題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 牽引供電智能故障診斷系統(tǒng)--基于模型的故障診斷系統(tǒng)的研究及應(yīng)用
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品首次在國(guó)際上采用當(dāng)前最先進(jìn)的故障診斷理論——基于模型故障診斷理論,開(kāi)發(fā)出牽引供電智能故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)牽引變電所供電情況，及時(shí)有效地捕捉到系統(tǒng)故障信息，定位故障元件、故障位置并解釋故障原因，智能語(yǔ)音提示維護(hù)人員的的維護(hù)操作，并對(duì)繼電保護(hù)的動(dòng)作行為進(jìn)行評(píng)價(jià)。本作品的創(chuàng)新點(diǎn)在于以牽引變電所電流、電壓為主要診斷信息，以斷路器和繼電保護(hù)為輔助診斷信息，結(jié)合定性仿真和模糊數(shù)學(xué)的思想處理牽引供電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、不確定信息，并對(duì)系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)分層診斷，在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生診斷解，改善基于模型故障診斷理論候選解空間大、計(jì)算復(fù)雜性、不能處理動(dòng)態(tài)、不確定性等缺點(diǎn)。本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用保證了牽引供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的供電，提高故障查找的自動(dòng)化和智能化水平，避免了由于牽引供電系統(tǒng)故障，導(dǎo)致的列車晚點(diǎn)、乘客滯留時(shí)間長(zhǎng)而引起一系列經(jīng)濟(jì)損失，具有廣泛的應(yīng)用前景和社會(huì)效益。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品對(duì)牽引擴(kuò)能供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、故障以及繼電保護(hù)等方面做了深入而細(xì)致的研究，首次在國(guó)際上將基于模型診斷方法應(yīng)用到牽引供電系統(tǒng),建立了牽引供電系統(tǒng)的智能故障診斷系統(tǒng)。針對(duì)牽引供電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、不確定性、反饋的特點(diǎn)，對(duì)基于模型診斷理論做了以下探索：將定性仿真、模糊數(shù)學(xué)與基于模型故障診斷系統(tǒng)的理論相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)、不確定系統(tǒng)抽象表示；通過(guò)對(duì)系統(tǒng)元件、結(jié)構(gòu)的抽象和對(duì)抽象系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，將觀測(cè)值增加到輸入值部分，將反饋系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成非反饋系統(tǒng);在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型中應(yīng)用稀疏矩陣，建立動(dòng)態(tài)分層模型，將模糊識(shí)別理論與一致性原理、溯因理論相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)不確定性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分層的模糊診斷，解決了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的故障診斷難題, 并大大縮減了解空間。 根據(jù)本文改進(jìn)的基于模型診斷方法，以牽引變電所和牽引網(wǎng)作為研究對(duì)象，將母線和饋線電壓互感器、電流互感器測(cè)量數(shù)據(jù)作為觀察值，以系統(tǒng)繼電保護(hù)信息為輔助故障信息，結(jié)合系統(tǒng)各元件以及電力機(jī)車的已知參數(shù), 構(gòu)造了牽引供電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)不確定性模型，開(kāi)發(fā)出牽引供電故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷。診斷系統(tǒng)不僅能迅速診斷出故障、定位故障元件，智能語(yǔ)音提示維護(hù)人員的的維護(hù)操作，而且還有以下有優(yōu)點(diǎn)： 解決了牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)施繼電保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生的問(wèn)題。