工程硕士论文范文精选十篇

来源: www.sblunwen.com 作者:lgg 发布时间:2018-07-18 论文字数:37415字
论文编号: sb2018071521161022044 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是一篇工程硕士论文,工程硕士专业学位在招收对象、培养方式和知识结构与能力等方面,与工学硕士学位有不同的特点。工程硕士专业学位侧重于工程应用,主要是为工矿企业和工程建设
本文是一篇工程硕士论文,工程硕士专业学位在招收对象、培养方式和知识结构与能力等方面,与工学硕士学位有不同的特点。工程硕士专业学位侧重于工程应用,主要是为工矿企业和工程建设部门,特别是国有大中型企业培养应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇工程硕士论文,供大家参考。

工程硕士论文范文精选篇一


1 绪论

1. 1研究的背景及意义
目前,煤矿高产高效技术迅速发展,各种重型采掘设备、大功率提升设备等被大量使用,矿井特别是井下电气负荷急剧增加,电力电缆越来越多地被应用于煤矿井下环境。由于电力电缆在煤矿井下环境应用数量的不断增加,再加上电缆运行时间和负荷的不断增长,煤矿电缆发生故障的次数越来越多。根据对全国126家电力电缆运行维护单位进行的数据统计表明:660V~10kV的煤矿电缆平均运行故障率在1997年为11.5次/(100km.a),在2001年为6.1次/(100km.a),相比验证自助领取彩金发达国家高出10倍左右。此外,据了解,电力系统部门在20世纪七八十年代里投入运行的XLPE绝缘电力电缆产品,在这几年里基本已经进入了高故障率时期。其中大约只有30%的电缆线路处于正常运行状态。大部分单位由于投资规模的限制,造成很多陈旧电缆超期运行,以至于电缆运行故障得不到有效控制。煤矿电缆故障跟煤矿安全关系密切,据统计,很多煤矿事故都是由井下电缆故障引起的[5]。例如:1998年10月9日21时,在河南省的某煤矿井下电缆着火,引发瓦斯爆炸,导致两名工人死亡。经过对事故的调查,由于井下电缆老化失修,发生漏电故障,导致了事故的发生。由煤矿地面变电所到井下中央变电站这段输电电缆距离长,环境恶劣,故障发生率高,这段电缆一旦出现故障,将造成整个井下断电,不仅影响生产,还对井下安全造成巨大威胁。而且这段电缆的故障寻测起来十分困难,往往要花费大量时间,造成不可估量的损失。因此迅速、准确地确定由煤矿地面变电所到井下中央变电站这段电缆的故障点,可以减少井下事故,提高井下供电可靠性,减少故障修复费用及停电带来的损失[3]。

1.2 电缆故障的原因
如果我们对电缆故障产生的原因有所了解,就可以在一定程度上避免电缆故障的发生,这对于快速测距是十分必要的。煤矿电缆故障的原因大致可归纳为以下几类[1]:
(1)电缆的机械损伤由机械因素造成的损伤是电缆故障形成的主要原因之一,如果电缆受到某些机械震动、冲击等就有可能造成电缆绝缘裂损,即使是轻微的损伤也有可能在一段时期后发展成为电缆故障。
(2)绝缘受潮引起电缆故障。这种情况大多是由电缆中各结构之间封闭不良引起的。
(3)绝缘老化变质引起电缆故障,大多数的绝缘过早老化现象是由电缆过热造成的。
(4)电压过高,超过额定电压有可能使电缆绝缘击穿,形成故障。
(5)材料、制作工艺不良将导致电缆参数不稳定,直接影响电缆质量。
(6)环境因素导致护层腐蚀,造成电缆故障。

1.3 电缆故障的性质与分类
电缆故障从形式上可分为断线故障,短路故障,接地故障以及多种形式并存的故障。断线故障指的是电缆一个或多个导线断开;接地故障是指导体对外皮或导体之间的绝缘下降,不能承受正常运行电压。实际的故障组合型式是多样的,图1-1给出了可能性较大的几种故障形式。说明:表中Z0为电缆的波阻抗值,一般在10~40Ω之间。以上分类的目的是为了方便选择测试方法,根据目前流行的故障测距技术,开路与低阻故障可用低压脉冲反射法,高阻故障要用冲击闪络法,而闪络性故障可用直流闪络法测试。在电缆的各类故障中,单相接地故障出现的几率最高,约占整个故障总数的80%左右,其次是两相短路故障,约占到12%以上,接下来就是两相接地短路故障,它的几率相对小一些,约占2%~3%,三相接地短路故障几率则更小,约占1%~3%,而且大多数都是由单相或两相故障发展而来的。单相接地故障容易引起电源三相不对称,引起设备工作失常,扩大事故范围,影响供电的可靠性。因此,研究出现几率最高的单相接地故障是十分必要的。

2 电缆线路的行波过程与建模

电缆故障发生后,故障行波在电缆中是如何传播的,以及影响故障行波传播的各种因素决定着如何建模并快速有效的提取、辨别有用的故障信号。此外,电缆故障测距方法也关系着本系统功能的实现以及系统的测距精度。本章将研究行波在电缆中的传播模式、传播特点、以及影响其传播的各种因素,并建立了煤矿地面变电所到井下中央变电站的输电电缆模型。此外,本章也具体分析了单端故障测距方法对本系统的适用性。

2.1 电缆线路的等效
电路电力电缆属于传输线的一种,当传输线的长度与它所传播信号的波长相近时,就称为长线。电缆故障行波中含有大量的高频分量,这些高频分量的波长相对于电缆长度来说是很小的。电缆随着所传送信号电压及频率的升高,芯线和外皮之间形成的位移电流和漏电流就越来越不可忽略。此外,芯线中的电流不仅会因导线上的电阻而在导线上产生电压降,而且还会产生交变磁场,该磁场又会感生出自感应电动势,因此,电缆线路可看成是由许多电阻R、电导G、电容C与电感L的等效元件相联结组成的,这些元件被称为电缆的分布参数[3]。电缆分布参数模型如图2-1所示。

3 电缆故障行波的信息处理—小波变换.......... 32-44 
    3.1 电缆故障行波信号的特殊性研究..........32 
    3.2 小波变换的基本理论 ..........32-35 
        3.2.1 小波变换的基本概念.......... 32-33 
        3.2.2 小波变换的性质.......... 33-35 
    3.3 选择小波变换分析电缆故障行波的原因.......... 35 
    3.4 电力电缆故障测距系统奇异性检测判据..........35-36 
    3.5 小波变换进行行波测距的具体步骤..........36-37 
    3.6 故障点信号选取.......... 37-40 
    3.7 小波基函数的选取 ..........40-41 
    3.8 尺度的选取 ..........1-42 
    3.9 db4 小波可行性验证.......... 42-43 
    3.10 本章小结..........  43-44 
4 电缆故障测距的Matlab 仿真.......... 44-52 
    4.1 Matlab 仿真模型 .......... 44-45 
    4.2 模型各参数设定.......... 45-46 
    4.3 仿真结果.......... 46-50 
    4.4 尺度选择对测距精度的影响..........  50 
    4.5 采样频率对精度的影响..........  50-51 
    4.6 本章小结.......... 51-52 
5 测距系统设计 .......... 52-72 
    5.1 系统整体结构..........  52 
    5.2 前置机硬件设计..........  52-62  
    5.3 RS485 通信电路设计..........  62-63 
    5.4 GPS 模块 .......... 63-64 
    5.5 系统软件设计..........  64-71 
5.6 本章小结 .......... 71-72

结论

论文以煤矿地面变电所向井下中央变电站输电的10kV输电电缆为研究对象,在算法上运用小波变换理论,对电力电缆故障点产生的暂态行波进行处理,确定暂态行波在检测端与故障点之间的传播时间,运用单端测距算法实现电缆故障的在线测距。在硬件上,利用GPS实现前置机和后台PC的时间同步,进一步提高了系统的精度。通过本文的研究工作,得到以下几个方面的结论:
(1)电缆发生故障时产生的行波信号是一个具有奇异性、非平稳变化的暂态信号。具有时频局部分析能力及信号奇异性检测能力的小波变换,可以满足系统分析故障信息确定故障行波达到检测端精确时间点的要求。dbN系的小波函数具有较小的支撑集和良好的信号检测能力,文中选取dbN系的小波基来对故障行波进行奇异点检测及模极大值提取。
(2)影响电缆故障暂态行波的因素主要有:行波的各种反射与透射、母线反射、接头反射等,这些干扰信息经过小波变换后会产生类似故障行波波头的模极大值点。论文对影响故障行波的各种因素做了具体的分析,使得故障信息更易于分辨。
(3)本文应用Matlab仿真软件,建立了单相接地故障仿真模型,综合运用Matlab语言、Simulink动态仿真工具、电力系统工具箱、信号处理工具箱、控制工具箱进行仿真,并对仿真结果进行计算处理。结果表明db4小波能够满足分析电缆故障行波提取故障行波波头,确定故障行波波头到达检测端时刻的要求,而且在1MHz采样频率时精度达到了0.128%。同时也得出了故障点过渡电阻对测距精度无影响;故障点距离测试点越远测距精度越高;db4小波尺度二下精度最高;采样频率越高精度越高的结论。

参考文献
[1] 任艳霞.电力电缆故障诊断与监测[D].北京:北京交通大学,2007.
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[10] 王年旭.DSP 基础与应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.


工程硕士论文范文精选篇二


第1章绪论

1. 1低压电力线通信OFDM技术研究背景
随着我国现代化进程的推进和能源需求的发展,电力系统运行的安全性和效率也要求随之提升。为了保障电力系统的安全稳定运营,实现电网的绿色运营,各国都在推进电网的智能化改进,加强对电力设施的运程监测与控制。随着坚强智能电网的建设,针对电网运营的特点,全国各地电力部门都开展了利用宽带接入系统服务电力业务的研究。中低压电力线宽带接入是智能电网中电力通信的重大方式之一,它为电力系统信息采集、数据传输、视频监控、保护控制等多种业务提供支持,是电网高效稳定运营的有力保障[1]。针对智能电网的运行需求,电力部门需要一种稳定高效的信息传送方式,解决数据、视频、语音等业务的需求。电力通信网络现阶段已经普遍以光纤为骨干,考虑到智能用电小区的实际环境,低压电力线宽带接入很适合作为光纤网络的延伸,满足智能电网条件下的通信需求。作为朝着底层网络的延伸,低压电力线通信(LPLC)己经在国家电网公司的多个试点项目中进行广泛以用在用电信息采集试点项目中,集中器与电力核心网通过光纤或者宽带无线接入系统连接,而集中器与用户电表之间的通信多数就是通过LPLC,尤其是宽带LPLC来实现的。OFDM是一种新颖的多载波调制技术,宽带LPLC广泛应用了 OFDM技术,WiMax和McWiLL等国内外流行的宽带无线接入技术的物理层也是以OFDM技术为核心的。另外,TDD-LTE和FDD-LTE等新一代移动网络的物理层技术亦是在OFDM基础上发展出来的。
OFDM 全称为 Orthogonal Frequency Division Multiplexing,是一种以多载波调制为基础的频率复用技术[4]。该技术的本质思想是:将信道分成若干个正交子信道,把传输速率相对较高的数据流分割成多个并行传输的速度较低的子数据流,分别调至到不同的子信道传送。因为这个处理过程会带来各个子信道符号周期的相对增加,所以低压电力线信道上的多径时延扩展所带来的时间弥散性对系统的影响也就会有得到相应的降低;同时为每个OFDM符号插入一个长度大于信道最大时延扩展的保护间隔,也能够最大程度上降低伴随多径效应产生的符号间干扰(Inter Symbol lnterference, ISI);而且,通常选用的循环前缀来作为保护间隔的方法,对于避免多径效应引起的信道间干扰(Inter Code Interference,ICI)也有很好的效果。OFDM技术利用把频率选择性衰落信道转换成相对平坦的子信道的方法,很大程度上消除了多径衰落效应。经过处理后的每个子信道的带宽只相当于原始信道带宽中很小的一部分,这就使得信道均衡的实现相对来说比较容易。基于OFDM频谱利用率高,抗多径干扰与频率选择性衰落能力强等方面的优势,该技术的推广有广阔的前景,但它又存在峰均功率比高、信道估计困难、频偏严重等问题。针对OFDM的关键技术问题,研究信道估计技术、降低峰均比(PARA)技术。提升OFDM系统效率同时降低系统误码率,为OFDM技术广泛应用打下基础。

1.2 OFDM国内外研究现状

1.2. 1 OFDM在PLC中应用研究现状
随着技术的发展,近年以来PLC技术的研究逐渐转向了应用OFDM发展宽带PLC的领域。正交频分复用(OFDM)技术在频域上将整体信道分割成多个互相正交的子信道,这些信道的频谱相互重叠。正交的设计使得子信道间的相互干扰得到了降低,频谱利用率得到了大幅提高。另外,由于各个子信道上承载信号的带宽都要远小于整体信道带宽,因此可以认为每个子信道基本上都是平坦的,这样的话可以大大减小符号间干扰,这样还得到一个效果,那就是信道均衡得意大大简化。由于OFDM本身优良的多径干扰能力强以及较高的频谱利用率,该技术在多种通信技术领域应用广泛,在ADSL中采用的离散多音调制DMT本质上说就是一种OFDM技术。当前国际上对OFDM在全数字电力载波通信中的研究也是方兴未艾,在2000年4月,Intellon公司推出的基于OFDM的PLC设备组网试验获得了成功,实现了高达14Mbps (频带:4.3MHz?20.9MHz,84路载波)的数据传输速率。我国的PLC技术研究起步较晚,但近年来有了较快的发展。中国电力科学究院自1997年开始研究PLC技术,主要考虑在低压抄表系统中应用该技术,传输速率较低。1998年开发出样机,同年完成实验室功能测试,1999年在现场进行试运行,获得了产品的登记许可。2000年开始引进国外的PLC芯片,研制了2Mbps的样机,2001年下半年在沈阳供电公司进行了小规模现场试验,试验效果良好,并于6月20日在沈阳通过验收[6]。深圳国电科技有限公司是国网信通公司下属企业,该公司2000年初就着手研制室内用PLC产品。目前已经基于美国Intellon公司的14Mbps芯片开发出室内应用型PLC产品。下一步准备采用DS2的45Mbps芯片,研制传输速度达到20Mbps的户内PLC联网设备。

