Review of Fault Types, Impacts, and Management Solutions in Smart Grid Systems

Fault management study in smart grid systems (SGSs) is important to ensure the stability of the system. Also, it is important to know the major types of power failures for the effective operation of the SGS. This paper reviews diverse types of faults that might appear in the SGS and gives a survey about the impact of renewable energy resources (RERs) on the behavior of the system. Moreover, this paper offers different fault detection and localization techniques that can be used for SGSs. Furthermore, a potential fault management case study is proposed in this paper. The SGS model in this paper is investigated using both of the Matlab/Simulink and the Real Time Digital Simulation (RTDS) to compute the fault management study. Simulation results show the fast response to a power failure in the system which improves the stability of the SGS.

滚动球轴承局部故障引起滚珠负载振荡性分析

为深入剖析滚动球轴承局部故障对轴承整体振动特性的影响,利用Hertz接触理论构建了转子偏心力激励下的球轴承-转子系统动力学数字仿真模型,并结合深沟球轴承外圈、内圈、滚珠的局部故障引起的轴承间隙变化,推演了滚珠与各类故障区域间的冲击激励响应方程。在此基础上通过分析单点损伤引起的滚珠内部接触负载变化,揭示了单个滚珠接触应力对相邻滚子负载与系统整体振动特性的影响规律。通过分析轴承转动过程中有效承载滚珠个数的变化情况,建立了的滚珠负载占比时间对故障冲击振荡幅值的影响关系。分析结果表明,滚珠与故障区域的接触分离会使其负载发生振荡,且各故障状态下的振荡频率都为系统共振频率;在2个等效承载滚珠上的运转时间占比越大,故障冲击振荡的强度越大;各类型早期故障状态下的Poincaré映射点的保持在相同幅值附近;当局部故障程度增大到一定程度时,系统振动混沌特性增强,振动幅值相应增大。

倾斜工作面面向断层开采煤柱失稳机制及稳定性控制

以某矿面向断层开采的5302工作面为工程背景,模拟了工作面回采过程中断层及断层周围煤岩体垂直应力、塑性区及断层滑移演化规律,提出了断层煤柱的合理尺寸,并制定了卸压方案。研究结果表明:工作面回采期间断层及断层周围煤岩体受构造应力与采动应力叠加作用下应力高度集中,容易诱发冲击地压;微震、应力在线监测结果对比分析表明,制定的爆破断顶、钻孔卸压技术方案能够有效降低应力集中程度,避免工作面面向断层开采时诱发冲击危险。

AmazeMap:基于多层次影响图的微服务故障定位方法

微服务软件系统由于其具有大量复杂的服务依赖关系和组件化模块,一个服务发生故障往往造成与之相关的1个或多个服务发生故障,导致故障定位的难度不断提高.因此,如何有效地检测系统故障、快速而准确地定位故障根因问题,是当前微服务领域研究的重点.现有研究一般通过分析故障对服务、指标的作用关系来构建故障关系模型,但存在运维数据利用不充分、故障信息建模不全面、根因定位粒度粗等问题,因此提出了AmazeMap方法.该方法设计了多层次故障影响图建模方法以及基于多层次故障影响图的微服务故障定位方法.其中:多层次故障影响图建模方法通过挖掘系统运行时指标时序数据与链路数据,考虑不同层次间的相互关系,能够较全面地建模故障信息;基于多层次故障影响图的微服务故障定位方法通过缩小故障影响范围,从服务实例和指标两个方面发现根因,输出最有可能的故障根因节点和指标序列.基于开源基准微服务系统和AIOps挑战赛数据集,从有效性和效率两个方面设计了微服务软件故障定位实验,并与现有方法进行对比,实验结果验证了AmazeMap的有效性、准确性和效率.

