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電力發(fā)表的優(yōu)秀論文范文
1 緒論
1.1研究電力變壓器故障診斷和預(yù)測(cè)的目的和意義
變壓器是電力系統(tǒng)樞紐設(shè)備之一，在保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和安全運(yùn)營(yíng)過程中占有重要的地位。現(xiàn)今我國(guó)變壓器的電壓等級(jí)和容量增長(zhǎng)迅速，變壓器的故障率也越來越高。因此，有效地監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行狀態(tài)、診斷和預(yù)測(cè)變壓器故障，分析如何提高變壓器運(yùn)行的可靠性，是現(xiàn)今電力行業(yè)需要研究的重要課題之一。變壓器維修技術(shù)的發(fā)展大致可以分為三個(gè)階段：事故檢修→定期檢修→狀態(tài)檢修。事故檢修是50年代以前主要采取的方式，就是在設(shè)備發(fā)生了故障或事故以后才進(jìn)行檢修。那時(shí)沒有形成像現(xiàn)在這樣龐大的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，因此設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的影響面小，同時(shí)大部分設(shè)備都比較簡(jiǎn)單，設(shè)備的設(shè)計(jì)裕量大而且修復(fù)容易，設(shè)備停運(yùn)對(duì)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)影響不大，人們的依賴性也沒有現(xiàn)在這樣強(qiáng)烈，所以當(dāng)時(shí)只進(jìn)行簡(jiǎn)單的日常維護(hù)和檢修，沒有開展系統(tǒng)的檢修。
我國(guó)采用的定期計(jì)劃?rùn)z修即為電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)制度，即通過對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行定期的停電預(yù)防性試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果決定電力設(shè)備在下一次投運(yùn)前是否需要進(jìn)行必要的維修。定期檢修是一種基于時(shí)間的檢修，其理論依據(jù)是：設(shè)備能通過定期檢修，周期性地恢復(fù)到接近新設(shè)備的狀態(tài)。因此，檢修工作的內(nèi)容與周期都是預(yù)先通過計(jì)劃安排設(shè)定的，不管設(shè)備的狀態(tài)如何，到時(shí)間就要修，目的是為了防止或延遲故障的發(fā)生，以期望達(dá)到最大限度地保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性。但這種定期檢修的管理制度往往是以犧牲企業(yè)的自身經(jīng)濟(jì)利益為代價(jià)的，在設(shè)備尚未發(fā)生缺陷且可正常運(yùn)行的情況下就進(jìn)行停運(yùn)檢修甚至更換設(shè)備，易造成了不必要的人、財(cái)、物的浪費(fèi)。同時(shí)，絕緣的劣化、缺陷的發(fā)展總有一定的潛伏期和發(fā)展時(shí)間，預(yù)防性試驗(yàn)是定期進(jìn)行的，不能及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障，往往在預(yù)防性試驗(yàn)周期內(nèi)時(shí)有故障發(fā)生。因此，從以停電進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)為基礎(chǔ)的計(jì)劃?rùn)z修逐步過渡到以在線監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的狀態(tài)維修，已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。變壓器故障診斷和故障預(yù)測(cè)是變壓器狀態(tài)維修的重要組成內(nèi)容和研究方向。
當(dāng)變壓器發(fā)生不同程度的故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生異�，F(xiàn)象或信息。變壓器故障診斷就是搜集變壓器的異�，F(xiàn)象或信息，根據(jù)這些現(xiàn)象或信息進(jìn)行分析，從而判斷故障的類型、嚴(yán)重程度和故障部位。目前變壓器故障診斷用于判斷變壓器是何種故障，以及故障程度等。但是，對(duì)于當(dāng)前沒有發(fā)生故障或故障癥狀不明顯的變壓器，診斷系統(tǒng)卻不能預(yù)測(cè)它們何時(shí)出現(xiàn)故障，出現(xiàn)什么故障。故障預(yù)測(cè)就是指根據(jù)故障征兆，對(duì)可能發(fā)生故障的時(shí)間、位置和程度進(jìn)行預(yù)測(cè)。無論是變壓器故障診斷還是故障預(yù)測(cè)，都需要由變壓器的在線檢測(cè)狀態(tài)信息得出診斷或預(yù)測(cè)結(jié)果。變壓器的狀態(tài)檢修是以變壓器當(dāng)前的實(shí)際工作狀況為依據(jù)，通過先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段、可靠的評(píng)價(jià)手段和壽命的預(yù)測(cè)手段來判斷設(shè)備的狀態(tài)。