第2章低压电力线信道分析

2.1低压配电网中阻抗与衰减特征简介研究
低压配电网络中电力线上的输入阻抗,对于改进发送机,提高系统效率,优化网络的输入功率等方面具有重大的意义。低压电力线的输入阻抗和信号频率有着密切的关联。在理想条件下,当负载为零时,电力线可以视为阻抗均匀分布的信号传输线。实际情况中,考虑到分布电感和分布电容的作用,输入阻抗会随着频率变化。频率增大,输入阻抗会相应减小。当考虑电力线中的负载时,所有的输入阻抗都会相应变小。但是,根据不同的负载类型,不同频率条件下的阻抗变化也各不相同,因而实际情况中的电力线输入阻抗变化异常复杂,甚至可以说在某种程度桑这种变化是不可预测的[|4]。在频率变化的情况下,电力线输入阻抗的变化是十分剧烈的,实验室测试显示变化范围超过了 1000倍。而且,在实验所测的频率范围内,输入阻抗随频率的变化也于理论分析中的变化趋势不同,阻抗并未严格随频率的增大而减小,有时甚至与之相反。为了研究该问题,通常视电力线为一条传输线,上面挂接了各种形式多种多样的负载。这些负载和电力线路本身组合多层次的共振电路,在共振频率及其附近频率会上形成一个低阻抗区。这些低阻抗区之间的组合起来会在局部上降低整个线路的阻抗,进而产生违反电力线上阻抗变化的一般规律。同时,由于电力线上随时可能随机性接入或者切除负载,整个线路的阻抗也会随机的大幅改变。高频信号的衰减是在低压配电网络中进行电力线载波通信存在的又一个严重问题。
对高频信号而言,在非均匀分布的低压配电网络中,各种不同性质的负载在这根电力线的任意位置随机地接入或者切除。因此,这种不稳定性造成了高频信号在低压配电网络中的传输必然存在信号衰减。显然,这种衰减与通信距离、信号频率等都有密切关系。总体而言,信号传输的距离越远,信号衰减问题越严重。但是,由于电力线本身的复杂结构,挂接在线路上的负载的阻抗不严格匹配,造成这条非均匀不平衡的传输线上的信号会存在反射、驻波等复杂现象。这些现象的联合作用下,信号衰减也不是简单的随着距离的变化而线性变化,有可能出现局部的反趋势变化现象。另外由于低压配电网中三相电源所接的负载大小和性质各不相同,同样强度的信号在三相上也就会产生不同的的衰减。这种现象有时就表现为接收机和发送机的位置不变,接在不同相上,通信的误码率不同。

第3章 降低PAPR算法研究......... 25-44 
    3.1 OFDM系统峰均功率比......... 25-26 
    3.2 降低PAPR的主要方法......... 26-34 
        3.2.1 信号预畸变类方法......... 27-28 
        3.2.2 编码类方法......... 28-31 
        3.2.3 概率类方法 .........31-34 
    3.3 基于四维超混沌和哈达码变换......... 34-40 
    3.4 基于分割优选和四维超混沌......... 40-43 
        3.4.1 改进算法描述 .........40-41 
        3.4.2 仿真结果及分析......... 41-43 
    3.5 本章小结 .........43-44 
第4章 OFDM信道估计算法研究......... 44-52 
    4.1 OFDM信道估计概述......... 44 
    4.2 导频信道估计算法分析......... 44-47 
        4.2.1 一阶线性插值算法......... 46 
        4.2.2 基于MMSE准则的插值算法......... 46-47 
    4.3 基于分形插值和自适应滤波信道估计......... 47-51 
4.4 本章小结......... 51-52

结论

针对智能电网的运行需求,电力部门需要一种稳定高效的信息传送方式,解决数据、视频、语音等业务的需求。电力通信网络现阶段已经普遍以光纤为骨干,考虑到智能用电小区的实际环境,低压电力线宽带接入很适合作为光纤网络的延伸,满足智能电网条件下的通信需求。作为朝着底层网络的延伸,低压电力线通信(LPLC)己经在国家电网公司的多个试点项目中进行广泛以用。OFDM是一种新颖的多载波调制技术,宽带LPLC广泛应用了 OFDM技术,WiMax和McWiLL等国内外流行的宽带无线接入技术的物理层也是以OFDM技术为核心的。以OFDM技术为基础的PLC系统,是一种优良的电力通信技术体制。OFDM是一个有效地对抗电力线信道衰落特性并且提高频谱利用率的很好的选择。OFDM系统一般釆用相干解调,因此接收端需要先进行信道估计,信道估计是OFDM系统中的关键技术之一,本文做了深入研究。另外OFDM系统峰均功率比过高的问题也是限制OFDM应用的一大障碍,本文也将此作为了课题的核心之一。以下是对本文完成的主要工作的总结:
(1)对低压配用电网的通信环境进行了研究,分析了阻抗与衰减特征,构建了低压电力线信道模型,描述了传统电力线通信的调制方式并进行了比较。另外还研究了 OFDM基本理论。主要从OFDM的发展历程,进而分析OFDM技术体制的基本原理与优缺点。
(2)提出了改进的选择性映射降低PAPR方法:基于四维超混沌和哈达码变换的改进SLM方法。首先给出了四维超混沌序列的生成过程和哈达码变换的基本方法,然后对改进算法进行了描述,并对其性能进行了研究与分析。理论分析表明这种方法可以有效的降低OFDM系统的PAPR,同时对比传统SLM方法明显降低了计算复杂度。仿真实验充分验证了该算法的优越性。
(3)在前一种算法基础上,提出了基于分割优选和四维超混沌的进一步改进算法。综合了分割优选的技术方案,进一步提高了 SLM算法的降低PAPR效果,仿真实验显示,该算法较本文提出的第一种改进方案运算实际复杂度提高有限,但是降低效果又有了进一步提高。
(4)提出了一种新的基于导频的信道估计算法:基于分形插值和自适应滤波的信道估计。首先对算法基本原理及特点进行了描述,并对其的性能进行了研究与分析。理论分析表明该算法充分考虑了实际信道的非线性和突发性,能准确地估计出实际信道的频率响应。仿真结果验证了本算法的有效性。
本文仅对基于OFDM的PLC系统进行了简单的介绍,对OFDM的信道估计算法进行了浅显的研究,同时对降低PAPR的研究还不够深入。对低压电力线复杂环境以及电力行业应用的特点考虑仍然不足。将来可以进一步研究的内容还有:
(1)不同信道条件下,最优导频的研究。
(2)自适应信道估计的研究。
(3)在PLC系统中OH3M改进算法物理实现设计。

参考文献
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工程硕士论文范文精选篇三


第一章绪论

1.1课题的背景及意义
电力通信网论文范文是一种专为电力行业服务的专用通信网,由变电站、发电厂及各级电力部门相互连接的传输系统和设在这些部门的交换系统或终端设备构成,是电网重要组成部分。电力通信网的安全性、可靠性直接关系到电力系统的安全、稳定生产运行。近几年来,随着电力系统的不断发展,大量电网业务需要通过电力通信网进行传输,电力系统对于通信网的依赖性增大,通信网可靠性对电力系统的影响也愈加严重。因此,电力系统生产运行部门对电力通信网的质量要求也越来越高,不但要求电力通信网能够提供足够的通信能力,更要求电力通信网要具有很高的安全性、可靠性。在解决电力系统通信能力需求方面,各个电网公司通过扩建网络,升级网络等解决了这个需求问题,但是这仅仅解决了通信量的问题,而对于通信质量提高却研究得比较少。提高电力通信网的通信质量、增加电力通信网的可靠性是电网公司对电力通信网坚持的原则。提高通信网可靠性不能仅依靠通信网的设计阶段对网络进行优化设计,还需要研究电力通信网可靠性,通过指标的量化及评估发现当前通信网中存在的可靠性问题,及时采取措施。这样才能满足电力通信网的飞速发展和电力系统对电力通信网可靠性要求。而目前电力系统通信部门在通信网可靠性评价上尚未建立统一的评价指标及评价方法,更没有指导实际工作的评估软件。电力通信网的可靠性不能仅理解为是否正常工作,而没有量化的评价指标。电力通信网可靠性是一个复杂的多状态问题,不能简单地归为中断与否,需要更为准确、客观的方法描述通信网的可靠性状态。将指标落实到具体部门和人员,以统一有效的评估方法对通信网可靠性进行评估可有效查找问题和潜在威胁,提高通信网可靠性及管理水平。

1.2国内外研究动态
电力通信网是电网系统调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础;是保证电网安全、稳定、验证自助领取彩金运行的重要手段;是电力系统的重要基础设施。由于电力通信业务对通信的可靠性、保护控制信息传送的及时性和准确性具有极严格的要求,并且电力部门拥有建立通信系统的特殊资源优势,因此,世界上大多数国家的电力公司都以自建为主的方式建立了电力系统专用通信网[国外的通信网可靠性研究开始较早,主要集中在网络拓扑结构的连通性上,研究的是任意两点和特定两点之间通信的连通性,以及能够进行通信的节点对的数量。这方面的研究大致可以分为两部分:通信网硬件可靠性和软件可靠性。硬件可靠性研究的是节点和链路所构成的拓扑结构的连通性,软件可靠性研究的是路由算法、网路组织、维护和网管对通信网可靠性的影响。目前,硬件可靠性的研究已经比较成熟,软件可靠性的某些问题(如:网络业务及网络相关的因素变化后网络可靠性的变化如何等)还需要进一步研究在通信网可靠性的研究方面,日本和美国都有不少研究。
日本所制定的“稳定基准”,对设备发生不可预知的故障、过负荷等异常使用状态下应确保的接续、传输质量及其可靠性做出了规定,并对系统一般故障和异常故障时的稳定质量要求进行了分配。美国方面,美国电信产业联合会(ATIS)所属的TIAI委员会专门负责网络可靠性方面的研究,并发表了一些技术报告。联邦通信委员会(FCC)为研究网络的可靠性于1991年成立了NRC (Network Reliability Council)委员会,现在已经被NRIC (Network Reliability and Interpretability Council)所代替。Bellcore将可靠性问题归纳为RQGR (Reliability and Quality Generic Request)问题,分四大类进行了讨论,即:可靠性预测的概念、建模和测试,可靠性物理设计和元件的要求,可靠性和质量保证的要求,可靠性和质量的监督以及现场可靠性的监控程序。另外,美国T1电信标准委员会和欧盟电信委员会在通信网可靠性标准和管理方面做了大量工作。

第二章电力通信网可靠性评估指标体系

电力通信网是一个复杂网络,通信网按功能大体可划分为传输网、业务网和支撑网三部分。传输网是“信息”广域交互的基础平台,业务网可以更灵活地适应小颗粒业务的接入、交换等,支撑网用于满足系统同步运行,并实时监控设备状态、电路调度等。这三个网络从系统的角度可以分为光传输设备、接入设备、行政交换机、调度交换机、载波设备、微波设备、通信电源、综合数据网设备、调度数据网设备、同步时钟设备、视频会议设备、卫星设备、ATM设备、网管系统、配网通信设备等。而从电力通信网所承载的业务可分为调度自动化业务、继电保护业务、安全稳定控制业务、配电网自动化业务、电力通信网监控业务、电力市场运营系统业务、行政办公业务等?。电力通信网的可靠性一方面受网络元件及管理因素的影响,另一方面又直接影响电力通信网承载的业务。因此分析电力通信网的可靠性需从网络元件及业务运行状态两方面进行分析才能得到系统的、完整的、合理的可靠性指标体系,建立指标过程如下图2.1。

2.1指标体系选取原则
通过对电力通信网可靠性的分析以及结合实际情况,指标体系的建立需遵循下列原则:
(1)综合性原则:将电力通信网看作一个整体来进行研究,综合影响电力通信网可靠性的指标,系统地、全面地反映电力通信网运行状态;
(2)科学性原则:选用的指标要具有前瞻性,能够反映电力通信当前及今后的发展前景,并且指标要具有独立性,尽量避免冗余;
(3)灵活实用性原则:指标体系的设计要考虑到实际使用的简易性,指标含义要跟实际系统相符,具有现实统计基础。
指标的选取最终影响系统的评价结果,因此本文在选取指标的过程中综合考虑了实际应用与理论研究,以使评价指标最大程度的满足选取原则。

