基于随机矩阵理论的状态监测数据关联分析方法

随着大数据技术在电力系统中应用研究的广泛开展,特别是针对设备多参量监测数据的关联分析,亟需新的数学工具对所获取的数据进行高效的数据表征及信息提取。文中采用高维随机矩阵对状态监测数据进行数学表征,并运用随机矩阵理论的特征根谱分析、MP定律、圆环率等理论,对设备状态监测数据进行数据挖掘。在理论方法基础上,文中以输电线路状态监测数据为研究对象,将输电线路电压及其谐波通过高维随机矩阵统一建模,并对其关联信息进行分析和提取。研究结果表明高维随机矩阵表征下的数据分析技术具备对设备状态信息的高度敏感性,适用于对多源数据关联关系的分析,且在设备状态分析应用中具有传统方法所缺乏的直观性与高效性。

陀螺旋转式振动能量收集器的结构设计与优化

为实现低频振动条件下稳定的旋转式能量收集,文中对一种陀螺旋转式振动能量收集器进行了结构设计与优化,可实现WSN节点自供能工作。分析了陀螺转子运动特性和电磁特性,提出了球形永磁转子和圆形线圈绕组选型的设计方案。为了实现高能量转换效率和高转速下旋转稳定性,提出了一种基于遗传算法的线圈排布结构,并采用计算机算法进行自动优化。研制了一个半径为20 mm的样机,在1700 r/min转速下,实现114 mW输出功率。实验结果表明,经结构设计优化后的旋转式振动能量收集器可以持续、稳定、高效率地收集低频振动能量。

基于非对称弹簧的宽频率范围振动能量收集器

为了改善单共振点振动能量收集器频率范围窄,对环境中随机分布的宽频率范围振动能量收集功率低的问题,该文提出一种基于非对称弹簧的宽频率范围振动能量收集器。首先,在阐述振动能量收集器基本原理的基础上,分析了弯曲横梁弹簧结构特性以及关键参数对于共振频率的影响规律。在此基础上,提出一种基于非对称弹簧的宽频率范围振动能量收集装置,详细讨论了其结构的基本原理和运动模式,并对不同弹簧组合形成的收集器进行了仿真分析。最后,制作了样机进行实验,得到不同的非对称弹簧下的输出特性,其中1 mm厚度的非对称弹簧结构在67 Hz、115 Hz的振动激励下输出功率分别达到1.36 mW和0.16 mW,收集频率范围提高一倍。

输配电设备泛在电力物联网建设思路与发展趋势

泛在电力物联网(UPIoT)建设是电网企业转型升级的重要内容和关键环节。为此,论文首先介绍了输配电设备物联网建设的总体架构,概述了应用层、平台层、网络层和感知层4个层级的构成和基本功能;然后从设备的角度分析了输电、变电和配电设备的运行特点和监测需求,提出了其对应的物联网建设方案和应用场景;最后根据泛在物联网的发展情况,分别从管理、应用模式和技术3个层面对其发展趋势进行了分析,指出泛在电力物联网将取代传统的设备巡视和运维手段,围绕数据将衍生出多种应用模式,电力物联网的建设将带动取能、传感、通信、数据应用等多方面的进步。研究结果可为后续泛在电力物联网的研究和实践提供参考。

采用地表电位和磁感应强度进行变电站接地网故障诊断的效果对比

为有效提高变电站接地网导体故障诊断的准确性,以某35 k V变电站为依托,基于量纲相似原理设计和定制了不规则形状的接地网模型,根据接地网模型的地表电位和地表磁感应强度的计算结果,通过模拟典型故障,对采用地表电位和磁感应强度诊断接地网典型故障的测试结果进行了对比,总结了接地网典型故障时地表电位和磁感应强度的变化规律,据此提出了基于灰色关联理论的接地网状态评价指标。结果表明,接地网导体节点处电位较高,网孔上方地表电位略低;导体上方磁感应强度较高,且激励电流注入点处的地表磁感应强度最大;所提出的接地网导体健全度评价指标可准确判断接地网故障类型和故障位置。

