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基于FCM和模糊Petri网的变压器故障诊断方法研究

作　者: 王军
导　师: 杨启平
学　校: 上海电力学院
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 变压器 FCM算法模糊Petri网色谱分析(DGA) 预防性试验混合编程
分类号: TM407
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

变压器是电力系统中至关重要的设备之一,其运行状态直接关系到电力系统运行的可靠性与安全性。变压器一旦发生故障,通常会引起一定的经济损失。因此,必须加强对变压器运行以及故障的监测。变压器油中溶解气体的成分和含量是变压器内部故障的直接反映,是故障诊断的直接手段之一,配合变压器预防性试验能够更精确地检测到故障的发生位置。本文针对变压器故障诊断,主要做了以下研究工作:第一,围绕变压器油中溶解气体成分和含量的分析,本文介绍了三比值法在变压器故障诊断中存在的边界敏感、编码不全等缺陷,在此基础上,引入了基于FCM算法的变压器故障分类方法。根据实际的需求,提出了对传统的FCM训练参数进行改进的方法,以达到更加完善的聚类效果。通过Matlab编程,验证了FCM算法在变压器故障分类中的应用,是高效准确的。第二,本文首次以FCM算法故障分类以及变压器预防性试验结果为基础,构建了一种模糊Petri网变压器故障定位模型,该模型可同时满足条件完备和条件不完备两种情况下的使用。完成了模糊Petri网故障定位模型的数学模型的推导以及推理算法的实现。本文构建的模糊Petri网推理算法将故障模型转化为数学矩阵,通过矩阵运算,推出最终结论。同时,本文以Matlab为编程工具,实现了该模型数学推理的仿真。通过实例证明,该模型是正确的。第三,FCM算法以DGA数据为基础,能够比较好的实现变压器故障现象的划分,但是对于故障为绕组故障还是铁芯故障不能给出确切的答案,即不能判别故障的原因;而模糊Petri网模型能够利用变压器故障的现象(包括FCM诊断结果以及预防性试验结果),建立故障现象与故障原因相对应的诊断模型,因此,在故障现象已知的情况下,根据建立的诊断模型便能推出故障原因,不过Petri网在大宗数据处理上却存在着缺陷。因此,本文将FCM算法与模糊Petri网结合在一起,实现两种方法的互补,既实现了故障现象的分类,又实现了故障原因的分析定位。第四,本文以FCM分类算法和模糊Petri网为核心,以VC++和Matlab混合编程为基础,设计并完成了变压器故障诊断软件的开发。该软件实现了变压器故障诊断快速准确的目的,特别是满足了变压器故障定位的要求,操作简单,诊断过程清晰明确,诊断结果准确可见。通过变电站现场运行数据,验证了本系统在变压器故障分类以及定位上是准确的、实用的。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-15
  1.1 论文研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 本文主要研究内容  13-14
  1.4 本文创新点  14-15
2 变压器故障分类及诊断方法  15-24
  2.1 变压器故障分类  15-16
  2.2 传统变压器故障诊断技术  16-21
    2.2.1 DGA技术及诊断方法  16-19
    2.2.2 预防性电气试验  19-21
  2.3 智能诊断方法  21-23
  2.4 本章小结  23-24
3 基于FCM算法的变压器故障分类  24-34
  3.1 模糊数学概述  24-25
  3.2 动态模糊聚类  25-26
  3.3 FCM聚类算法分析  26-29
    3.3.1 FCM算法流程  26-28
    3.3.2 FCM算法的Matlab实现  28-29
  3.4 FCM算法的变压器故障诊断实例  29-33
    3.4.1 特征气体含量参数法  29-30
    3.4.2 改进型特征气体含量参数法  30-32
    3.4.3 FCM算法的优势  32-33
  3.5 本章小结  33-34
4 模糊Petri网变压器故障定位模型  34-47
  4.1 基本Petri网概述  34-38
    4.1.1 Petri网基本概念  34-35
    4.1.2 Petri网基本特性  35-36
    4.1.3 基本Petri网分析方法  36-38
  4.2 基于变压器故障诊断的模糊Petri网定义  38-40
    4.2.1 经典模糊Petri网概念  38-39
    4.2.2 基于故障诊断的改进模糊Petri网  39-40
  4.3 模糊Petri网变压器诊断模型  40-46
    4.3.1 模糊Petri网故障诊断模型  40-43
    4.3.2 改进模糊Petri网的推理机制  43-44
    4.3.3 推理算法的Matlab实现  44-46
  4.4 小结  46-47
5 FCM算法与模糊Petri网的融合  47-54
  5.1 FCM与模糊Petri网融合的模型  47-48
  5.2 融合模型的算法  48-50
    5.2.1 数学推理  48-49
    5.2.2 Matlab实现过程  49-50
  5.3 实例诊断  50-52
    5.3.1 完备信息实例  50-51
    5.3.2 不完备信息实例  51-52
    5.3.3 正常实例  52
  5.4 本章小结  52-54
6 基于VC++的变压器故障诊断软件设计  54-60
  6.1 开发环境概述  54
  6.2 软件开发及应用  54-59
    6.2.1 该诊断软件的优点  55
    6.2.2 程序总体流程概述  55-56
    6.2.3 用户登录界面  56
    6.2.4 操作主界面及实例应用  56-59
  6.4 小结  59-60
7 总结与展望  60-62
  7.1 总结  60
  7.2 展望  60-62
参考文献  62-65
附录Ⅰ  65-70
附录Ⅱ  70-75
致谢  75-76
攻读硕士学位期间发表的学术论文  76

基于FCM和模糊Petri网的变压器故障诊断方法研究

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