第三章 基于层次分析法及SOM网络...........30-38 
    3.1 层次分析法 ...........31-32 
    3.2 SOM自组织特征映射神经网络........... 32-35 
        3.2.1 SOM神经网络模...........32-35 
    3.3 实例分析........... 35-37 
    3.4 本章小结........... 37-38 
第四章 电力通信网可靠性评估系统软件........... 38-60 
    4.1 软件实现意义........... 38 
    4.2 开发平台........... 38 
    4.3 电力通信网可靠性评估系统需求........... 38-43 
    4.4 电力通信网可靠性评估系统总体........... 43-58 
        4.4.1 系统数据库设计........... 43-46 
        4.4.2 系统实现........... 46-58 
    4.5 电力通信网可靠性评估系统质量分析........... 58-59 
        4.5.1 低成本 ...........58 
        4.5.2 可靠性强........... 58-59 
        4.5.3 可扩展性高........... 59 
    4.6 本章小结 ...........59-60 
第五章 总结与展望 ...........60-62 
    5.1 本文总结 ...........60 
5.2 今后的主要工作........... 60-62

结论

电力对人们的生产、生活及国民验证自助领取彩金有着重大的影响,电力供应的安全稳定是电力工作的重中之重,而电力生产的不容间断性和运行状态变化的突然性,要求电力通信有高度的可靠性和灵活性[31]。而且电力通信网公用通信网和其他专网来说具有实时性要求高、网络结构复杂、无人值守机房居多、业务复杂和通信范围点多面广等特点,因此研究电力通信网可靠性具有十分重要的意义。本文以系统的角度出发,对电力通信网可靠性进行全面综合地研究。研究工作取得了如下成果:
(1)电力通信网可靠性评估指标体系设计本文从网络拓扑、管理、环境变量和节点四个维度建立电力通信网可靠性评估指标体系,并创新地使用复杂网络理论对电力通信网拓扑结构进行评估分析,解决了其他算法存在的建模复杂、算法效率低下等问题。
(2)使用主观与客观结合的方式,运用层次分析法和SOM网络对电力通信网进行评估,并实例评估验证了该方法的有效性和可行性
(3)电力通信网可靠性评估软件的设计及开发在理论研究的基础上,本课题基于.NET及SQL Server数据库技术开发了实用、快速的电力通信网可靠性评估软件。该软件包括权重设计模块、评估模块、评估结果分析模块、数据库管理、用户管理等模块,可实现电力通信网的及时、有效评估,能提高电力通信网的管理效率和管理水平。

参考文献
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工程硕士论文范文精选篇四


1 绪 论

1.1 研究的意义
遗传算法是一种基于“适应生存”的高度并行、随机、自适应搜索方法。它将问题的求解表示成“染色体”的适应生存过程,通过“染色体”群的一代代不断进化,包括复制、交叉和变异等操作,最终收敛到“最适应环境”的个体,从而求得问题的最优解或满意解。具体的计算过程是首先将实际的优化问题编码成符号串,也称码串、染色体。将实际问题的目标函数转变为染色体的适应函数,然后在随机产生的一批初始染色体的基础上,根据各染色体的适应函数值进行繁殖、交叉、变异等遗传操作产生下一代染色体。适应函数值的大小决定了该染色体被繁殖的概率,从而反映了适者生存的原理。交叉和变异操作通过随机的和结构化的交换各染色体之间的信息从而可能产生更加优秀的染色体。这样经过逐代遗传,就会产生一批适应函数值很高的染色体,最后将这些染色体解码还原就可以获得原问题的解。遗传算法用于无功优化中,就是在电力系统环境下的一组初始解受各种约束条件限制,通过适应值评估函数评价其优劣。适应值低的函数被抛弃,适应值高的才有机会将其特性迭代到下一轮解,最后趋向于最优解。遗传算法是一种通用的优化算法,其编码技术和遗传操作比较简单,优化不受限制性条件的约束。由于它具有很强的对非线性和复杂问题的全局搜索能力及其简单通用、鲁棒性强的显著特点,引起了不同研究领域人们的广泛注意,它有许多与传统优化算法不同的特点。

1.2模拟退火算法
模拟退火算法是模拟加热熔化的金属的退火技术来寻找全局最优解的有效方法。该算法模拟了金属溶液冷却或退火的过程,即退火过程中能量逐渐减小,而退火结束后,金属的能量最小。模拟退火方法用一个随机接受准则有限度地接受恶化解。因恶化解中可能包含有导致优良解的基因片,使算法可能从局部最优解中跳出。同时接受恶化解的概率慢慢变小,保证了算法的收敛性。应用模拟退火算法进行无功优化,可通过随机扰动来产生解群,这种算法寻优能力也强于简单遗传算法。此算法是一种随机的启发式搜索方法,适用于处理非线性规划问题。理论证明,模拟退火算法能够以概率收敛到全局最优解。但在实际应用中,算法的收敛性和计算速度取决于退火方案的选择。为了使最终解尽可能接近全局最优,退火过程不能太快,但这又使算法的计算时间过长。该算法寻优结束时能得到优化问题的最小值,但其参数的选取比较复杂。此外,模拟退火算法在较高温度时接受概率较大,易于接受新解,有利于搜索空间的扩展,而在温度降低以后几乎只接受优化解。传统的遗传算法最为严重的问题是“过早收敛”问题。模拟退火算法收敛速度快,能以较大的概率找到全局最优解或准全局最优解。随着问题的扩大,与简单遗传算法相比,此算法优越性表现得愈来愈明显。

1.3专家系统
专家系统方法是在结合其他方法的基础上根据专家经验设置初始值,并不断调整控制参数的大小,直到取得一个比较好的解。将专家系统应用于无功优化的主要优点在于它以常规算法为基础,与运行人员的知识结合后功能增强,己开发的系统大都是基于专家经验和数值计算程序的混合。将电网知识即专家经验与优化方法结合起来来解决无功优化问题具有很强的适用性。可对PV节点电压、PQ节点的无功出力进行人为的调整控制,对电压越限与无功越限的节点调整控制变量使之朝不越限的方向发展。遗传算法与灵敏度方法相结合的两阶段无功优化法是先用遗传算法找到一个较好的解,再用灵敏度分析法求得全局最优解。用灵敏度指导模拟退火搜索进行无功优化,可提高寻优速度,节省时间。

1.4Tabu算法
TS算法是近年来伴随计算机技术的发展而产生的“现代启发式”优化技术,是一种扩展邻域的启发式搜索方法。从一个初始解开始,通过迭代逼近最优解。对应于每个解,TS定义一个解的邻域。在每一步迭代过程中,从当前解的邻域中启发式地选择一系列的特定搜索方向即“移动”作为试探,并选择实现一个最好的“移动”。为了避免陷入局部最优解,Tabu搜索中采用了一种灵活的“i己忆技术”,即将最近若干次迭代过程中所实现的“移动”的反方向“移动”记录到Tabu表中。凡是处于Tabu表中的“移动”,在当前迭代过程中不允许实现。另外,为了尽可能的不错过产生最优解的“移动”,Tabu搜索还采用了“释放准则”策略,当一个“移动”满足“释放准则”,即使它处于Tabu表中,这个“移动”也可以被实现。由上可见,法包括移动、Tabu表和释放准则三个基本要素。在配电网无功优化过程中,Tabu搜索法得到很广泛的应用。主要表现在对基本的Tabu算法进行改进,将改进的遗传算法中优化编码技术引入Tabu算法,并在此基础上退出迭代判定条件、动态管理Tabu表深度和动态管理邻域搜索规模等,用以处理补偿电容器分档投切的组合优化。此外还可通过Tabu算法优化配电电容器的投切策略。Tabu算法寻优速度较快,但不能在整个寻优空间同时开始搜索,因此初值的好坏直接影响到算法的收敛速度和解的质量。TS与常规的启发式方法不同的是,TS在逼近最优解时允许解出现退化现象,这样更有利于寻找全局最优解。TS法已成功地用于求解复杂的组合优化问题,近年来TS法被引入电工领域,应用于求解输电系统最优规划、机组检修计划、配电电容器投切策略等,均取得了较好的效果。

第二章电力系统无功优化问题

2.1功率因数的概念和意义
功率因数是指电力网中线路的视在功率供给有功功率的消耗所占百分数,是有功功率与视在功率之比,称作功率因数。功率因数是反映电力用户用电设备使用状况、电能利用程度及用电管理水平的一个重要指标。功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中,除消耗有功功率外,还需要无功功率。电网中的电力负荷如电动机和变压器等,大部分属于感性负荷,需要从电网中吸取无功功率,当视在功率s一定时,电网给感性负荷提供的无功功率越多,则供给负荷的有功功率越少。由公式cos沪一P/s可知,。。s沪比值越小,说明电路用于交变磁场吞吐转换的无功功率越大,从而降低了设备利用率,增加线路供电损失,因此在电力网的运行中,我们所希望的是功率因数越大越好。电路中有功功率一定时,功率因数越小,无功功率就越大。在电能输送和利用过程中,输电线路与用电设备需要感性无功,这就使得电路中功率因数减少,电能损失、电压下降,为了保证电能质量,提高设备利用率,就要使得电网中的无功功率保持平衡,应使功率因数尽量接近于1。因此,《全国供用电规则》中规定了无功功率就地平衡的原则。它要求用户应在提高用电自然功率因数的基础上,装设无功补偿设备,并做到随自身负荷和电压的变动随时投切,防止无功倒送进系统。

第三章 粒子群优化算法................. 22-32 
    3.1 粒子群优化算法的产生背景................ 22-23 
    3.2 粒子群优化算法(PSO)的优点................ 23 
    3.3 粒子群优化算法(PSO)的基本原................ 23-25 
    3.4 基本PSO的算法流程................ 25-26 
    3.5 粒子群优化算法的改进措施................ 26-28 
    3.6 粒子群优化算法在电力系统................28-30 
    3.7 本章小结................ 30-32 
第四章 基于粒子群优化算法的无功优化................ 32-37 
    4.1 概述................ 32 
    4.2 无功优化的数学模型................ 32-34 
        4.2.1 功率约束方程................ 32-33 
        4.2.2 变量约束条件................ 33 
        4.2.3 目标函数................ 33-34 
    4.3 基于粒子群优化算法................ 34-36 
    4.4 本章小结................ 36-37 
第五章 算例仿真结果与分析................ 37-44 
    5.1 IEEE30节点系统的优化结果................37-39 
    5.2 IEEE57节点系统的优化结................39-42 
    5.3 实际算例优化结果与分析 ................42-43 
5.4 本章小结................ 43-44

结论

本文较为详细的阐述并分析了一种新的现代启发式算法一一粒子群优化算法,并用于电力系统无功优化以及目标年无功规划问题的求解。基于前面几章的讨论,可以得到以下结论:
(1)粒子群优化算法利用目标函数本身的信息确定寻优方向,而不是根据导数信息确定寻优方向,能够同时处理优化变量中的连续变量和离散变量,因而可以求解不可微的非凸函数。
(2)粒子群优化算法从随机产生的多个初始解出发,在整个解空间同时开始搜索,并进行多极值比较,具备很强的全局搜索能力,可以给出较好的优化解。算法在全局寻优的同时,能够有效的协调全局搜索与局部搜索,因而很好的避免了遗传算法容易出现的过早陷入局部最优的现象。
(3)粒子群优化算法在求解过程中,每次迭代中进行潮流计算的次数只与粒子个数有关,而与优化变量的维数无关。由于群体中各个粒子的搜索是独立进行的,因此算法又具有内在的并行计算特性,提高求解速度。因此该算法同样适用于求解大系统的无功优化问题。
(4)利用粒子群优化算法对IEEE3O,IEEE57,高邑电网试验系统进行了无功优化计算,计算结果表明了该方法具有良好的收敛特性和计算速度,体现了算法的正确性和有效性。