采用Sobol’算法分析变电站接地网关键参数的灵敏度

为深入了解变电站接地网参数对其接地性能的影响,采用Sobol’全局灵敏度分析法,以变电站接地网接地电阻为目标函数,通过Latin超立方采样技术对影响接地电阻的多种参数进行采样,计算分析了各个参数的1阶灵敏度系数(FSC)及总灵敏度系数(TSC)。结果表明,Sobol’灵敏度分析法可较好地定量分析影响变电站接地电阻的相关参数对接地电阻的影响程度。接地网面积、土壤电阻率的总灵敏度系数分别为-0.896、0.881,对接地电阻影响较大;接地网埋深与垂直接地极长度的总灵敏度系数分别为其1阶灵敏度系数的6.74倍及8.62倍,说明这2个参数与其他参数间有着较强的相互作用,需要综合考虑其对接地网接地电阻的影响。

基于抗差最小二乘法的变电站接地网地表磁感应强度计算分析

为有效提高地网地表磁感应强度计算结果的准确性并降低现场测试的工作量,提出了应用抗差最小二乘法结合Tikhonov正则化算法反解变电站接地网磁场分布的计算方法。首先以某35 k V变电站为依托,基于量纲相似原理设计和定制了不规则形状的接地网模型,然后在地表磁感应强度的现场测量结果中存在粗差的情况下,应用所提计算方法对接地网的地表磁感应强度进行了计算分析,并将计算结果与理想的数值计算结果及不考虑粗差影响的计算结果进行了比较。结果表明:所提计算方法能在大幅减少现场测试工作量的情况下,较为准确地计算得到接地网的地表磁感应强度分布,且具有较好的抗粗差能力,计算结果与理想的数值计算结果较为一致,平均相对误差仅为2.09%,明显优于不考虑粗差影响时的误差61.6%;与拟牛顿法的秩-2更新BFGS算法相比,应用所提计算方法对导体轴向电流进行计算时的平均相对误差仅为2.22%,低于前者的6.65%。研究结果可为变电站接地网的故障诊断及状态评估提供重要依据。

基于虚拟样本生成技术与概率神经网络的接地网故障诊断

接地网故障的有效诊断大都需要测量大量的现场数据,工作量大且测量结果易受现场干扰的影响。为在减少现场测试工作量的同时提高接地网故障诊断的准确性,文中提出了基于虚拟样本生成(virtual sample generation,VSG)技术与概率神经网络(probabilistic neural network,PNN)的接地网故障诊断方法。首先针对接地网正常与典型故障下的磁场分布测量结果,采用组发现技术和超球特征方程相结合的非线性VSG构造了大量的接地网磁场分布结果,据此对PNN进行了训练及分类,实现了变电站接地网典型故障的有效诊断。对某35 kV变电站接地网的磁场分布测量结果与典型故障的诊断结果表明:所提出的非线性VSG技术更为完整地保留了接地网的磁场分布特征,具有较好的适应性与合理性,并有效提高了基于PNN的接地网故障识别率。研究结果可为接地网的故障诊断提供重要依据。

基于电磁层析成像技术的接地网导体异常检测

接地网是维护系统安全、保障运行人员及设备安全的重要环节,对其异常状态的有效检测直接关系到电力系统的安全稳定运行。文中研究了基于电磁层析成像(Electromagnetic Tomography,EMT)技术的接地网导体异常状态检测方法,应用改进Landweber迭代算法基于EMT技术测试系统的感应电压测量结果获取了接地网导体的重建图像,定义了图像相关系数对接地网导体的异常状态进行检测。对某35 kV接地网正常与腐蚀、断裂等典型故障下的分析结果表明,将EMT计算引入接地网导体的异常检测具有一定的可行性,且具有非接触、对接地网导体状态变化敏感等优势,所定义的图像相关系数指标能有效识别接地网导体的异常状态。研究结果可为接地网运行状态的准确评估提供重要依据。