對(duì)故障的嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)做出判斷，識(shí)別故障的早期征兆，并根據(jù)分析診斷結(jié)果在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前進(jìn)行維修。可見，變壓器故障診斷與故障預(yù)測(cè)是變壓器狀態(tài)維修的基礎(chǔ)工作，是進(jìn)行狀態(tài)維修的重要依據(jù)。只有準(zhǔn)確地診斷、可靠地預(yù)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，才能指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)缺陷變壓器開展?fàn)顟B(tài)檢修。因此，采用智能方法建立相應(yīng)模型，利用變壓器的狀態(tài)信息準(zhǔn)確地監(jiān)視變壓器的運(yùn)行狀態(tài)并提供早期的故障報(bào)警，在變壓器出現(xiàn)某些故障征兆的時(shí)候進(jìn)行故障診斷或保護(hù)設(shè)備，對(duì)實(shí)施變壓器狀態(tài)維修，從而降低變壓器維修費(fèi)用和提高變壓器可靠性具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
1.2電力變壓器故障分類及診斷方法
電力變壓器是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最重要的電氣設(shè)備之一，對(duì)變壓器故障進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確地診斷，可以避免和減少事故。由于電力變壓器的故障和事故多數(shù)是由直接原因、間接原因和擴(kuò)展性原因綜合起來而引起的，非常復(fù)雜。而故障現(xiàn)象往往表現(xiàn)為同一故障的現(xiàn)象呈現(xiàn)多樣性，不同故障的現(xiàn)象卻具有相似性。
1.2.1 電力變壓器故障分類
變壓器故障有不同的分類方式，常見的故障類型如下：
(1)按變壓器本體結(jié)構(gòu)可分為內(nèi)部故障和外部故障。內(nèi)部故障為變壓器油箱內(nèi)發(fā)生的各種故障，其主要類型有：各相繞組之間發(fā)生的相間短路、繞組的線匝之間發(fā)生的匝間短路、繞組或引出線通過外殼發(fā)生的接地故障等。外部故障為變壓器油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障，其主要類型有：絕緣套管閃絡(luò)或破碎而發(fā)生的接地（通過外殼）短路，引出線之間發(fā)生相間故障等而引起變壓器內(nèi)部故障或繞組變形等。
(2) 各種內(nèi)部及外部原因引發(fā)或直接造成的變壓器內(nèi)部故障，從性質(zhì)上一般又分為熱故障和電故障兩大類。熱故障通常為變壓器內(nèi)部局部過熱、溫度升高。根據(jù)其嚴(yán)重程度，熱性故障常被分為低溫過熱（低于 300℃）、中溫過熱（300~700℃）、高溫過熱（一般高于 700℃）四種故障情況。電故障通常指變壓器內(nèi)部在高電場(chǎng)強(qiáng)度的作用下，造成絕緣性能下降或劣化的故障。根據(jù)放電的能量密度不同，電故障又分為局部放電、火花放電和高能電弧放電三種故障類型。各種類型的變壓器故障都可能危害變壓器內(nèi)絕緣的安全，使得由于絕緣故障造成的事故在變壓器總事故中占 85%以上。各種故障類型及其可能的原因列于表 1.1 中，其中 PD、D1、D2、Tl、T2、T3 為國(guó)際電工委員會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)IEC60599 中規(guī)定的故障代碼。
2支持向量機(jī)理論與 LS-SVM
基于數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)問題主要研究如何從樣本中挖掘出目前尚不能通過原理分析得到的規(guī)律，并利用這些規(guī)律去分析客觀對(duì)象，對(duì)未來數(shù)據(jù)或無法觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，判斷。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)理論主要是基于經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則。所謂經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，是指在訓(xùn)練集上的風(fēng)險(xiǎn)，理論表明，當(dāng)訓(xùn)練樣本趨于無窮多時(shí)，經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)收斂于實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，樣本數(shù)據(jù)通常是有限的，因此研究在有限樣本情況下的機(jī)器學(xué)習(xí)理論具有更高的實(shí)用價(jià)值。Vapnik 從 70 年代開始研究有限樣本情況下的機(jī)器學(xué)習(xí)問以及統(tǒng)計(jì)學(xué)理論。結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則逐漸成為人們研究分析的一個(gè)熱點(diǎn)，支持向量機(jī)與最小二乘支持向量機(jī) LS-SVM 就是這一階段研究的重要成果。為了充分理解支持向量機(jī)和 LS-SVM 的原理，本章首先介紹機(jī)器學(xué)習(xí)問題的表示及其相關(guān)概念，然后討論支持向量機(jī)的分類算法，回歸算法，對(duì)支持向量機(jī)的特點(diǎn)加以總結(jié)。并由此引出最小二乘支持向量機(jī) LS-SVM 相關(guān)概念，為實(shí)現(xiàn)變壓器故障診斷與故障預(yù)測(cè)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