参考文献
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工程硕士论文范文精选篇五


1 绪 论

1.1 变压器油纸绝缘老化研究的意义
截至 2006 年底,我国发电装机容量达到 5.8 亿 kW,年发电量 2.83 万亿 kWh,预计到 2010 年全国发电装机容量将达到 7.5 亿 kW,发电量将达到 3.8 万亿 kWh;2020 年全国发电装机容量将达到 13.5 亿 kW,发电量将达到 6.1 万亿 kWh[2]。而验证自助领取彩金的持续快速发展一方面使电力需求快速增长,预计在未来的 15 年间,我国新增装机将超过 5 亿 kW[3]。另一方面对如此大容量电力系统的安全运行和供电可靠性提出了更高的要求。一旦发生大面积的停电事故,将给国家和人民带来巨大损失。目前,我国电力行业普遍面临着这样一个局面:上个世纪六七十年代或稍后投运的变压器大多己接近或者超过设计使用年限,但出于降低成本的考虑,这些变压器仍在服役。如进口的 250MVA/500kV 变压器,若单以自身的价格计算,平均约 133 万美元/台,国产同规格的也达到 1000 万元/台左右[4];否则,电力企业就会面临大批更换变压器的局面,势必造成大量集中的资金支出及设备安装调试;而中国电力行业又正处于打破垄断机制、建立新格局的转型期,这个阶段提高验证自助领取彩金效益是非常重要的。因此,尽量延长电力变压器的服役年限、充分挖掘运行潜力,不仅可以推迟设备的更新,更可获得因变压器寿命的延长带来的额外效益,有利于电力企业验证自助领取彩金效益的提高,但必须保证所有这些老旧设备的安全运行。近年来,变压器年台次事故率呈增加趋势。据统计,与 2003 年度相比,2004 年度110 kV 级变压器年台次事故率增加了 0.04 个百分点,220 kV 级变压器增加了 0.46个百分点, 500 kV 级变压器增加了 0.16 个百分点。另外,变压器绕组是变压器损坏事故的主要损坏部位[5],2005 年度共发生绕组绝缘损坏事故 10 台次,容量847.5 MVA,占总损坏事故台次的 55.6%,占总损坏事故容量的 45.0%;因此,如何有效地监控大型油浸电力变压器的固体绝缘老化状况并采取相应对策,确保老旧变压器安全、可靠运行,己经成为一个越来越受到重视的问题[6]。
油浸电力变压器主要采用油-纸结构,其主要绝缘材料为绝缘油、绝缘纸、纸板等。变压器内部固体绝缘材料发生故障或劣化变质时,通常认为比绝缘油的缺陷更为严重。固体绝缘材料绝缘性能的下降,不但可能导致变压器主绝缘或纵绝缘的击穿事故,而且固体绝缘材料又很难像绝缘油那样通过脱气、过滤、甚至换油的方法来改善其绝缘性能。在故障诊断中,由固体绝缘材料性能劣化产生的影响受到了更为广泛的重视[7]。据统计,2004 年 110kV 及以上等级电力变压器事故统计分析表明,由绝缘劣化引起事故台次占事故总台次的事故率高达 81.1%和占总事故容量的事故率达 86.9%[8]。目前,有关变压器内绝缘老化的研究已有 40多年的历史,通过进行油纸绝缘热老化试验,从拉伸强度和平均聚合度、油中溶解气体、油中糠醛含量等化学特征量来研究变压器内绝缘老化,并取得了一定的成果。但这些手段只是对变压器内绝缘老化程度的表征,不能对内绝缘老化降解的机理进行深入、详细的分析,直到目前还没有形成内绝缘老化方面系统而成熟的理论[9]。随着现代分析技术和计算机技术的飞速发展,热分析和光谱等技术在探索聚合物内在结构中具有举足轻重的作用。据研究,变压器油纸绝缘材料的老化其实质是化学反应的渐变过程,必然会引起绝缘材料结构发生变化如图 1.1[10]。热分析是测量物质的物理或化学参数对温度依赖关系的一种技术。由于物质的物性参数大都与温度有关,所以热分析技术的广泛应用便可想而知了。另外,热分析方法研究变压器油纸的老化,与热老化实验相比具有很明显的优点:测试时间短,能使材料快速热降解;所需样品少 ,一般只需几毫克或十几毫克,对环境污染小,分析灵敏度高,能够方便的对样品进行定性与定量分析等[11]。本文以热分析技术快速探索油纸绝缘材料降解的规律和预测变压器的老化程度,尝试揭示油纸绝缘降解的本质,从而为研究减缓变压器内绝缘降解速度的新型材料提供研究理论基础。故此,对大型电力变压器油纸绝缘材料快速热降解机理研究具有重要的学术意义和十分客观的工程应用价值。

2 油纸绝缘热分析实验基础

2.1 引言
电力变压器油纸绝缘在长期运行中受到电场、水分、温度等因素的联合作用逐渐老化,其老化的物理过程相当复杂。目前,聚合度被认为是最能客观反映绝缘老化的程度,用于变压器的寿命评估。但变压器绕组不同部位的劣化情况会因运行温度的差异而有所不同,导致聚合度分布具有一定的分散性;另外,测量的准确度也受到溶液配置、测试环境及操作人员等各种因素的影响。热分析技术在聚合物领域的应用现已很广泛,特别是从 60 年代开始,应用热分析技术研究聚合物的物性变化,进行结构分析等方面发表的文章越来越多。根据 ICTA 统计,1980 年年会发表的文章中高聚物方面的数量占总论文的31.26%[83],可见热分析技术应用于聚合物的研究方面很普遍,同时也显示这种技术对聚合物研究的重要性。绝缘纸属于高聚物,利用热分析技术分析具有快速、用量少等优点,分析绝缘纸在热裂解过程中由于结构的变化导致的活化能变化,可快速预测变压器油纸绝缘的老化寿命。

2.2 变压器内绝缘材料

2.2.1 变压器油
变压器油的主要成分是环烷烃,占总量的 80%以上,还有少量的芳香烃、烷烃等。烷烃属于线型分子结构;环烷烃是环状闭合结构,饱和且无双键,性质比较稳定;芳香烃指含苯环的烃类,主要有烷芳香烃、多环芳香烃等。变压器油中的环烷烃具有较好的化学稳定性和介电稳定性,粘度随温度变化较小,分子为封闭的环状链、结构严密、不易破坏,并且凝固点低、使用温度范围广、介质损耗因数小、介电强度高,但抗氧化性能稍差。芳香烃在天然石油中含量较少,但在环烷基石油中含量较高。芳香烃比烷烃和环烷烃的化学性质都活泼。在一定条件下,芳香烃加氧就可以生成相应的环烷烃。多环芳香烃易被氧化生成酸和胶状物等。芳香烃的苯环在 1000℃以上才可以开环分解,热稳定性最好。它在绝缘油中起天然抗氧化剂作用,有利于改善油的抗氧化安定性与介电稳定性,并具有吸气性能,对改善绝缘油的吸气性具有重要作用。烷烃的化学性质最不活泼,但在高温或催化剂作用下,可以被氧气氧化,发生断链。在无氧且加热到 400℃以下时,烷烃分子将断裂,称烷烃裂化。裂化将生成小分子烷烃和烯烃。烷烃在无氧且加热到 700℃以上时,会发生深度裂化或“裂解”,其主要产物是低分子烯烃。在变压器油的烃类中,烷烃的热稳定性最差,抗氧化安定性比环烷烃差,但对抗氧化剂的感受性良好[12]。

3 油纸绝缘的热分析研究................... 27-41 
    3.1 引言................... 27 
    3.2 实验部分................... 27-29 
        3.2.1 老化设计方案................... 27-28 
        3.2.2 热重(TG)实验................... 28 
        3.2.3 差示扫描量热(DSC)实验 ...................28-29 
    3.3 热分析实验研究................... 29-39 
    3.4 小结 ...................39-41 
4 油纸绝缘降解动力学分析................... 41-61 
    4.1 引言................... 41 
    4.2 热分析动力学研究................... 41-52 
        4.2.1 动力学模型的基本方程................... 41-43 
        4.2.2 动力学模型的基本思想................... 43-44 
        4.2.3 机理方程G ( α) 的选择方法................... 44-46 
        4.2.4 动力学模型的求解................... 46-52 
    4.3 热降解动力学分析................... 52-56 
    4.4 热降解与热裂解的关系................... 56-59 
    4.5 小结................... 59-61 
5 结论 ...................61-62

结论

本文以油浸式变压器常用的普通牛皮纸和 25#环烷基变压器矿物油组合为研究对象,设计了油纸复合绝缘恒温加速热单因子老化试验,定期取样测试绝缘纸聚合度,再通过用于描述油纸绝缘降解的二阶修正模型求取热降解活化能和指前因子;对取出的不同老化程度的油纸绝缘进行热重(TG)实验和差示扫描量热(DSC)实验。DSC 可得绝缘纸裂解吸热的热焓值,通过热分析动力学求取热裂解活化能和指前因子。得到如下主要结论:
① 油纸绝缘热重(TG) 实验可分为两阶段:第一阶段对应绝缘油的挥发和绝缘纸吸附水的蒸发;最重要的是第二阶段,对应绝缘纸纤维素的裂解,230~380℃是热裂解主反应温度区间,差示扫描量热(DSC) 实验也给予了证明。同时,大量热重(TG) 实验表明,β =9℃/min 升温速率下计算的热裂解活化能用于判断油纸绝缘的老化更准确。
② 110℃老化样品的聚合度和热裂解活化能、热焓存在良好的指数关系,说明热重法和差示扫描量热法可以成为一种快速判断油纸绝缘老化程度(以聚合度值表示)的方法,与常规测试聚合度方法相比,节省时间和经费,且更环保。
③ 提出了分 3 个阶段(前期 DP=1200~800、中期 DP=800~401、后期DP=400~251)来描述实验室加速老化时油纸绝缘的热降解动力学过程,每个阶段有不同的热降解活化能和指前因子。
④ 依据小于 140℃时变压器油纸绝缘降解机理不变原则,可认为低于 140℃下每个老化阶段对应的热降解活化能和指前因子不变;再根据绝缘纸处于老化 3 个阶段中具体阶段的判断,确定出该阶段的活化能和指前因子,由此可以预测变压器正常运行温度下的老化寿命。

参考文献
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工程硕士论文范文精选篇六


第一章 绪论

1.1 引言
自 20 世纪 90 年代以来,世界范围内进行的电力工业市场化改革打破了传统的发电、输电、配电一体化的垂直结构,引入竞争以实现商业化经营已成为当今全球电力工业发展的必然趋势。电力市场运作的模式以市场结构开放和竞争程度的不同,可划分为垂直垄断模式、发电竞争模式、批发竞争模式和零售竞争模式;若以市场交易集中程度的不同,可划分为电力库(电力联营)模式、双边交易模式及混合交易模式(电力库模式+双边交易模式)。世界上各个电力市场的实践在交易类型、运营模式上呈现出不同的表现方式,但其共同点是在新的市场机制下,发电公司、供电公司及电力用户将以独立的市场参与者成为电力市场中的主体[1]。在垂直垄断管理模式下,水电系统的验证自助领取彩金运行由电网调度部门统一安排,只能被动地接受其下达的发电计划。水电系统优化调度的目的,就是在给定可用水量或给定发电量下,得到调度周期内的最大发电量和最优出力过程,为电网计划部门科学地安排电站的负荷(发电计划)提供依据[2]。水电系统的验证自助领取彩金运行由于涉及面广,考虑因素多而带来了优化的极大困难。为了简化问题,通常按照计划的时间跨度将最优运行问题分解为一组长期、短期和实时发电调度问题,对每一组调度问题建立相应的数学模型进行求解。这些数学模型对系统描述的详细程度随调度周期的减少而增加。这样分解的结果减小了问题的规模,使问题更利于求解。关于长期和短期调度之间的协调,更多评论可参考文献[3]。水电优化调度的研究兴起于 20 世纪 60 年代,到 80 年代达到一个研究高潮。1985 年,Yeh[4]对当时的研究现状做了一个经典的回顾,并分别对线性规划、非线性规划、动态规划、模拟方法行了系统的总结和评述。之后,水库群优化调度的“维数灾”问题成为一个关注点和研究难点,各种降维处理方法得以应用于控制问题的求解规模。另一方面,新兴的智能优化理论的引入也在不断丰富着水电调度问题的求解思路。水电优化调度研究与径流过程紧密相关,按入库径流过程描述的特点,水电优化调度可分为显随机优化和隐随机优化两类途径。2004 年,Labadie[5]依据这种分类方法,对各种优化方法在水电调度中的应用研究加以评述,并对随机动态规划、实时调度及智能优化方法的应用作了系统的总结。
随着电力体制的改革和市场化的推进,水电走向市场,按照“公平、公正、公开”的原则参与竞价上网,将是水电发展的必然趋势[6]。然而水电由于其自身存在诸多特有的运行特点,这些特点使得水电参与市场竞争有着其特殊性,主要表现为[7, 8]:1) 水电厂商验证自助领取彩金效益与社会效益的冲突。水电站往往兼有发电、防洪、拦沙、环境和下游航运条件等多方面的巨大综合效益。发电产生直接验证自助领取彩金效益,而防洪、拦沙、航运等产生社会效益。对于水电厂而言,这两种效益往往是冲突的,尤其是电力市场环境下以自身利润最大化的调度目标的转变,凸现了两者的矛盾。2) 与水库的规模和调节能力有关。水库的调节能力不一样,有年、季、月和日调节之差别,水库调节性能的好坏很大程度上决定了水电厂在发电市场中的竞争力。显然,径流式电厂几乎无竞争策略可言;库容大、调节能力强的水库在参与市场时竞争力较强。3) 能量受限的问题。水电站的发电量不仅受其自身技术参数的影响,而且受其用水量的限制。而可用水量限制了水电厂的总体发电能力,必然影响其决策。4) 时段耦合(相关)性强。这体现在两方面,其一,由于一定时期内水库的入流量是有限的,从而导致调度期内各时段用水相互制约;其二,水电厂的水头特征、流量特性使得水电站任意时段的运行方式都将影响所有后续时段的运行。因此,各时段间的发电用水决策具有强烈的相关性,这为水电厂制定调度决策增加了难度。5) 受入库径流预报精度的影响。入库径流是水电厂签订长期合约、参与现货市场竞价等一系列市场行为的重要依据,预报精度将直接影响到发电公司电量安排的理性和可行性,与电厂的验证自助领取彩金效益密切相关。预报结果的准确与否,在很大程度决定了竞价方案的成功与否。6) 水电机组启停快,在备用市场中仅有旋转备用,无热备用的前导时间,能有效地跟踪负荷的变化,以及水电机组不受机组启停次数的限制,也不受最小停运时间和最小持续运行时间的限制等特点,将提高水电厂在参与辅助服务市场、实时平衡市场的竞争力。7) 振动区的限制。受水轮机固有振动频率的制约,在水电机组可运行出力范围存在一个或者若干个区域,若水电机组运行在该区域内,将使水电机组产生强烈振动,危及机组安全运行。在安排水电运行方式时,应避免水电运行出力点落入该区域。