基于试验分析的变电站接地网冲击特性研究

为有效分析变电站接地网的冲击特性,提高变电站电气设备的运行可靠性和确保人身安全,文中以35 kV变电站用典型接地网为依托,基于量纲相似原理设计和定制了规则形状和不规则形状的两种接地网模型,通过模拟接地网导体变细、断裂和脱焊等典型故障,对接地网模型的冲击特性进行了试验研究。试验结果表明:接地网的冲击特性随冲击电流波形、注入点不同有较大差异,且规则接地网的暂态散流特性优于不规则接地网;对同一冲击电流注入点,冲击电流波形的波头时间越短,接地网的冲击接地电阻越大;冲击电流从接地网中心注入时,对应的冲击接地电阻最小;此外,接地网存在典型故障时,冲击接地电阻较之正常工况均有所增大,但增幅与冲击电流波形的波头时间有关。

基于回声状态网络的接地网地表电位计算

现有基于地表电位的接地网故障诊断需要测量大量的现场数据,为在减少现场测试工作量的同时提高接地网地表电位分布计算的准确性,文中提出了基于回声状态网络的接地网地表电位计算方法。首先利用接地网地表电位计算结果对回声状态网络进行训练,然后根据接地网结构对其进行网孔划分,最后使用少量的现场测试数据输入到每个区域的回声状态网络模型来计算得到接地网的整体地表电位分布。计算结果与某接地网模型的试验结果表明,文中所提方法能得到特定网孔处的接地网地表电位分布计算模型,据此可得到较为准确的接地网地表电位分布,从而大幅减少了现场测试工作量。研究结果可为基于地表电位分布的变电站接地网故障诊断提供理论计算依据。

架空–电缆混合线路接头电阻对故障测距的影响

为准确掌握架空–电缆混合线路接头电阻对故障测距准确性的影响,在分析接头电阻对混合线路沿线电压分布影响的基础上,根据接头电阻的温度特性,以故障分析法为依据,基于蒙特卡洛仿真模型分析了典型故障下接头电阻对架空–电缆混合线路故障测距的影响。结果表明:接头电阻使得架空–电缆混合线路在线路连接处发生电压突降;所建立的蒙特卡洛模型能较为准确地分析接头电阻对故障测距准确性的影响,其中当线路发生两相接地短路时,由接头电阻造成的测距误差在标准环境温度下约为7%。下一步的研究重点是建立更符合实际情况的接头电阻概率分布模型。

基于BI-GRU改进的Seq2Seq网络的变压器油中溶解气体浓度预测方法

基于门控循环单元(GRU)构建双向多层门控循环单元,并引入编码器-解码器结构搭建Seq2Seq网络模型,通过优化神经元及神经网络结构提取时序数据依赖关系。同时引入注意力机制和Scheduled Sampling算法,自动获取与当前时刻预测输出显著相关的关键输入时间点,提高长时间预测的精度。变压器正常运行状态下的气体浓度预测算例结果表明,与基于简单GRU模型及简单Seq2Seq模型的方法相比,所提方法的预测误差更低且预测的发展趋势更符合真实值;变压器异常运行状态下的气体浓度预测算例结果表明,所提方法的平均相对误差和最大相对误差相比长短期记忆(LSTM)网络方法分别降低了0.73%和2.31%。

大型变压器绕组振动频响特性的试验研究

为更加准确地理解和掌握变压器绕组的振动响应特性,及时发现变压器绕组的故障隐患,以一台110 k V变压器为研究对象,依托所研制的变压器振动频响测试系统,对变压器绕组正常与典型故障下的振动频响特性进行了试验研究,根据箱壁上多个测点处的振动频响曲线,基于信息融合的思想计算分析了变压器绕组融合振动频响曲线的归一化奇异谱熵。试验结果进一步验证了变压器绕组振动频响试验的可重复性。变压器绕组振动频响曲线峰值随频率的增加而增大,且其峰值点随绕组工况不同出现明显偏移。归一化奇异谱熵能够较好地对变压器振动频响曲线进行定量描述,当变压器绕组存在松动或变形等典型故障时,振动频响曲线的归一化奇异谱熵变化率均〉5%。