診斷系統(tǒng)在繼電動(dòng)作反應(yīng)前診斷出故障，可以通過(guò)故障信息判斷繼電保護(hù)是否誤動(dòng)或拒動(dòng)。特別是識(shí)別出繼電保護(hù)不能產(chǎn)生動(dòng)作的異相故障，為牽引供電系統(tǒng)可靠性提供了保護(hù)。 可以有效識(shí)別出永久性故障。本系統(tǒng)結(jié)合模糊定性理論和貝葉斯分類器提出鑒別一種瞬時(shí)性故障和永久性故障方法，防止系統(tǒng)發(fā)生永久性故障自動(dòng)重合閘損壞供電系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用大大減輕牽引變電所工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員的依賴，縮短了線路故障維修時(shí)間，提高了故障查找的自動(dòng)化和智能化水平，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和廣泛的應(yīng)用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的：針對(duì)牽引供電系統(tǒng)因故障而導(dǎo)致列車不正常運(yùn)行, 甚至造成安全事故的現(xiàn)狀，本項(xiàng)目研發(fā)出牽引供電智能故障診斷系統(tǒng)，用于在線監(jiān)測(cè)和診斷牽引供電系統(tǒng)。 基本思路：本項(xiàng)目采用母線、饋線電壓和電流為主要故障診斷信息，繼電保護(hù)動(dòng)作為輔助診斷信息，根據(jù)基于模型故障診斷理論建立智能故障診斷系統(tǒng)。針對(duì)牽引供電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、不確定性、反饋的特點(diǎn)，本項(xiàng)目對(duì)基于模型故障診斷理論做出一些探索，使其可以對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行有效診斷，解決該理論不能診斷反饋、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的不足。 創(chuàng)新點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)： 1.首次將基于模型診斷方法應(yīng)用到牽引供電系統(tǒng)，采用電壓、電流為故障診斷信息, 避免由于繼電保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)等錯(cuò)誤信息導(dǎo)致無(wú)解的情況。 2. 針對(duì)牽引供電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性、不確定性、反饋性的特點(diǎn)，結(jié)合定性仿真和模糊數(shù)學(xué)的思想提出適合牽引供電系統(tǒng)的半定量表示方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)不確定系統(tǒng)故障狀態(tài)識(shí)別。通過(guò)調(diào)整抽象系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)反饋系統(tǒng)的診斷。 3. 融合現(xiàn)代智能診斷理論的精髓, 創(chuàng)造性地提出了一種新的動(dòng)態(tài)分層診斷算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)跨層次系統(tǒng)元件進(jìn)行動(dòng)態(tài)分解和抽象，有效地解決了因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性而造成的難解性并大大縮減了解空間。 4. 結(jié)合模糊定性理論和貝葉斯分類器，提出鑒別一種瞬時(shí)性故障和永久性故障的方法較好地解決了因系統(tǒng)發(fā)生永久性故障自動(dòng)重合閘損壞供電系統(tǒng)的問(wèn)題。 主要技術(shù)指標(biāo)：迅速捕捉故障狀態(tài)，在0.001s范圍內(nèi)；故障診斷效率高，能夠在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)（0.003s）產(chǎn)生診斷結(jié)果；故障診斷準(zhǔn)確率達(dá)99.1%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的大部分電力系統(tǒng)故障診斷智能系統(tǒng)大都是基于專家系統(tǒng)，這些系統(tǒng)故障判斷的依據(jù)主要是SCADA系統(tǒng)或者事件順序記錄裝置所提供的斷路器位置信息和保護(hù)繼電器的動(dòng)作信息。