【电力期刊】基于免疫算法的无刷励磁发电机旋转整流器故障诊断.pdf

第27卷第5期
史力自化设各
Vol27 No 5
322007年5月
Eleclric Power Automation Equipment
May 2007
基于免疫算法的无刷励磁发电机
旋转整流器故障诊断
刘念1,谢驰2,王涛,陈实1,孙克金1,周步样,冉立
1.四川大学电气工程系,四川成都610065;2.四川大学测控工程系
四川成都610065;3.四川电力エ业调整试验所,四川成都610016
摘要:在大型发电机的无刷励磁系统中,旋转整流器承受着强大的离心力和电磁作用,故障发生
率相对较高。采用旋转整流器故障时交流励磁机淹转电枢产生的请波磁场在其定子励磁线图中感
应谐波电势的电磁特性,从中提取旋转整流器故障信号波形。运用傳里叶分解故障信号波形,对故
障信号波形的特征值进行编码处理,并用免渡算法中的反向选择算法对傳里叶分解后的故障特征
值进行计算,完成旋转整流器的故障诊岓。利用人工免疫的反向逃择算法,对一台15kW无刷励磁
同步发电机旋转整流器的短路与开路故障进行仿真诊断。仿真结果表明,基于免疫系统反向选择机
制的人工免疫算法,与傅里叶分解算法相结合,进一步提高了无刷励磁间步发电机旋转整流器故
暲诊断的准确,可达95%以上。
关键词;人工免疫系统:反向选择算法:旋转整流器;故障诊断
中图分类号:TM341
文献标识码:A
文章编号:1006-6047(2007)05-0032-04
组织调整,记忆的内容可按地址寻找。因此,抗原能
0引言
被冋样的抗体所标识。当有多种抗原出现时,系统有
由于无刷励磁方式取消了有刷励磁中的滑动接很强的抗干扰能力,能产生正确的抗体。
触部分和机械整流部分,从而具有无摩擦火花、维护
基于人工免疫系统的自我学习机理中的反向选
简单和可长期连续运行等许多优点,因此在大中型择机制,提出一种新的无刷励磁发电机旋转整流器
同步发电机中应用越米越多到。在无刷励磁系统中
故障诊断方法。当无刚励磁发电机的旋转整流器发
核心部分就是旋转整流器,其主要由整流元件
生故障时,通过实时监测电流和电压信号波形发生
极管或晶间管)、旋转盘、励磁调节器等组成。为了的改变,利用人工免疫的反向选择算法对这些故障
保证无刷励磁系统能正常工作,必须保证旋转整流
信号波形进行分析处理,可以确定旋转整流器发生
器工作在正常状态,而且在其发生故障时,能够快的故障类型
速且准确地诊断出故障类型*0?。
1故障信号提取
无刷励磁发电机旋转励磁系统结构十分复杂
系统运行干扰源多]。针对该复杂性的问题,采用
如图1所示,1套无刷励磁发电机组主要由1台
自然界免疫系统抗干扰的功能对无刷励磁发电机旋大型同步发电机、1台交流励磁机和旋转整流器组
转整流器故障诊断是非常有效的。
成,交流励磁机和旋转整流器相连,旋转整流器向
作为一个复杂的自然防御体系,免疫系统的主大型同步发电机提供励磁电流。因此,整流系统是
要功能是识别进人体内的外界物质(例如病毒)和发连接大型同步发电机和交流励磁机的关键部分,确
生变异的体细胞(例如细胞),并把它们从人体内保该系统工作在稳定可靠状态十分重要。
部清除。外来物质和变异体细胞被称为抗原,由免疫
电网
交流励磁机
旋转整流器
系统产生并用于杀死抗原的物质被称为抗体。免疫
て同步发电机
系统具有2个主要优点
定
木转了
a,它是一个分布式系统。其检測模式是分布式
子C2
的,它可以快速适应新的环境,能够自我学习、而且
还能随着环境条件的改变而改变。
电压信号
b.具有记忆能力。当免疫系统消灭抗原后
图【定子励磁回路提取转子噫信息
生记忆细胞,当与该抗原粗似的抗原出现时,系统就
Fig 1 Stator excitation loop for fault
infomation extraction
能快速产生相应的抗体,而且其记忆能力能够自我
利用一个电容分压器,旋转整流器故障信号可
收稿日期:2006-06-26;修回日期:2006-11-20
以从交流励磁机的定子励磁绕组中提取出来。然
方数据
第5期
対念,等:基于免疫算法的无刷励磁发电祝旋转蹙流器枚障诊断
后,利用傅里叶级数对提取的故障信号进行傳里叶法确定故障类型。但是,在故障诊断中,不仅需婁知
分解,分解后的故障信号波形可以看成是由不同的道系统是否发生故障,还需要及时确定故障类型。
诸波组成。经过频率分析处理后,不同谐波的振幅-其次,当受到保护的自我集合S中的字符串变长时,
般是不同的,而且振幅的值可以从傅里叶分解中得出。检测集R中的检测器数目将会成指数率增加,这将
因此、最后就可以利用反向选择算法对这些不同的会产生大量的无用检测器,同时会显著降低检测速度。
振幅值进行分析,从而达到故障诊断的目的。
需要受到监测保护的目标是无刷励磁发电机的
经过傅里叶变换后,从交流励磁机的定子励磁绕旋转整流器,这代表受保护月标只有1个,因此自我
组中提取出电斥信号可以表示为
集S中的有限字符串只有1个。在正常工作条件下
E(t)=A0+2 Ea sin(hat+2,
(1)使用一个电容分压器,旋转整流器的电信号可以从
交流励磁机的定子励磁绕组中获得,经过傅里叶数
の=2Tf=2T/
(2)数展开处理后,信号可以类似式(1)表示。但是,在
pr =arctan(B]/A
(3)实际应用中,k取一个有限值已经足够了,因此,经过
对式(1)进行数值积分变换,则A0、A、和B.可傅里叶展开的信号可表示如下
以用下式表示
Eo(t)=A 0o+> Eo sin(k at+Pu
∑E(t1)
其中n是有限值,可根据实际情况和要求设定
设Ao,E,Eon,…,Eo」为Ea)的特征值。然后
An-n-12e(t,)sin kot,
(4)依次对这些特征值进行单独编码。当然,编码模式
∑E(t:) cos kat
不是唯一的,可以根据实际情况和要求,灵活选择合
适的编码方法。最后,这些编码完的特征值按顺序组
在式(4)中,M是一个周期中的采样信号数,当成一个字符串、这个字符串就组成自我集S,也就代
旋转整涴器故障的电压信号数据被预处理后,借助表需要受到监测和保护的目标一一旋转整流器。
微处理器,利用反向选择算法对预处理后的信号进
旋转整流器枚障类型可以用集合W表示,如下
行分析,就可以诊断出旋转整流器发生的故障类型。所示:
2故障诊断方法
W=(Y1,Y2,Y3,…,Yn
(6)
式中m表示可能发生的故障类型总数;Y:(1≤i≤
自然免疫系统主要由2种淋巴细胞组成,分别
m)则表示第;类故障
是B细胞和T细胞。T细胞在胸腺中产生,有些T
因为反向选择算法只能检测出旋转整流器是否
细胞能和身体自身蛋白质发生反应,这些细胞被发生故障,却无法确定故障类型,因此需要对该算法
消灭,称为不成熟的T细胞,剩下的都是不能和自身进行一定的改进。
蛋白质发生反应的T细胞,它们都是成熟的。成熟的
为同时能够确定故障类型,检測集R就不能随
T细胞在体内不断循环,而且只和外来貨白质进行机