应用地表电位诊断接地网故障的试验研究

为有效提高变电站接地网导体故障诊断的准确性,分别以规则形状和不规则形状两种接地网模型为研究对象,通过模拟典型故障,对接地网典型故障下的地表电位分布进行了测试分析。测试结果表明,通过分析接地网的地表电位分布可较为准确地实现变电站接地网导体的故障点位置及故障类型的确定。当接地网存在虚焊、脱焊或腐蚀故障时,故障位置及其相邻导体段的地面电位会呈现不同程度的上升或下降。研究结果可为基于地表电位分布的接地网故障诊断方法提供重要补充。

基于声学成像及图像处理的变压器铁心松动检测研究

变压器铁心振动的主要来源为硅钢片的磁致伸缩以及片间、接缝处的电磁力。铁心压紧力不足引起松动故障时,其振动发生变化,进而引起辐射噪声变化。文中搭建了基于声学传感阵列的铁心振动声成像实验平台,采用扭矩扳手调节紧固螺栓的拧紧力矩,研究铁心表面辐射噪声随松动程度的变化规律。基于112通道声学传感阵列数据,利用“延迟求和”波束形成算法获得声学图像并进行图像处理,生成灰度共生矩阵并提取特征值,得到了图像特征值与铁心不同程度松动对应变化规律。结果表明,随着压紧力的减小,图像纹理变化程度先缓慢增大,当拧紧力矩小于10N·m时发生突变;图像纹理一致度先减后增,灰度共生矩阵相关性标准差呈凹函数形式变化。研究结果为基于声成像的铁心机械故障检测技术的进一步发展提供了参考。

基于RBF神经网络的变压器绕组及铁心振动信号分离研究

对变压器油箱表面混合的绕组和铁心振动信号进行分离,可以提高利用振动信号诊断内部机械状态的准确程度。文中利用径向基(radial basis function,RBF)神经网络以任意精度逼近非线性函数的优点,建立了以混合振动信号频域特征为输入,铁心、绕组源信号频域特征为输出的分离模型,将采集到的振动信号分为训练集和验证集,用训练集对网络进行训练,验证集进行验证,设定训练误差的目标值,当网络迭代到训练误差达到指定精度时,网络训练完成,从而可以利用该网络实现铁心、绕组振动信号的分离。波形相似系数的计算结果表明,分离信号与振动源信号的相似系数高于0.7,分离效果理想。与传统的盲源分离方法相比,基于RBF神经网络的分离方法克服了前者的两个局限性:一个是源信号排列顺序的不确定性,即分离出的铁心和绕组振动信号的排序无法确定;另一个是信号幅值的不确定性,即分离得到信号与源信号波形相似而幅值差距较大。此方法能够更准确地获得绕组和铁心的振动信号,实现对绕组、铁心机械状态的诊断。

MOPA脉冲光纤激光清洗电力绝缘子的工艺探索

为了满足多种材质的绝缘子系统应用,采用自主研发的能量达2mJ的主振荡功率放大器脉冲光纤激光器进行了激光清洗实验。分别进行了玻璃、陶瓷及硅橡胶绝缘子的激光清洗实验验证,取得了各自的最佳清洗激光参数,同时分析绝缘子清洗速率、激光脉冲参数与清洗效果的关系。结果表明,在最高10m/s的激光扫描速率下,可取得3.4cm^(2)/s的清洗效率,该激光系统可高效地用于多种材料表面清洁。这一结果对电力绝缘子激光清洗应用提供了重要的参考意义。

变电站接地网冲击特性的试验研究

为有效分析变电站接地网的冲击特性,以某35 k V变电站接地网为依托,设计和定制了接地网模型,通过模拟接地网导体变细、断裂和脱焊等典型故障,对不同冲击电流波形及不同注入点时的接地网冲击特性进行了试验研究。试验结果表明:对同一注入点而言,冲击电流波形的波头时间越短,冲击接地电阻越大。当冲击电流波形相同时,电流从接地网边角注入所得冲击接地电阻最大;从接地网中心注入时,冲击接地电阻最小。当接地网存在故障时,冲击接地电阻较正常工况均有所增大,但增大程度与故障类型及冲击电流波形密切相关。研究结果可为接地网设计及准确评估接地网状态提供依据。