穿越走滑断层隧道错动影响分区及隧道节段式衬砌抗错断性能控制

为了揭示中国西部地区穿越活动断裂公路隧道工程的变形及力学特性,通过数值模拟分析了断层左旋走滑运动对隧道结构产生的错动响应,建立隧道受断层错动影响分区,并提出隧道节段衬砌铰接设计这一抗错断措施。通过对比在影响区内设置不同长度节段衬砌时隧道结构的应力、位移响应规律,得出最优衬砌节段布置形式。研究结果表明:断层走滑错动2.5 m时,隧道结构受错影响范围为断层与活动盘交界面附近2.7 d(d为隧道跨径)内,定义1 d~2.7 d范围内为次要影响区,1 d范围内为主要影响区;通过对比分析发现3 m节段对衬砌结构水平位移和最大剪应力的控制效果最好,峰值最大降低率分别达到了3.38%和43.34%;隧道结构在断层交界面附近水平位移达到最大,随后向两侧较远位置变形不断减小至平稳;可见隧道结构沿纵向所受的最大剪应力值集中在错动影响区内,且在此范围内变化相较此范围外更加剧烈,错动影响区是抗断层错动设防重点关注对象。研究结果可为隧道抗错断设计提供参考。

电阻型直流故障限流器的冲击特性研究

直流故障限流器能够快速限制故障电流上升,但需要关注其在故障冲击过程中的限流动态特性。为此,开展电阻型限流器的故障冲击特性研究。首先,理论分析并推导限流器串入前后系统直流电压、限流器耐受冲击电流的数学表达式。然后,搭建直流大电流冲击平台,研发限流器实验室样机;在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建限流器模型并开展冲击特性仿真分析。最后,分别对单线圈和多线圈并联结构的电阻型限流器进行大电流冲击测试。仿真与实验结果表明:故障冲击越大,限流器失超后电阻上升越快且幅值越大,限流效果越好;在冲击电压较低时,限流电阻会呈现先迅速上升然后下降的趋势。

滚动轴承保持架缺陷振动特征分析

滚动轴承的故障诊断中,以轴承保持架缺陷诊断最为困难,一方面保持架缺陷发展迅速,特别是冲压钢类型保持架,另一方面保持架冲击特征微弱,难以有效捕捉。针对此问题,通过分析现场滚动轴承保持架缺陷案例,研究保持架产生缺陷的振动特征,提供了一种诊断滚动轴承保持架缺陷的有效方法,即在水平布置的轴系中,当轴承保持架缺陷发展到后期,可由保持架特征频率调制该轴转频。

基于轻量级卷积神经网络的转子碰摩故障诊断

随着非平稳信号的时频故障特征表示技术的优势以及卷积神经网络(CNN)的出现,转子碰摩故障诊断已经达到了高精度。然而,基于CNN的故障诊断方法有许多缺点,提出了一种基于轻量级卷积神经网络(GHSQNet)与时频图相结合的转子碰摩故障诊断方法。该方法能够在保证故障诊断精度的同时占用更小的内存。实验结果表明,与其他轻量级卷积神经网络相比,提出的模型性能表现更加优越。识别准确率达到了99.39%,而模型大小只有1.07 MB,在移动端有很高的实用价值。

基于错位叠加法的同步液压马达冲击故障成分的降噪提取

同步液压马达经常工作于高负载条件下,对其进行在线故障监测可有效避免严重安全事故和经济损失。为提高故障监测的准确性,提出了一种基于改进的错位叠加法的同步液压马达故障成分自适应降噪以及提取方法,并以同步液压马达的齿轮磨损状态的声信号为对象进行了研究。实验表明,该方法对同步液压马达齿轮磨损状态的冲击故障成分具有良好的降噪和提取效果。

柴油机多源冲击振动信号稀疏表示及其故障诊断应用

柴油机在船舶、核电、车辆等领域应用广泛,对其进行监测与故障诊断具有重要意义。随着设备健康监测技术的发展,数据存储压力日益显著,信号稀疏表示成为一种有效的解决措施。针对柴油机振动信号具有强冲击、非平稳的特点,提出一种基于分解信号(Decomposed Signal,DS)字典的柴油机多源冲击信号稀疏表示方法,并以稀疏系数作为特征应用于柴油机气门间隙异常故障诊断。首先,采用变分时域分解(Variational Time-domain Decomposition,VTDD)对信号进行处理获得分解信号。然后,将分解信号组成DS字典。接着,通过正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法实现原信号和分解冲击信号的稀疏表示。最后,以稀疏系数作为特征进行柴油机气门间隙异常故障诊断。测试结果表明,所提方法具有较好的应用效果,故障诊断准确率高于90%。