第二章 随机线性规划理论与场景生成的技术实现

2.1 引言
随机规划理论衍生于随机优化领域,其模型方法与数学规划有着密切的联系。概率统计的理论研究表明未来是不能完全预测的,对于未来的随机性应当给予足够的重视,而随机规划理论的目标就在于寻求考虑随机因素的精确优化解。在建立实际问题的数学规划模型时,人们发现,在很多问题中会出现随机变量。最初,人们在数学规划问题中用这些随机变量的数学期望来代替随机变量本身,从而得出一个确定性的规划问题。但后来发现,这样得到的解很可能不能满足约束条件,不符合实际需要。将概率论与数学规划相结合,以更好的处理数学规划模型中面临的随机因素,随机规划得以产生和发展。1956 年,Dantzig和Ferguson[115]首次提出以随机规划的方法研究某些航线上航次需求的随机性问题,建立基于补偿概念的随机规划模型以达到航空公司利润最大化的目标。另外一篇在数学规划问题中考虑随机变量的开创性工作是Charnes和Cooper[116]在 1959 年做出的。他们在研究炼油企业中如何建立适当规划的储油设施时发现,某些约束条件中含有随机变量,而实际问题并不要求这些约束条件一定以概率 1 得到满足,而只要求满足这些约束条件的概率大于某一指定数值即可。根据这一研究发现,从而建立起了机会约束规划方法,这种方法是对数学规划问题中约束条件概念的一个推广。随机规划对随机性的处理有着比确定性的数学规划,更适合于某些实际问题的特征,随着线性规划、非线性规划和动态规划基础理论和算法的迅速发展,随机规划理论得以不断完善。实际问题的求解通常要求在没有随机变量实现信息的情况下做出决策,基于补偿的随机规划二阶段问题和机会约束规划问题均属于此种类型,且在电力系统中已得以应用。

第三章 基于随机线性规划的水电站............. 50-64 
    3.1 引言 .............50-52 
    3.2 问题的描述............. 52-53 
    3.3 预测值模型............. 53-54 
    3.4 随机变量的场景树建模............. 54-55 
    3.5 基于随机线性规划的中长期合............. 55-57 
    3.6 算例分析............. 57-63 
    3.7 小结............. 63-64 
第四章 基于随机线性规划的............. 64-76 
    4.1 引言............. 64-65 
    4.2 随机变量的场景树建模............. 65-66 
    4.3 基于随机线性规划的水电站组合............. 66-68 
    4.4 风险评估............. 68-69 
    4.5 算例分析............. 69-75 
    4.6 小结............. 75-76 
第五章 考虑电价风险的水电站短期优化调............. 76-100 
    5.1 引言 .............76-77 
    5.2 电力市场环境下的风险管理方法............. 77-84 
    5.3 确定性框架下考虑电价风险的水电站短期优化调度模型....... 84-87 
5.4 基于改进的快速进化算法和遗传算法的混合优化算法的实现...... 87-93

结论

电力市场环境下,水电系统的优化调度管理模式发生了重大转变,水电站作为独立的发电企业参与市场竞争,面临着市场交易风险,其目标转化为追求收益的最大化和风险的最小化,其优化调度的结果将作为进一步市场交易及竞价的依据。本文的研究重点在于充分考虑径流和电价的随机性下,水电系统的优化调度与相应的市场交易策略,并进一步融入风险管理的方法,建立相应的考虑风险的优化调度模型。
本文以二滩水电系统的优化调度为研究实例,结合国家自然科学基金重点项目“市场条件下流域梯级水电能源联合优化运行和管理的先进理论与方法”,对考虑随机性及风险性的水电系统优化调度及市场交易策略问题进行了深入研究,取得了一些有价值的研究成果,主要体现在以下几个方面:
(1) 详细介绍了随机线性规划的模型建立、求解及模型优越性指标的评估计算。基于时间序列模型及启发式方法,具体实现了场景树模型的构建以作为随机线性规划模型的输入。面对基于场景优化问题的规模巨大造成的求解困难,具体分析并实现了基于快速后向缩减法的场景缩减技术。以缩减前后随机数据过程的概率距离最小化为优化目标,在尽量减少场景数量的同时保持了随机变量场景树模型的重要特征。场景缩减技术以降低随机数据过程表述的精确度为代价以求有利于问题的求解,进一步扩展了随机线性规划方法的应用范围。
(2) 以场景树模型表示径流和电价的随机性,将远期合约决策与日前市场交易决策作为随机规划框架下的不同阶段决策,建立新型的基于随机线性规划的水电站中长期合约电量决策模型。并将此模型分别与预测值模型及不同决策模型下的随机规划模型进行比较,二滩水电站的计算结果说明:① 在充分考虑随机性的影响下,水电站会签订大量的远期合约来规避未来可能场景以保证收益的稳定性;② 不同决策模型下的随机线性规划模型对远期合约交易决策及收益的影响是一致的,并且均比预测值模型具有更大的收益优势。

参 考 文 献
[1] Shahidehpour M, Yamin H, Li Z. Market operations in electric power systems: forecasting,scheduling, and risk management[M]. New York: Wiley, 2002.
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[4] Yeh W W G. Reservoir management and operations models: A state-of-the-art review[J]. Waterresources research, 1985, 21(12): 1797-1818
[5] Labadie J W. Optimal operation of multireservoir systems: State-of-the-art review[J]. Journal ofWater Resources Planning and Management, 2004, 130(2): 93-111.
[6] 张玉山,李继清,纪昌明,等. 市场环境下水电运营方式的探讨[J]. 水电自动化与大坝监测,2003, 27(5): 8-10.
[7] 何莉. 水电厂参与市场竞价问题研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2007.
[8] 曾勇红, 王锡凡. 电力市场下水电厂竞价综述[J]. 电力自动化设备, 2006, 26(10): 101-105.
[9] 曾勇红. 仿射尺度算法及其在水电系统优化调度中的应用研究[D]. 武汉: 华中科技大学,2004
[10] 王金文. 仿单纯形法及其在短期水电系统发电调度中的应用[D]. 武汉: 华中科技大学,2003.


工程硕士论文范文精选篇七


1. 绪论

1.1研究背景
国内外目前运行中的高电压、大容量的电力变压器普遍采用充油式变压器,充油式电力变压器内部的主要绝缘材料是变压器油、绝缘纸和纸板等A级绝缘材料。变压器内产生的气体可分为“故障气体”和“正常气体”,正常气体是变压器在正常运行时因绝缘系统的正常老化而产生的气体;故障气体则为变压器发生故障时引起的绝缘材料的热分解或放电分解而产生的气体。根据GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》,电力变压器油中产生气体原理主要是绝缘油的分解和固体绝缘材料的分解。绝缘油又称变压器油,是由天然石油经过蒸馏、精炼而获得的一种矿物油。它是由各种碳氢化合物所组成的混合物,其中碳、氢两元素占全部重量的95%~99%。主要的碳氢化合物有10%~40%的环烷烃、50%以上的烷烃和5%~15%的芳香烃,以及其他一些成分组成[5]。这些分子中含有CH3*、CH2*和CH*化学基团并由C-C键键合在一起。由于电或热故障的结果可以使某些C-H键和C-C键断裂,伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物自由基,这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合,形成氢气和低分子烃类气体,如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等,也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物(X—蜡)。故障初期,所形成的气体溶解于油中;当故障能量较大时,也可能聚集成自由气体。油纸绝缘包括绝缘纸、绝缘纸板等。纸、层压板或木块等固体绝缘材料分子内含有大量的无水右旋糖环和弱的C-O键及葡萄糖贰键,它们的热稳定性比油中的碳氢键要弱,并能在较低的温度下重新化合。聚合物裂解的有效温度高于105℃,完全裂解和碳化高于300℃,在生成水的同时也生成大量的CO和CO2以及少量烃类气体和呋喃化合物,同时绝缘油被氧化。CO和CO2的形成不仅随温度升高而加快,而且随油中氧的含量和纸的湿度增大而增加[1]。电力变压器在正常运行过程中,绝缘材料在热、电等作用下将逐渐老化,产生某些可燃性气体,使油的闪点降低,引起早期故障。当存在潜伏性过热故障或放电性故障时,产气量和产气速率会逐渐增加,气体在油中不断积累,并经过对流、扩散而不断溶解,直到饱和而析出气泡。因此,变压器油中溶解气体的产生机理与变压器油和绝缘材料的性能密切相关。通过分析电力变压器油中溶解的气体甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙稀(C2H4)、乙炔(C2H2)以及一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)的组分和含量及产气速率,就能够及早发现变压器内部存在的潜伏性故障,判断其是否会危及设备安全运行,这种方法称为溶解气体分析法(Dissolved Gas Analysis简称DGA),是监视充油电气设备安全运行的最有效的措施之一。利用气相色谱法分析油中溶解气体监视充油电气设备的安全运行在我国已有30多年的使用经验[6]。我国的国家标准GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》和DL/T 596-1996《电气设备预防性试验规程》将溶解气体分析法作为首要推荐方法。

1.2变压器油中溶解气体浓度预测的研究现状
电力变压器油中溶解气体的浓度预测是实现电力变压器故障预测的前提条件,是电力变压器在线监测技术和状态检修的基础,在电力变压器状态检修成为必然趋势的今天,电力变压器油中溶解气体的浓度预测也越来越受到国内外专家学者的重视,形成了多种以DGA数据为特征量的预测方法。对于变压器的故障预测,比较常用的有早期的回归模型法,时间序列模型法,近期方法有人工神经网络模型法和灰色模型法等。
(1)基于回归分析法的预测技术回归预测是根据历史数据的变化规律,寻找自变量与因变量之间的回归方程式,确定系统的模型参数,据此作出预测。根据自变量的多少可将回归问题分为一元和多元回归:按照回归方程的类型可分为线性和非线性回归。回归分析法一般适用于中期预测。回归分析法要求样本量大且要求样本有较好的分布规律,当预测的长度大于占有的原始数据长度时,采用该方法进行预测在理论上不能保证预测结果的精度。另外,可能出现量化结果与定性分析结果不符的现象,有时难以找到合适的回归方程类型。
(2)基于时间序列分析法的预测技术时间序列分析法,就是把预测对象的历史数据按一定时间间隔进行排列,构成一个随时间变化的统计序列,建立相应的数据随时间变化的变化模型,并将该模型外推到未来进行预测。实际问题中,多数预测目标的观测值构成的序列表现为广义平稳的随机序列或可以转化为平稳的随机序列。因此,依据这一规律建立和估计实际序列的随机过程模型,并用它进行参数值预测。时间序列预测方法有一阶自回归、n阶自回归、自回归滑动平均等方法,这些方法有一个共同的缺点是所需历史数据较多。
(3)以DGA为特征量的神经网络预测法人工神经网络方法是通过模拟人脑神经元活动的过程,用神经元的特性和连接模式来学习和表达知识。由于人工神经网络具有并行分布处理、自适应、联想、记忆及聚类和容错性等诸多优点。研究表明,人工神经网络可以作为“预测器”,即利用人工神经网络把时间序列的历史数据映射到未来数据。人工神经网络作为预测器,被广泛应用在水文、气象、地质、金属腐蚀等领域的预测,但在电力变压器故障预测中的应用还相对较少。文献[7]将人工神经网络与灰色预测模型相结合的组合预测方法,引入了时间序列子修正系数和关系修正参数,把该方法应用于电力设备油中溶解气体的预测。

第 2 章 灰色系统理论基础

2.1概述
在现实生活中,由于事物本身的复杂性和人们知识的局限性,人们只能把握研究对象的部分信息所呈现的大致范围,而不是其全部信息或确切信息。灰色系统理论是一种研究少数据、贫信息不确定性问题的系统科学新方法,以“部分信息已知,部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象,主要通过对“部分”已知信息的生成、开发,提取有价值的信息,实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控[34]。1982年由我国原华中理工大学(现华中科技大学)邓聚龙教授创立并发展起来的灰色系统理论认为,系统的庞大性、复杂性仅仅是“标”,而不是“本”,系统的“本”是灰性。承认灰性,研究灰性,是灰色系统理论的宗旨。通常随机过程以先验概率为出发点来研究数据的统计规律,因而这种方法是建立在大数据量基础之上的。但有时候,即使有了大量数据也未必一定能找到统计规律,因为概率论或随机过程研究的典型分布是十分有限的,对于非典型的分布过程,往往难以处理。灰色系统理论把随机过程看成灰色过程,认为任何随机过程都是在一定幅值范围和一定时区变化的灰色量。在社会、验证自助领取彩金、工业、农业、生物等诸多领域中,是根据研究对象所属的领域和范围命名的,而灰色系统却是按颜色命名的。在控制论中,人们普遍接受用颜色的深浅来描述信息的明确程度。如艾什比(Ashby)将内部信息未知的对象称为黑箱(BlackBox)。因此,用“黑”表示信息未知,用“白”表示信息完全明确,用“灰”表示部分信息明确,部分信息不明确。相应地,信息未知的系统称为黑色系统,信息完全明确的系统称为白色系统,而部分信息明确,部分信息不明确的系统称为灰色系统[35]。灰色系统理论发展到现在,已形成了以灰色朦胧集为基础的理论体系,以灰色关联空间为依托的分析体系,以灰色序列生成为基础的方法体系,以灰色模型(GM)为核心的模型体系,以系统分析、评估、建模、预测、决策、控制、优化为主体的技术体系[36]。