2.1 機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)
2.1.1 機(jī)器學(xué)習(xí)問題的表示
所謂的機(jī)器學(xué)習(xí)是指設(shè)計(jì)某種方法，通過對(duì)己知數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，找到數(shù)據(jù)內(nèi)在的相互依賴關(guān)系，從而對(duì)未知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)或?qū)ζ湫阅苓M(jìn)行判斷。機(jī)器學(xué)習(xí)的過程就是構(gòu)建學(xué)習(xí)機(jī)的過程。機(jī)器學(xué)習(xí)包括多種方法，如遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。簡(jiǎn)單說來，機(jī)器學(xué)習(xí)的目的就是根據(jù)給定的訓(xùn)練樣本來尋求對(duì)某系統(tǒng)輸入與輸出之間依賴關(guān)系的估計(jì)，并使它能夠?qū)ξ粗獢?shù)據(jù)做出盡可能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。為了能夠較好地理解機(jī)器學(xué)習(xí)問題，本章首先介紹機(jī)器學(xué)習(xí)的一般模型，機(jī)器學(xué)習(xí)的一般模型如圖 2.1 所示。它由三部分組成：產(chǎn)生器(G)、訓(xùn)練器(S)、學(xué)習(xí)機(jī)器(LM)。
結(jié)論
目前我國(guó)正在積極探索和實(shí)踐狀態(tài)檢修制度，而變壓器故障診斷和故障預(yù)測(cè)是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)性工作。變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其故障機(jī)理呈多樣性、隨機(jī)性和模糊性，使得故障診斷存在相當(dāng)大的困難；變壓器油中溶解氣體往往呈現(xiàn)非等間隔小樣本的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法并不適用于這類數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。因此，采用一種新的人工智能方法來進(jìn)行變壓器故障診斷與故障預(yù)測(cè)是非常有必要的。
本文以最小二乘支持向量機(jī) LS-SVM 為工具，以變壓器為研究對(duì)象，以油中溶解氣體 DGA 數(shù)據(jù)為手段，對(duì)變壓器的故障診斷和故障預(yù)測(cè)進(jìn)行了研究。通過論文的研究，得出如下主要結(jié)論：
(1) 對(duì)變壓器故障類型與油中溶解氣體 DGA 的關(guān)系進(jìn)行了機(jī)理分析，闡述了統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的基本理論。詳細(xì)討論支持向量機(jī)的與最小二乘支持向量機(jī) LS-SVM 的原理與方法，明確指出 LS-SVM 是進(jìn)行本課題研究的有力工具。構(gòu)造了基于 LS-SVM 的變壓器故障診斷模型與故障預(yù)測(cè)模型，并使用 MATLAB 平臺(tái)中的 LS-SVMlab 工具箱進(jìn)行仿真建模。
(2) 以變壓器油中溶解氣體與變壓器故障之間的關(guān)系為基礎(chǔ)，使用最小二乘支持向量機(jī) LS-SVM 進(jìn)行變壓器故障診斷建模研究并給出其求解步驟。對(duì)比并分析了1 v r，1 v 1， MOC ， ECC 這四種多分類算法所建立模型的診斷效果，通過診斷效果比較，選取MOC 為最佳的診斷模型。
(3) 在 LS-SVM 中的參數(shù)選擇問題采用自適應(yīng)優(yōu)化法來選擇合理的模型參數(shù)，為解決 LS-SVM 的實(shí)際應(yīng)用提供了有效途徑。
(4) 研究了LS-SVM的回歸算法在變壓器故障預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。利用LS-SVM進(jìn)行了變壓器油中溶解氣體的預(yù)測(cè)，實(shí)例結(jié)果表明該預(yù)測(cè)模型具的實(shí)用性和優(yōu)越性。
(5) 本文探討了將變壓器 LS-SVM 故障診斷與故障預(yù)測(cè)相結(jié)合，判斷可能出現(xiàn)的故障。這樣可使變壓器故障預(yù)測(cè)與故障診斷體系更加完備豐富，對(duì)可能出現(xiàn)的潛在故障實(shí)現(xiàn)了防范于未然。
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