深部回采工作面过断层期间矿压显现规律分析

为了进一步掌握深部冲击地压矿井工作面过断层期间超前压力影响范围,保证工作面顶板安全,采用数值模拟和理论分析相结合的方法研究鲁西南某冲击地压矿井回采过断层的影响,并建立了相对应的模型。结果表明:断层对煤层最大主应力分布影响较大,轨道顺槽巷帮最大主应力随与切眼距离增大而减小,而胶带顺槽巷帮最大主应力随与切眼距离增大,与断层距离减小而减小;随与切眼距离增大,与断层距离增大而增大。回采期间,其超前影响距离为85~95m区间,在回采期间应对轨道顺槽超前范围加强监测。

隐蔽致灾因素特征及防治措施研究

基于济宁何岗煤矿勘探资料、采掘工程揭露资料及相关试验成果,采用实地调查、井下观测、统计分析等方法,对研究区采空区、冲击危险性、地下含水体等隐蔽致灾因素进行详细研究,查明了对矿井今后生产有影响的隐蔽致灾因素9项,可以排除的隐蔽致灾因素3项,结合各隐蔽致灾因素特征提出针对性防治措施。

供配电设备制造企业设备安全隐患排查治理的研究及应用

设备是制造企业生产的核心,若存在安全隐患,可能导致事故、人员伤亡或财产损失。因此,周期性的设备安全隐患排查至关重要,可防患于未然,保护员工安全和生产顺畅。为保证员工安全、提高生产效率和质量、降低企业风险和成本。本文以叉车设备为例,利用FMEA方法,结合熵权法确定隐患排查的频次,建立针对企业叉车设备的安全隐患排查标准知识库,从而为企业设备提供了一套有效的安全隐患排查和治理标准。此外,本研究还明确了隐患排查的责任分配和治理要求,确保了设备安全管理措施的实施效率和有效性。

直驱型VICTS卫星通信天线的多层电机容错控制算法

针对载体冲击造成直驱型VICTS卫星天线的多层同轴系统功能层运动失控的问题,进行了失控现象故障容错控制算法研究。首先对多层同轴直驱伺服系统进行数学模型及系统组成分析;其次基于失控层的运动状态和冲击故障发生条件,提出一种新型针对冲击故障的容错控制算法,该算法包括3个部分,即失控发生时根据当前失控层状态规划新的运动状态、失控恢复后平稳切换到原规划状态及采用实时速度预测补偿控制系统延时;最后设计相应实验分别验证了所提出的故障容错控制系统针对故障发生在加速段、匀速段和减速段的有效性以及针对上下层多种工况状态下的有效性。研究对提高动中通卫星天线的抗扰动能力有重要参考意义。

基于奇异值分解和S变换的齿轮故障诊断研究

为了在强背景噪声干扰下能从核电行星齿轮箱齿轮故障振动信号中提取出冲击特征进行故障诊断,文章将奇异值分解与S变换相结合,并借助MATLAB软件辅助来处理信号中的噪声,提取突出故障信息的冲击特征。采用的方法为:从含有噪声的信号中建立Hankel矩阵,使用3种不同的奇异值选择方法,即奇异值中值法、特征均值法以及奇异值差分谱法,对Hankel矩阵进行奇异值处理后,再重构信号,达到降低信号噪声的目的;对重构信号进行S变换,获得该重构信号的时频谱图;对时频谱图进行S逆变换,得到重构信号的冲击特征。研究结果表明:将奇异值差分谱法与S变换相结合提取出冲击特征的效果最佳,可以为核电行星齿轮箱齿轮相关故障的诊断提供先验信息。