第3章 遗传算法基本原理及实现技术.................. 27-35 
    3.1 遗传算法的产生与发展................. 27 
    3.2 遗传算法的原理及特点................. 27-29 
        3.2.1 遗传算法的原理................. 27-28 
        3.2.2 遗传算法的特点................. 28-29 
        3.2.3 遗传算法的思想................. 29 
    3.3 遗传算法的基本实现技术................. 29-34 
        3.3.1 遗传算法的编码 .................30-31 
        3.3.2 遗传算法的适应度函数................. 31-32 
        3.3.3 遗传算子................. 32-33 
        3.3.4 遗传算法的运行参数................. 33-34 
    3.4 本章小结 .................34-35 
第4章 融合遗传算法和灰色理论的油中溶................. 35-51 
    4.1 油中溶解气体浓度发展趋势的特征分析 .................35-36 
    4.2 基于灰色Verhulst 模型的油中溶解................. 36-39 
    4.3 基于灰色Verhulst(ρ)模型的气体浓度预测................. 39-48 
        4.3.1 灰色Verhulst(ρ)模型的引出.......................... 39-41 
        4.3.2 遗传算法优化背景值参数................. 41-48 
    4.4 变权灰色Verhulst(ρ)模型气体..................................48-50 
    4.5 本章小结................. 50-51 
第5章 基于灰色理论的电力变压器故障预测................. 51-61 
    5.1 电力变压故障诊断的标准谱 .................51-52 
    5.2 基于灰色关联度的电力变压器故障诊断................... 52-56 
    5.3 综合关联度电力变压器故障诊断方................. 56-57 
    5.4 电力变压器故障预测分析 .................57-60 
5.5 本章小结................. 60-61

结论

电力变压器是电力系统的核心设备,是影响整个电力系统安全运行的主要因素。通过对电力变压器运行状况进行监测,及时有效的判断其运行状态,提前发现其潜伏性故障,将对电力系统的安全运行具有十分重要的意义。目前,电力变压器故障预测主要采用基于油中溶解气体分析(简称DGA)的方法,本文首先分析了电力变压器油中溶解气体浓度预测方法和油中溶解气体数据特征。根据灰色系统理论特点结合遗传算法本身具有的优势,在系统研究灰色GM(1,1)模型、灰色GM(1,1,ρ)模型、灰色 Verhulst模型的建模方法的基础上,选择灰色Verhulst预测模型作为变压器故障预测的主要方法。同时,研究了目前灰色Verhulst(ρ)模型中背景值构造参数 ρ 选择的两种调整方法:预测误差法和后验差检验法。采用遗传算法选择灰色Verhulst(ρ)模型参数,结合大量实验,对遗传算法的选择、交叉和变异参数进行合理选择。在采用变权灰色Verhulst(ρ)模型对电力变压器油中溶解5种特征气体浓度预测的基础上,分别应用改进的灰色关联度和灰色面积关联度对变压器故障类型进行分析判断,并通过电力变压器故障实例分析其可靠性和有效性。本文主要研究内容与结论如下:
(1)深入研究电力变压器故障预测的研究内容和意义。明确了电力变压器故障预测分为电力变压器油中溶解气体预测与电力变压器故障诊断两部分内容及本文研究的整体思路。对目前电力变压器油中溶解气体预测与电力变压器故障诊断的技术现状进行了系统的分析。对神经网络、灰色理论、支持向量机和模糊理论的基础理论及在电力变压器故障预测中的应用进行研究的基础上,确定重点研究灰色理论、遗传算法及其在电力变压器故障预测中的应用。
(2)深入学习灰色理论和遗传算法的基础理论知识,掌握了灰色GM(1,1)模型、灰色GM(1,1,ρ)模型、灰色 Verhulst 模型及遗传算法各种参数选择的基本建模方法,并分析这些算法在电力变压器应用中的理论基础及应用中的优缺点。
(3)本文首先对电力变压器油中溶解气体数据特征进行分析。针对收集到的电力变压器油中溶解气体的浓度数据的统计分析研究,发现电力变压器油中溶解气体浓度数据中,大部分并不是随时间严格按照指数增长规律变化的,而是呈现单峰性的数据特征。灰色Verhulst适合于非单调的摆动发展序列或有饱和的S形序列,因此本文选择采用灰色Verhulst模型预测电力变压器油中溶解气体浓度。并对灰色Verhulst模型预测结果与灰色GM(1,1)模型、灰色GM(1,1,ρ)模型预测结果进行了对比分析,验证了采用灰色Verhulst模型预测电力变压器油中溶解气体浓度的可行性。

参考文献
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工程硕士论文范文精选篇八


1. 绪论

1.1研究背景
随着国民验证自助领取彩金的持续快速增长和全面建设小康社会进程的推进,我国能源需求必将持续增长,全国电力需求逐年上升,部分地区在用电高峰时段供电紧张,一些地区甚至出现拉闸限电,电力供应不足的矛盾开始显现。2010年之前,我国电力需求年均增长7%左右,年均需净增装机容量2300OMW至26000Mw。由于我国能源消费以煤为主,由此产生的环境污染、生态破坏、地表塌陷、酸雨等问题日益严重,减排温室气体、应对气候变化的压力也越来越大。为此,我国在不断提高能源利用效率、节约能源资源的同时,积极开展节能减排发电优化调度,大力开发利用可再生能源,加快调整能源结构,逐步降低煤炭等化石能源在能源消费结构中的比重,并把此视为我国能源的发展趋势。水电是可持续利用的清洁能源,科学开发、合理利用水能资源是保障我国能源供应的重要措施。水电是技术成熟的可再生能源发电方式,一直受到世界各国的高度重视。上世纪三十年代到七十年代是发达国家水电建设的高峰期,目前发达国家的水能资源已基本得到开发,由于验证自助领取彩金发展阶段的差异,发展中国家正在陆续进入水电建设的高峰时期。我国西高东低的地势,蕴藏着得天独厚的水能资源,理论蕴藏量约为694400衅,年发电量约60000亿KW•h;技术可开发装机容量540000MW,年发电量24700亿双•h;验证自助领取彩金可开发装机容量约400000姗,年发电量17500亿KW•h。经过多年的努力,我国水电建设取得了很大的成绩,水电装机容量持续增长,到2007年底,全国水电装机容量达到了148000MW,年发电量4867亿KW•h,分别占全国发电装机总容量的20%和发电量的15%,水能资源开发程度仅为25%左右。按照能源中长期发展规划,到2010年常规水电装机容量达到194000MW;占电力总装机容量的26.0%,开发程度达35%;到2020年常规水电装机容量达到32800OMW,占电力总装机容量的28.6%,水电开发程度将达到60%。

(2)水电发展的形势一流域的开发
从空间分布上看,全国水电资源总量的四分之三集中在验证自助领取彩金相对落后、交通不便的西部地区,其中云、川、藏三省(自治区)就占60%。其次是中南和西北地区,分别占15.5%和9.9%。而验证自助领取彩金发达、用电负荷集中的华东、华北、东北三大地区,包括辽、吉、黑、京、津、冀、鲁、苏、浙、皖、沪、粤、闽等13个省(直辖市)仅占7%左右,且开发程度较高。从时间分布上看,我国大陆多属季风气候区,河川径流年内、年际分布不均,丰枯季节、丰枯时段流量相差悬殊,自然调节能力不好,稳定性差。因此,为满足能源的实际需求,必须重视具有调节性能的水库水电站开发,发挥流域梯级水库及区域水库群的联合调度优势,发挥大区域水库之间的相互补偿优势“’。例如国务院批准的清江上隔河岩水库、高坝洲水库及水布娅水库的开发方针为“流域、梯级、滚动、综合”,边组织生产,边探索总结,在体制、管理模式中成功建立以业主负责制和现代企业的公司化管理机制为特征的“清江体制”,形成流域开发、滚动发展rs,。同时按照我国能源白皮书中提出的要求,中国今后将推进水电流域梯级综合开发,加快大型水电建设,因地制宜开发中小水电,适当建设抽水蓄能电站。所以,流域梯级开发是今后水电发展的必然趋势,同时流域梯级开发也加快了我国水电的发展。随着流域的开发,流域梯级水库已经初具规模,并根据水资源的分布情况、开发条件和验证自助领取彩金发展的需要,我国提出了建设流域水电开发基地的方案,目前已建成或正在建设黄河上游、雅碧江、乌江等重点为12大水电基地。

(3)水电发展的机遇与挑战
电力市场的建立由于历史的原因,我国目前的电力市场是一个由计划验证自助领取彩金体制向市场验证自助领取彩金体制转换阶段的畸形市场,需求与供给关系十分复杂,真正的市场机制并没有形成。作为电力产品供给整体的发、输、供三个环节,过去统一由政府电力部门投资建设与控制运行。改革开放后,为改变电力供给紧张局面,国家放开发电市场,走多渠道、多层次、多元化集资办电之路,但实行的是还本付息电价,因此没有形成真正意义上的市场竞争。随着“厂网分开,竞价上网”,我国的电力市场正在逐步的建立。按照电力体制改革的总体部署,电力工业将继续推进各项配套改革,在组建区域电网公司的基础上,积极稳妥地全面推进区域电力市场建设,建立电力市场运行规则和政府监管体系,逐步实行新的电价机制。目前,部分区域电力市场已在运行,例如华东颁布了《华东电力市场运营基本规则》,这标志着华东电力市场对发电侧市场的逐步开放。电力市场的建立,对于水电的发展既是一种机遇,也是一种挑战。水电对于火电成本相对较低,若市场发电侧完全开放,则水电具有较强的竞争优势,特别是流域梯级的滚动开发,水电实行梯级水库联合优化调度,将会给电网提供价廉质优的电能。然而,水电又具有自身的局限性,由于水电受到来水等不确定性因素的影响和中长期径流预报技术的限制,在变化的市场环境下,将会面临更大的调度难题。所以,电力市场的建立,对于水电是一个发展的机遇,同时也是一种极大的挑战。综上所述,在我国能源紧缺和节能减排政策实施的情况下,随着流域梯级的开发和电力市场的建立,水电得到了较快的发展,梯级水库的规模也越来越大,变化环境下的梯级水库优化调度属于高维、复杂环境下的多约束优化问题,成为了水资源系统工程及其交叉领域研究的热点与难点问题,本文正是在此背景下,开展市场环境下梯级水库的发电优化调度研究。

2.电力市场环境下梯级水库中长期调度的基本理论

2.1引言
由于历史的原因,我国水电上网基本上还是沿用计划验证自助领取彩金体制下的模式,上网电价采用政府部门批准的电价,上网电量按年初签订的购售电合同执行,出力过程由电力调度部门根据电网的需求进行调整。随着电力市场在我国的逐步建立,我国电力体制的改革趋向是“厂网分开、竞价上网,输电、配电仍有国家垄断经营”。2002年底国务院正式批复了《发电资产重组划分方案》,确定了“总体设计、分步实施、积极稳妥、配套推进”等具体实施原则。两大电网公司(国家电网、南方电网)、五个发电集团(华能集团、华电集团、龙源集团、电力投资集团和大唐集团)和四个辅业公司(水电规划设计院和电力规划设计院两个设计单位以及葛洲坝集团和水利水电建设总公司两个施工单位),以及国家电力监管委员会的相继成立,标志着“厂网分开”的改革任务己基本完成。继2004年国家电力公司拆分重组之后,2005年东北地区率先启动了区域电力市场,通过建立区域电力调度交易中心,为电力企业提供了一个公平竞争的平台,标志着我国电力体制改革又向前迈进了一步,这不仅为发电市场的建设提供了动力和制度保障,同时也为电价偏低的水电提供了一个利益与风险共存的竞价机遇。不同的电力市场设计,往往会形成不同的市场结构;不同市场结构下,不同交易模式与竞价方式的设计,都对电价的形成产生直接影响。所以,电价形成机制、电价交易理论、电价管制理论的研究是电力市场理论研究的核心内容。

3.市场环境下梯级水库发电优化调度................. 34-44 
    3.1 引言................ 34 
    3.2 梯级水库联合优化调度的必要性................ 34-37 
    3.3 市场环境下梯级水库优化调度................ 37-39 
    3.4 市场环境下梯级水库优化调度的准则................ 39 
    3.5 非市场环境下梯级水库优化调度模型 ................39-42 
    3.6 市场环境下梯级水库优化调度模型................ 42-43 
    3.7 小结 ................43-44 
4.市场环境下梯级水库发电优化调度模型................ 44-60 
    4.1 引言................ 44 
    4.2 市场环境下梯级水库优化调................ 44-45 
    4.3 POA-DPSA算法................ 45-47 
    4.4 基于免疫的蚁群算法 ................47-50 
        4.4.1 蚁群算法的基本原理.................. 47-48 
        4.4.2 免疫进化算法................ 48-49 
        4.4.3 免疫—蚁群算法的设计................ 49-50 
    4.5 差分演化算法................ 50-53 
    4.6 基于协进化的粒子群算法................ 53-59 
    4.7 小结................ 59-60 
5.基于电力市场和梯级水库中的多年调................ 60-76 
    5.1 引言................... 60 
    5.2 研究现状及所存在的问题 ................60-61
    5.3 多年调节水库年末消落水位优选模型................ 61-63 
        5.3.1 目标函数................ 61-62 
        5.3.2 约束条件................ 62-63 
    5.4 模型求解 ................63 
    5.5 实例分析................ 63-74 
5.6 小结 ................74-76

