,尚未集成体系化,且各层面的研究还不尽完善,有待改进。通过对配电变压器数据感知与智能维护决策关键技术展开研究,旨在形成集成化的配电变压器智能健康管理技术体系,提高变压器健康评估与智能维护的有效性和准确度,为配电变压器的健康管理提供较为完整的技术理论支撑与实施过程指导。数据感知是指对设备数据进行有效采集,建立统一的数据环境,并通过对采集数据的进一步分析感知,提取当前设备状态数据信息,完成对设备健康状态的诊断分析。根据配电变压器智能健康管理技术体系需求,配电变压器数据感知与智能维护决策关键技术主要包括配电变压器智能数据采集、信息特征提取、健康状态评估以及智能维护决策四方面内容。针对现有固定、无差别数据采集策略易产生大量冗余数据且采集效率较低等问题,提出配电变压器智能感知数据采集方法。根据各类数据对配电变压器状态评估的重要性以及对数据采集的实时性要求,采用四象限图结合模糊综合评价方法判别数据采集优先级,并对应不同的数据采集策略。针对实时数据采集,提出一种自适应感知采集策略。根据设备状态突变对数据变化程度影响,基于数据波动程度制定采集间隔应激式调整方案。根据采集间隔与数据变化量的动态比例关系调整采集间隔变化尺度,实现高精度的数据采样间隔自适应调整。仿真实验表明该方法可在保证采集质量的同时减少数据采集量,提高运算效率,在数据源保障并提高配电变压器健康状态评估的可靠性。针对配电变压器运行状态数据的有效特征提取,提出了基于经验小波变换(Empirical Wavelet Transform,EWT)与多尺度熵(Multiscale Entropy,MSE)的数据特征提取方法。采用经验小波变换将配电变压器运行状态数据自适应分解为经验小波函数分量。对各分量进行Hilbert变换,提取信号不同频率特征信息,建立信号时频表示。计算各经验小波函数分量与原信号之间的相关系数,通过阈值设定选取与原信号相关度较高的有效分量,并计算其多尺度熵,组合构造原始信号特征向量,以表征信号特征所体现出的配电变压器运行状态信息。仿真实验表明,该方法可有效实现对配电变压器运行状态数据的特征提取,为配电变压器健康状态评估提供高价值密度信息。针对当前配电变压器性能退化建模研究匮乏、健康状态评估较少考虑机械故障影响,且评估方法较片面等问题,提出多元指标下基于EWT-MSE与k-medoids的配电变压器性能退化评估方法,以及综合在线性能评估与离线状态评估的配电变压器剩余良性运行时间预测方法。以能够反映配电变压器机械性能的振动信号和能够反映其化学、电气故障的油中溶解气体等在线监测数据为参考指标,采用EWT-MSE方法对配电变压器不同运行状态指标数据进行特征提取,以此为基础,利用k-medoids聚类建立变压器性能退化评估模型。通过层次分析法对不同指标下的变压器健康置信度加权运算,得到最终配电变压器性能退化在线评估结果。综合变压器役龄、试验信息与故障缺陷信息等历史数据,基于健康指数计算公式实现配电变压器离线健康状态评估。综合在线评估健康置信度与离线评估健康指数,进行配电变压器剩余良性运行时间计算。仿真实验验证了此方法在配电变压器性能评估与剩余良性运行时间预测中的有效性和准确度。为后续配电变压器智能维护决策提供理论依据。针对配电变压器维护检修周期决策研究较匮乏的现象,为解决现有维护检修中过维护造成的资源浪费与欠维护导致的设备故障等问题,提出基于故障率模型的配电变压器维护周期决策优化方法。利用Levenberg-Marquardt(L-M)参数估计方法建立基于Weibull分布的配电变压器基本故障率模型,根据检修记录与性能退化评估结果对模型进行修正,以可靠度函数作为阈值约束条件进行配电变压器维护周期计算。仿真试验表明,与现有计划性维护和状态检修相比,该方法可有效提高正常工作状态但性能有所退化的配电变压器的维护周期准确度,从而避免过维护或欠维护问题发生。为在一定程度上实现配电变压器的智能自维护,提出配电变压器智能维护信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)模型框架。分别建立变压器物理系统模型与信息系统模型,通过信息量对物理系统的造访与反馈控制,实现配电变压器自维护。以实现配电变压器输出稳压调节为目的的智能维护CPS模型为仿真算例,验证了 CPS技术在配电变压器智能自维护应用中的可行性与有效性。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM421
【图文】：
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图３－４配电变压器正常运行状态仿真模型逡逑Ｆｉｇ．３－４邋Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ邋ｎｏｒｍａｌ邋ｏｐｅｒａｔｉｏｎ邋ｓｔａｔｅ逡逑选择配电变压器输出电压作为性能监测指标。０－０．５Ｓ的输出电压波形如图３－５逡逑所示。显而易见，由于１／６０－５／６０Ｓ之间断路器处于断开状态，因此在Ｏ－Ｏ．ｌｓ内存逡逑在一段幅值为0的数据波形，此后配电变压器正常运行，输出电压变化规律基本逡逑相同。选取0－0．ｌｓ电压幅值变化特征明显的一段运行状态数据，对其进行平滑曲逡逑线逼近，得到图３－６所示波形数据，作为本文仿真实验的原始数据。逡逑—Ｍ逡逑通趣~栧义贤迹常靛澹埃埃担优涞绫溲蛊魇涑龅缪共ㄐ问蒎义希疲椋纾常靛澹模椋螅簦颍椋猓酰簦椋铮铄澹簦颍幔睿螅妫铮颍恚澹蝈澹铮酰簦穑酰翦澹觯铮欤簦幔纾邋澹鳎幔觯澹妫铮颍礤澹椋铄澹埃埃担箦义希矗跺义
本文编号：2766845
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM421
【图文】：
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