不同集气装置对断层土壤气观测数据质量的影响分析

针对我国中西部干旱少雨地区普遍使用的断层土壤气观测集气坑设计施工方案,不能有效排除东南部地区地下水埋深浅、储量丰富、季节性强降雨频发等环境因素影响,对于地势较洼或地下水补充迅速的台址,夏季强降雨容易导致潜水面快速抬升,造成测氡仪闪烁室出现进水故障,从而导致测得的氡浓度急速下降,对地震前兆数据的分析研究造成干扰。充分考虑仪器参数和运行环境,因地制宜对集气设施和观测井装置进行改进,提出堆土式集气室和钻孔套管式集气装置设计方案,宿迁市断层土壤气观测实践表明该方案可以满足在我国东南部地区开展断层土壤气观测研究的技术要求。

HVD分解和GA-BP神经网络结合的井架钢结构损伤识别

针对井架钢结构冲击载荷振动信号非线性、非平稳性对损伤识别的干扰问题,提出了一种基于希尔伯特振动分解(Hilbert Vibration Decomposition,HVD)与遗传算法优化的神经网络(Genetic BP Neural Networks,GA-BP)相结合的智能故障诊断方法。首先,利用HVD分解的方法处理冲击载荷作用下的加速度非平稳振动信号;其次,由斯皮尔曼相关系数选取HVD分解后的最优(Intrinsic Mode Function,IMF)分量,以最优IMF分量能量变化率构造特征向量;最后,通过特征向量建立数据集进行神经网络训练,完成信号的特征学习和故障分类。利用ZJ70型井架钢结构模型进行冲击载荷作用下的单处损伤和多处损伤的不同工况实验验证,结果表明:对于单处损伤位置识别率达到90%,多处损伤位置识别率高达96%,利用HVD分解与GA-BP神经网络相结合的方法具有较好的稳定性,能够准确判断出井架钢结构损伤位置,具有一定的实际应用价值。

断层群影响下工作面冲击地压致灾机理研究

为了深入研究工作面开采扰动下过断层群时诱发冲击的致灾机理,选取屯宝煤矿M4-5煤层WII02040501工作面为研究对象,研究断层群在工作面开采扰动过程中对工作面冲击致灾机理的影响,采用数值模拟研究工作面过断层群时围岩应力和能量演化规律,结合PASAT探测煤体应力研究工作面过断层群区域时应力演化,得出工作面在断层群“多场”影响下的演化特征,揭示断层群区域的滑移失稳及冲击致灾机理。研究结果表明,工作面回采前、后断层群对工作面应力分布均产生明显影响,工作面过煤层群时应力及能量产生“卸压”效果,呈现出提前活化现象,当过大落差断层群时应力及能量升高产生突变现象,断层损伤整体呈现出“由上到下、由中间到两侧”的特点,冲击危险明显增大;结合现场PASAT实测得出断层对煤层应力集中程度影响明显,验证了冲击危险区域分布特征受断层群煤体应力集中程度影响较高,为工作面过断层群冲击地压灾害预测提供了理论指导。

基于冲击脉冲传感器监测技术的矿用胶带机自动化机械监测研究

针对传统矿用胶带机轴承故障监测存在的数据偏差、数据误差、故障诊断准确性低等问题,构建了一种基于冲击脉冲传感器的胶带机轴承故障监测模型,然后利用模型方法验证实际应用效果。结果表明:迭代至100次时,与长短期记忆网络、时间卷积神经网络相比,模型方法的准确度分别高出0.08和0.13,且模型方法的收敛速度更快,损失函数降低更小,说明模型方法在矿用胶带机轴承故障监测过程中,具有较高的准确性和可行性;将模型方法应用于煤矿胶带机的实时监测中,可准确获取早期故障信号。

DETECTION OF EARLY RUB-IMPACT IN ROTORS VIA HIGHER-ORDER TIME-FREQUENCY ENTROPY

Due to the calculation problem of classical methods (such as Lyapunovexponent) for chaotic behavior, a new method of identifying nonlinear dynamics with higher-ordertime-frequency entropy (HOTFE) based on time-frequency analysis and information theorem is proposed.Firstly, the meaning of HOTFE is defined, and then its validity is testified by numericalsimulation. In the end vibration data from rotors are analyzed by HOTFE. The results demonstratethat it can indeed identify the early rub-impact chaotic behavior in rotors and also is simpler tocalculate than previous methods.