结论

我国水资源丰富,水能蕴藏量大,流域面积在IOOKm,以上的河流有50000多条。目前很多流域已经进行了科学开发、合理利用,梯级水库群已具有一定的规模,开展梯级水库联合优化调度具有必要性,同时也具有可行性。在市场环境下开展梯级水库发电优化调度,不仅可提高发电企业的验证自助领取彩金效益,同时对于缓解电网缺电压力,改变拉闸限电的尴尬局面具有重要的社会意义。本研究以乌江梯级水库为例,对市场环境下的水电调度进行了研究,旨在起到抛砖引玉的作用,希望能够引起相应的管理机构以及研究工作者对水电上网竞价工作的重视,同时为解决市场环境下乌江梯级水库发电调度中的实际问题起到一定的作用。论文主要取得成果如下:
(1)国内外研究进展分析。对国内外水库优化调度以及国内市场环境下水库调度研究的现状进行了分析,在此基础上指一出了在研究中所存在的问题以及今后研究的发展趋势,并构建了本论文的研究框架。
(2)市场环境下梯级水库发电优化调度的基本理论研究。分析了梯级水库在市场环境下进行联合优化调度的必要性和可行性,并在此基础上,探讨了梯级水库在市场环境下所面临的问题以及解决对策,提出了水电在中长期调度时参与市场的模式,以及合约电量的计算和月内分解方法。
(3)市场环境下梯级水库优化调度模型的建立。在市场环境下,由于调度的准则与发电侧所追求的目标发生了变化,随之梯级水库的目标函数也发生了改变。考虑中长期调度丰平枯电价的差异,建立了调度期内梯级水库发电效益最大模型和梯级水库调峰容量效益最大模型。上述两个模型反映了发电企业的验证自助领取彩金效益,兼顾了电网的安全验证自助领取彩金运行,同时也表达了发电企业和电网优先使用清洁能源以及节能减排、优化发电调度的理念。
(4)建立了市场环境和梯级水库中基于梯级水库发电总效益最大的多年调节水库年末消落水位优选模型。在梯级水库中,多年调节水库调节性能比较好,在整个梯级水库起到水文、电力的补偿作用,因此该水库调度的好坏直接影响到整个梯级水库的运行效益,甚至防洪安全和电网的安全。在梯级水库发电效益最大模犁的基础上,建立了多年调节水库牟末消落水位优选模型,在该模型中既考虑了当年整个梯级水库调度的发电效益,而且还考虑到了多年调节水库的余留期效益。

参考文献
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工程硕士论文范文精选篇九


第-章绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义
随着对社会和自然界认识的深化,人们逐渐发现,非线性才是人类社会各个方面的普遍现象,线性只是非线性中的-个特例(郭雷,2005)。虽然有些非线性问题可以通过近似线性化的方法解决,但还有很多非线性现象,不能用传统的线性理论来解释和处理,因而,急需建立非线性理论。鉴于此,20世纪下半叶,非线性科学得到蓬勃发展。非线性科学、量子力学和相对论被誉为20世纪自然科学的三大革命(韩敏,2007;郝柏林,1983)。由于非线性问题中存在着极其复杂的性质,现有的-些通过研究具体问题而得出的非线性分析和控制方法,还不能成为通用方法,因此,到目前为止,非线性理论尚未成熟,仍有广阔的研究空间。混沌、分岔、分形和孤立子是非线性科学研究的几个主要方面,这几个方面之间既有区别,又有着密切的联系,如:分岔是混沌产生的道路,混沌吸引子具有分形的特点等。混沌理论在非线性科学研究中占有重要地位,并得到快速发展,目前已经渗透到科学研究和工程实际的各个领域(Sivakumar,2000;黄润生,2000)。混沌现象是非线性动力系统中普遍存在的-种特殊的运行状态,它不同于我们熟知的三种常态:平衡、周期运动和准周期运动,而是-种始终局限于某个区域,且轨道永不重复的复杂运动状态,对外表现为-种无规则的振荡。-般认为,在实际工程中,混沌运动是有害的,不利于系统的正常工作、会增加系统的损耗,甚至会导致系统失去稳定,所以,混沌控制已成为混沌理论研究的主要内容。混沌控制研究不仅可以丰富控制理论的内容,同时也具有深远的实际意义(1990;黄洁,2005)。
电力系统是典型的人造大系统,设备多、地域广,连接形式复杂。电力系统的稳定运行是人民正常生活和国民验证自助领取彩金发展的重要保证,因而,电力系统稳定控制是电力科学研究的重要领域。20世纪70年代以前,电力系统的稳定控制主要采用线性单变量反馈方式,70年代,美国通用公司推出了双输入控制方式,即电力系统稳定器(PSS)控制方式,80年代,我国在PSS的基础上,发展了线性最优(LoEC)控制方式,并成功地应用于-些大型电站(卢强与孙元章,1993)。以上电力系统的稳定控制都是基于线性控制理论和方法的,即先要把电力系统的非线性模型进行近似线性化,再应用线性控制理论和方法设计控制器。随着电力系统的规模扩大,其非线性特点越来越明显,采用线性方法对电力系统进行分析和控制,已经不能满足发展需要,基于非线性理论与方法的电力系统分析和控制研究是大势所趋。90年代,我国著名的自动控制和电力系统动态学专家卢强院士,率先将微分几何理论与电力系统动态学相结合,创立了电力系统非线性分散最优控制的微分几何方法体系,并发表专著《电力系统非线性控制》,这是世界上第-部系统论述电力系统非线性和非线性鲁棒控制问题的学术专著,对电力系统的非线性控制研究产生了深远影响。电力系统作为典型的非线性系统,在-定条件下,完全有可能发生混沌运动,电力系统中的混沌行为表现为无规则的机电振荡。文献显示,1966年,美国西北电力系统和西南电力系统互联后,就曾经发生过类似的振荡,振荡结果导致两个系统解列。在加拿大、苏格兰和我国的-些电网中,也都发生过这样的类似随机的混沌振荡现象(彭志伟等,2005)。目前,电力系统的混沌分析和控制研究,是电力系统非线性研究的主要方面之-。由于混沌现象具有较强的复杂性,电力系统本身又具有很多的不确定性,到目前为止,电力系统的混沌分析和控制研究还处于初级阶段,尚有很多需要探索和解决的问题,因而,该方向有较大的研究空间。
本论文的研究目的是,采用微分动力学、微分几何、时间序列分析和非线性控制等理论和方法,对电力系统混沌动力学行为进行分析、检测和控制研究。电力系统是典型的非线性动力系统,采用非线性动力学中的相空间法、庞加莱映射法和分岔理论等,对电力系统的混沌运行行为进行分析,获取电力系统混沌振荡的特征指标,为电力系统的稳定分析和控制提供条件。采用时间序列分析方法,通过对电力系统单-变量的时间序列进行相空间重构,在此基础上,计算表征系统运行特点的参数值,以此来判断系统的运行状态,即实现对电力系统混沌状态的检测。采用基于微分几何理论与线性控制理论相结合的非线性控制方法,设计混沌电力系统的控制器,消除系统混沌振荡,使系统按预期轨道运行。探索和寻求其它控制方法,引入到电力系统的混沌控制中,在消除系统混沌振荡的基础上,改进控制算法,提高控制效果,并使其具有-定的鲁棒性。混沌作为非线性科学的主要组成部分,对其研究能够加深人们对混沌本质的认识,促进混沌研究的深入发展,丰富非线性科学研究内容,加大非线性科学研究的深度。另外,混沌作为自然界和实际工程中存在的-种普遍现象,研究如何控制它,或利用它人类服务,是当今非线性科学发展的新课题。电力系统作为人们日生活和国民验证自助领取彩金发展正常进行的保障,改善和提高它的稳定性,-直是电力科学工作者的奋斗目标。混沌是电力系统运行中不可避免的现象,并对系统的安全稳定构成威胁,因此,在对电力系统的研究中,不能绕开“混沌”这个课题。对电力系统中的混沌现象进行分析和控制研究,既可以进-步丰富混沌研究的内容,又可以防止电力系统运行中发生混沌振荡,危及系统的安全运行。综上所述,电力系统混沌动力学行为分析和控制研究,具有重要的理论意义和实际意义。

第二章电力系统的非线性模型及其混沌动力学行为分析

2.1引言 
电力系统由原动机、发电机、变电所、输配电线路和电力负荷等几个部分组成,加入自动控制装置后的电力系统结构示意图如图2-1所示(孙元章等,2007) 随着我国电力工业的快速发展,电力系统已经进入大系统、大机组、高电压及自动化的发展阶段。组成电力系统的诸多环节和单元多数具有复杂的动力学特征,尤其是同步发电机,有着复杂的电磁和机电方面的过渡过程,因此,电力系统是-个非常庞大而复杂的非线性动力系统。电力系统模型是用以精确描述电力系统行为特点的数学语言,确定系统模型是对电力系统进行分析和控制研究的立足点和出发点,即要对系统进行分析和控制研究,首先要建立或选择系统的数学模型。模型对研究对象刻画的越全面越深刻,研究结果也就越接近客观实际,从这个角度上讲,我们希望能对系统各个环节和各个单元,依据电路定理和动力学定理,都精确地列出方程,但这样做的后果是,模型变得非常庞大和复杂,给系统分析和控制研究带来困难,甚至无法进行研究处理。因此,在建立或选择电力系统非线性模型时,要根据问题研究需要,对系统的精确模型进行简化处理,忽略-些次要因素,建立和使用满足工程需要的实用模型(周双喜,2004;韩祯祥,2006)。电力系统的动力学行为分析属于非线性动力学稳定分析问题,要通过分析和计算系统的动力学性能参数,来判断系统的运行状态,混沌学是目前非线性科学的重要组成部分。研究发现,在非线性动力系统中普遍存在混沌现象。通过系统的动力学特征参数值,可以判断和分析系统的混沌动力学行为。研究发现,非线性电力系统在-定条件下会产生混沌现象,本章将对-定条件下的电力系统的混沌现象进行分析和仿真实验,揭示电力系统混沌产生机理和电力系统混沌所表现出来的特征。

第三章 电力系统的混沌状态检测.................. 48-55 
    3.1 混沌检测方法............... 48 
    3.2 时间序列分析............... 48-49 
    3.3 时间序列的相空间重构理论............... 49-51 
        3.3.1 嵌入维............... 49-50 
        3.3.2 嵌入延迟............... 50-51 
    3.4 电力系统混沌现象检测与仿真............... 51-53 
        3.4.1 电力系统混沌现象检测............... 51-53 
        3.4.2 数值仿真............... 53 
    3.5 本章小结............... 53-55 
第四章 基于微分几何方法的电力系............... 55-89 
    4.1 引言............... 55 
    4.2 微分几何理论............... 55-59 
    4.3 基于微分几何方法的能控性............... 59-68 
    4.4 基于微分几何方法的控制器设计............... 68-74 
    4.5 基于微分几何方法的输出渐近跟............... 74-82 
    4.6 输出渐近跟踪控制方法推广............... 82-87 
    4.7 本章小结 87-89 
第五章 基于滑模变结构方法的电力系统............... 89-109 
    5.1 引言............... 89-90 
    5.2 滑模变结构控制理论............... 90-94 
    5.3 基于动态滑模变结构控制方...............计 94-100 
    5.4 基于模糊滑模变结构控制............... 100-107 
5.5 本章小结 ...............107-109

结论

论文主要包括以下几个方面的内容:
(l)论文第-章介绍了混沌非线性科学的发展和研究现状,混沌的本质、概念和特点,混沌研究现状,混沌理论的主要研究内容和方法;电力系统混沌研究的发展和现状,电力系统混沌研究的主要方面和方法等;本论文要研究的主要内容和技术路线等,为后序研究提供了基础和依据。
(2)论文第二章全面分析了电力系统的非线性动力行为和混沌运行的特点。对于非线性电力系统的混沌动力学行为分析,主要采用了非线性动力学理论和方法。在分析系统动态行为随控制参数的变化时,应用了分岔理论和状态空间法。利用MATLAB工具中的。de45函数,求解系统的状态方程,仿真出系统运行的时序图和相图,分析了系统在不同条件下的运行状态和动力学行为特点;在分析电力系统混沌运行特征值时,具体采用了庞加莱相图法、庞加莱截面法、李亚普诺夫指数法、关联维数法等,并利MATLAB工具进行图像仿真和数值计算,具体仿真出了系统由稳定到周期、倍周期、混沌和发散的发展历程图,并计算出系统混沌时的几个关键特征值。
(3)论文第三章的主要内容是对电力系统的混沌现象进行检测。电力系统运行中很难得到精确模型,只能得到某个或某些状态变量的测量数据,因而本论文采用时间序列分析方法,检测系统的混沌状态。相空间重构方法是时间序列分析的基础和关键,其通过某-状态变量时间序列,重构系统的状态相空间,通过定性观察重构相空间中系统的吸引子特点,来判断系统的混沌现象。本论文在相空间重构中,嵌入维确定采用了G-P方法,时间延迟计算采用自相关函数法。实验数据通过系统仿真,并加入噪声干扰获得。
(4)论文的第四章和第五章研究了混沌电力系统的控制器设计。对系统中的混沌振荡进行抑制和消除控制,是目前电力系统混沌研究的主要方面。混沌控制的方法已经有很多种,各种方法都有自己的优、缺点和适用条件。论文在第四章,采用微分几何方法,首先对非线性电力系统的能控性和能观性进行分析,在此基础上,对系统进行基于微分几何方法的精确线性化处理,之后,采用最优控制方法,设计了电力系统的镇定控制器。在此基础上,通过调整控制方法,设计出了电力系统的输出渐近跟踪控制器,并把该方法推广到幼renz混沌系统的控制。论文第五章,设计了基于滑模变结构控制理论和方法的混沌电力系统的控制器。对传统滑模变结构控制算法进行了几个方面的改进:①在切换控制中采用指数趋近率代替等速趋近率,提高了趋近运行速度,减小了切换抖振;②采用动态切换函数代替常规切换函数,克服系统参数不确定造成的影响,使趋近运动具有鲁棒性;③采用饱和函数代替符号函数,改传统滑模态为准滑模态,减小滑模控制中的高频抖振;④在控制器设计中引入模糊规则,通过设计隶属函数,模糊切换面,达到了减小抖振和提高控制速度的双重效果。改进后的滑模变结构控制器不仅能更好地发挥滑模变结构控制的鲁棒性的优点,更重要的是,能够克服滑模控制中出现高频抖振的缺点。控制方法的有效性和优越性得到了仿真验证。

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工程硕士论文范文精选篇十


1. 前言

1.1研究背景
目前,随着传感器技术、计算机技术和智能技术的不断发展,各种智能故障技术已经开始应用于电力变压器绝缘故障诊断中,成为变压器绝缘故障诊断的一种方便、有效的重要手段。通过对电力变压器等电气设备进行故障诊断和分析诊断,从而准确、可靠地发现这些设备中逐步发展的潜在性故障,有效地防止由此引起的重大电力事故,实现从现行的预防性检修方式向状态检修方式转变[6],对实现电力系统运行上的安全可靠性和维护上的验证自助领取彩金性都具有十分重要的意义。随着大量新技术的采用,对变压器绝缘在线监测,结合神经网络、模糊理论、专家系统等的故障诊断和预测技术得到了更为迅猛的发展并成为电气工程学科研究中新的热点。据有关资料表明,对电力变压器等设备运行状态实施在线监测、故障诊断等,可使每年的维修费用减少 25~50%,故障停电时间减少 75%[7]。因此,对电力变压器等设备采用在线监测、故障诊断和预测技术可以促进状态检修的有效实施,收到巨大的验证自助领取彩金效益。研究开发对电力变压器等设备的故障诊断和预测技术可以有效地了解设备的运行状况,及时发现设备的潜伏性故障,避免突发事故的发生,这不仅对电力工业科技进步有重要的科学价值,而且对提高电力系统运行的可靠性和科学管理水平也具有十分重要的意义。
另外,变压器热动态过程的综合作用表现为内部温度(温升)的变化,而内部温度,尤其是热点温度是直接影响变压器绝缘寿命的主要因素。具体讲,绝缘材料受热的作用后,首先是机械性能等物理性能逐渐变坏,伴随着变压器的非正常寿命消耗,直到部分或完全丧失运行条件所要求的相应性能,危及电器绝缘强度,最终威胁到变压器的正常运行。因此电流发热效应以及内部温升,尤其是热点温度就成为负载导则中确定变压器运行方式的考虑基点。因此有必要检测变压器包括热点温度在内的各温度参数,建立有关温度参数计算模型,并掌握变压器热状态。一方面,以便于对变压器的温度进行控制,既保证其低于限值、避免危害绝缘又充分利用变压器的负载能力、创造最大效益。另一方面,通过监测温度正常与否,还可以判断变压器冷却系统运行状况。因为冷却器、油泵故障或因受污染造成冷却器堵塞,以及冬天冷却器冻结等,都会造成变压器的冷却效率低,此散热状况会直接影响变压器温度分布,导致变压器的局部过热。只有准确了解和掌握温度状况,才有可能有效地发挥负载导则的指导作用。因此变压器的热过程分析以及相关温度参数准确测量或预测,进而建立基于变压器热状态参量的故障诊断方法,其对变压器的安全、验证自助领取彩金运行起着非常重要的指导作用。综上所述,电力变压器的状态检修技术不仅有利于保证安全生产、降低检修费用和提高设备利用率,而且具有重要的社会效益和验证自助领取彩金效益,是设备检修的发展方向。而状态检修的保障是先进的绝缘故障诊断技术,准确把握电力变压器的内部热状态是状态检修的主要内容之一,也是绝缘故障诊断技术的延伸与扩展,两者不可分割互为有机整体。论文围绕变压器状态检修涉及到的变压器绝缘故障诊断和变压器内部热状态两个重要环节进行了研究,试图能找到完成电力变压器状态检修的前期基础。因此,本研究课题不仅具有重要的学术价值,而且还具有十分重要的现实意义。

1.2 电力变压器绝缘故障诊断及热模型研究现状

1.2.1 电力变压器绝缘故障诊断技术研究现状
大型充油电力变压器的故障涉及面广而复杂多样,特别是在运行中发生的故障很难以某一判据诊断出故障的类型及性质。运行变压器常见故障的划分方法通常有:按变压器本体可分为内部故障和外部故障,即把油箱内发生的各相绕组间的相间短路、绕组的匝间短路、绕组或引线与箱体接地等称为内部故障,而油箱外部发生的套管内络、引出线间的相间短路等故障称为外部故障;按变压器结构可分为绕组故障、铁芯故障、油质故障、附件故障;按回路可分为电路故障、磁路故障、油路故障;从故障发生的部位可分为绝缘故障、铁芯故障、分接开关故障、套管故障等;实际上,变压器的各种故障都可能危及内绝缘的安全,因此,各种外部及内部原因引发或直接造成的变压器内部故障,按性质又可分为热故障和放电故障。由于绝缘故障造成的事故在变压器总事故中占 85%以上,因此,近几年来,国内外都在研究能反映运行中变压器故障的各种特征量和采集故障特征量信息的各种传成器,研究并开发变压器绝缘运行状态在线监测及故障诊断的智能化装置或系统。

2 基于小波神经网络的电力变压器故障诊断研究

目前对电力变压器内部故障进行诊断的方法很多,油中溶解气体分析(Dissolved Gases Analysis,简称 DGA)作为目前电力系统对油浸电力设备常规使用的故障分析手段之一,在诊断变压器内部潜伏性故障及其发展程度上效果显著;并且由于这一技术有可能在现场对运行设备随时进行在线检测,有助于促进从定期检修制到状态检修制的转变,因此国内外电力部门对此十分重视。虽然不断有新的检测方法提出,但普遍认为,研究以油中溶解气体为特征量的在线监测系统和判断故障准确率高的诊断方法,是本学科领域重要研究课题之一。

2.1 改进 BP 神经网络的建立

2.1.1 BP 神经网络及其学习流程
由于电力变压器在实际运行过程中存在着大量的不确定因素,目前常用的基于DGA 的三比值判断规程[87, 88]都存在着一定的不足:① 因为判断区间是固定的,这对那些处于判断区间交界处的数据就有可能造成误判。② 对于出现故障编码为000 时,因无法判定出故障类型,而只能判为无故障,掩盖了实际存在的故障。③即使用比值法判断出故障类型后,也不能对该故障的严重程度予以反映。针对三比值法存在的不足,目前变压器故障智能诊断使用最多的是 BP 神经网络(Back-propagation Neural Network, BPNN)。参考文献[89],BP 神经网络理论算法转化为实际的学习过程,其原理如图 2.1 所示。
从本质上讲,BP 算法可以看作是 LMS 算法在多层前馈神经网络中的应用,它是一个非线性优化问题,这就不可避免地存在局部极小。在用它解决一些稍微复杂的问题时,往往不能保证达到全局最小,致使学习过程失效。另外,当误差变小时,特别是快接近最小点时,学习收敛缓慢,效率低;学习因子η通常称为学习步长,在标准 BP 算法中,η 一般取为 0~1 间的一个定值。η 取值过大可加快学习速度,但有可能导致学习过程不收敛;若取值太小,则迭代次数明显增加,导致学习速度十分缓慢。最后,网络隐含层个数的确定尚无理论指导,不恰当的个数会导致整个应用失败。当用神经网络实现映射时,确定隐含层中神经元个数是至关重要的,隐含层神经元个数的过少或过多将导致神经网络的学习能力不够或归纳能力很差。隐含层神经元数目较少时,网络每次学习时间相对较短,但有可能因为映射容量不够,使整个网络权值矩阵无法包含全部学习样本中的信息,导致权值疲于来回调整而无法达到全局最小。隐含层神经元数目较大时,学习能力得到增强,但网络每次所需的学习时间相对较长,网络需要的存储容量也随之变大。另外,网络对未知输入的归纳能力变差。因此,网络隐含层神经元的个数应慎重选择,定好一个“折衷”值,使其尽量兼顾各方面的影响。

3 基于遗传算法进化小波神经网络................ 48-67 
    3.1 引言................ 48 
    3.2 遗传算法及其性能分析................ 48-55 
        3.2.1 遗传算法的基本流程................ 48-49 
        3.2.2 遗传算法的实现方式................ 49-51 
        3.2.3 遗传算法的搜索机理................ 51-53 
        3.2.4 遗传算法的收敛性................ 53-55 
    3.3 遗传算法的不足及其与小波神经网................55-56 
        3.3.1 遗传算法的不................ 55 
        3.3.2 遗传算法与小波神经网络的结合................ 55-56 
    3.4 遗传算法进化小波神经网络................56-65 
    3.5 三种故障诊断方法的比较分析................ 65-66 
    3.6 小结 ................66-67 
4 电力变压器热状态参量预测 I –顶层油温预测................ 67-85 
    4.1 引言................ 67 
    4.2 电力变压器内部发热过程及温度分布................ 67-70 
        4.2.1 电力变压器内部发热过程与温升................... 67-68 
        4.2.2 电力变压器内部温度分布................ 68-70 
    4.3 电力变压器热模型理论................ 70-74 
    4.4 电力变压器顶层油温预测热模型研究................ 74-84 
    4.5 小结 ................84-85 
5 电力变压器热状态参量预测 II –绕组热................ 85-95 
    5.1 电力变压器铁芯和绕组发热机理分析................ 85-86 
    5.2 电力变压器温升限值和最热点温度................ 86-87 
    5.3 传统电力变压器绕组热点温度预测................ 87-90 
    5.4 电力变压器绕组热点温度预测模型................ 90-92 
        5.4.1 绕组热点温度预测模型................ 90 
        5.4.2 模型应用及结果分析................ 90-92 
    5.5 结合故障诊断方法与热状态参量................ 92-94 
5.6 小结................ 94-95

结论

状态检修已成为电力变压器检修的发展趋势,论文从电力变压器的故障诊断和内部热状态模型是变压器状态检修两个重要环节出发,通过对基于 BP 神经网络、小波神经网络、遗传算法进化小波神经网络的变压器三种故障诊断智能方法及顶层油温、绕组热点温度预测模型的深入研究,得到的主要结论有:
① 建立了带动量项和变学习率的改进 BP 神经网络电力变压器故障诊断方法,比较了 BP 神经网络得能堡输入模式、罗杰士输入模式和 IEC 三比值法输入模式的故障识别效果,诊断结果表明随着神经网络隐含层节点数增加,网络的训练误差呈现先降低然后又升高的现象,达到最佳训练效果的输入层与隐含层节点数关系是:隐含层结点数=输入层节点数*2+2。
② 将适于故障诊断的前馈小波神经网络根据其数学基础分为第一类和第二类小波神经网络,比较研究 Gauss 和 Mexican hat 小波基的两类四种小波神经网络的应用。结合变压器 DGA 试验数据,首次建立了基于小波神经网络的变压器绝缘故障方法,结果表明小波神经网络在识别变压器故障类型时具有较好的收敛速度、分类性能和准确率。
③ 采用遗传操作优化小波神经网络结构和参数,提出了自适应的采样选择、交叉、变异和最优保存策略相结合的遗传算法。首次将基于遗传算法进化小波神经网络应用于电力变压器故障诊断,结果表明此方法更能深入挖掘变压器数据中有关故障信息,在故障模式识别中具有很高的辨识度,且对变压器多故障识别诊断也有很好的效果。
④ 提出的三种故障诊断算法是一个逐级递进、逐步解决问题的研究过程,其各有优缺点而适用于不同情况。
⑤ 在系统地分析变压器内部发热过程和温度分布规律的基础上,分析了油粘度对非线性热阻的影响,类比传热学理论和基尔霍夫理论的相似性,首次提出了冷却方式为 OF(强迫油循环)油浸式电力变压器的一种等效顶层油温预测模型和绕组热点温度预测模型;大量实例和数学机理分析表明,提出的顶层油温热模型较之 IEEE 推荐的模型能更准确预测变压器顶层油温,绕组热点温度预测模型能很好地反应油浸式 OF 变压器热动态特征。
⑥ 将故障诊断方法及绕组热点温度预测模型结合起来对变压器状态进行评估,这种变压器状态检修的初步方法能够 “定性”地发现故障及“定量”地找准问题,两者配合使用为合理验证自助领取彩金地安排和指导变压器的正常安全运行提供了一定的技术支持。

参 考 文 献
[1] 路长柏. 电力变压器绝缘技术[M]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1997.
[2] 徐文. 电力变压器故障诊断技术研究[D]. 博士学位论文, 南京:东南大学, 1997.
[3] 程志华, 章剑光. 状态检修技术及其辅助分析系统的应用[J]. 电网技术, 2003, Vol.27,No.7: 16-18, 24
[4] 陈卫中. 35kV 及以上主变压器状态检修的探讨[J]. 浙江电力, 1999, No.5: 40-42.
[5] 严璋. 高电压绝缘技术[M]. 北京:中国电力出版社, 2002.
[6] 电力工业部. 电力设备预防性试验规程[M], 北京:中国电力出版社, 1997.
[7] 松蒲虔士等. 电力设备の运行中绝缘诊断技术[M]. 日本电气学会技术报告, 1992.
[8] 孙才新, 陈伟根, 李俭, 廖瑞金编著. 电气设备油中气体在线监测与故障诊断技术[M].北京:科学出版社, 2003.
[9] 陈伟根. 大容量高电压变压器油中气体色谱在线监测原理及方法的研究[D]. 重庆大学硕士学位论文, 1993.
[10] 操敦奎. 变压器油中气体分析诊断与故障检查. 北京:中国电力出版社, 2005.


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