然而，由于保護(hù)繼電器和斷路器本身可能的不正確動(dòng)作和這些開(kāi)關(guān)量信號(hào)在傳輸和采集過(guò)程中會(huì)出錯(cuò)甚至丟失，將導(dǎo)致專家系統(tǒng)出現(xiàn)推理失誤、無(wú)解等情況。本項(xiàng)目將為避免專家經(jīng)驗(yàn)而提出的基于模型智能故障診斷算法應(yīng)用到鐵路牽引供電系統(tǒng), 以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的牽引變電所電流、電壓值為主要故障診斷信息，以斷路器和繼電器動(dòng)作信息為輔助故障診斷信息，建立牽引供電系統(tǒng)的智能故障診斷系統(tǒng)，較好地克服了專家系統(tǒng)的不足,并促進(jìn)了基于模型故障診斷理論的發(fā)展，使其可以處理動(dòng)態(tài)、不確定及反饋系統(tǒng)，并在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生故障集，解決了基于模型診斷理論的診斷算法候選空間大和計(jì)算復(fù)雜性的缺陷，其技術(shù)水平處于國(guó)際領(lǐng)先地位。實(shí)踐證明, 該系統(tǒng)能快速、準(zhǔn)確、全面地診斷故障, 該系統(tǒng)框架可以擴(kuò)展應(yīng)用到輕軌、地鐵等領(lǐng)域,具有良好的應(yīng)用前景,其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 獎(jiǎng)勵(lì)： 1.廣東省第十屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽二等獎(jiǎng)。 2.2007-2008我校第三屆本科生科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目一等獎(jiǎng)； 根據(jù)作品，已在核心期刊上發(fā)表兩篇文章，錄用一篇： 1.李冰,姚鋒,鐘煒,黃元亮.基于模型診斷的發(fā)展與展望[J].世界科技研究與發(fā)展,2008,30(2):156-160. 2.黃元亮，李冰.不確定性推理中確定性傳播[J].計(jì)算機(jī)仿真.2008,7:133-137. 3.肖騰蛟，黃元亮，李冰.電力狀態(tài)與估計(jì)[J].世界科技與發(fā)展,2009,31期.
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 出售軟件
作品可展示的形式
- 實(shí)物模型 、現(xiàn)場(chǎng)演示 、圖片、錄像。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 根據(jù)基于模型故障診斷理論對(duì)單個(gè)元件建模的特點(diǎn)，本項(xiàng)目采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的跨平臺(tái)語(yǔ)言——JAVA語(yǔ)言建立智能故障診斷系統(tǒng)，并可以根據(jù)變電所類型設(shè)置相關(guān)參數(shù)。將本系統(tǒng)安裝到變電所監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和故障診斷。本系統(tǒng)具有安裝使用簡(jiǎn)單方便，成本小，維護(hù)費(fèi)用少，可移植性好等優(yōu)勢(shì)。如果變電所進(jìn)行改造，只需軟件維護(hù)人員增加元件描述類函數(shù)或者修改參數(shù)即可。而且本系統(tǒng)可以迅速、及時(shí)產(chǎn)生診斷結(jié)果并語(yǔ)音智能提示維護(hù)人員進(jìn)行的維護(hù)操作。本系統(tǒng)可以對(duì)傳統(tǒng)的鐵路供電系統(tǒng)、地鐵和輕軌的供電系統(tǒng)以及過(guò)山車等用電力牽引的娛樂(lè)設(shè)施進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和診斷。該系統(tǒng)的使用，可以減少排除故障的成本和因故障造成的經(jīng)濟(jì)損失，在安全性和穩(wěn)定性方面有特殊的貢獻(xiàn)，因此具有廣泛的推廣前景。從2005年到2020年，我國(guó)將新建鐵路19800公里，這正是將該系統(tǒng)推向市場(chǎng)的最佳時(shí)機(jī)，市場(chǎng)需求量十分巨大。還可以作為中國(guó)自主研發(fā)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，銷售給其他非洲、東南亞國(guó)家，其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益不可估量。
同類課題研究水平概述
- 基于模型診斷方法起源于七十年代，它是為克服專家系統(tǒng)依賴專家經(jīng)驗(yàn)缺乏推理過(guò)程的缺陷而被提出來(lái)的新興智能診斷方法，它避免了對(duì)領(lǐng)域知識(shí)的依賴性，被許多專家學(xué)者評(píng)價(jià)為診斷理論和技術(shù)上的革命?；谀Ｐ凸收显\斷理論對(duì)靜態(tài)系統(tǒng)診斷已經(jīng)成熟，然而對(duì)于復(fù)雜多變的動(dòng)態(tài)、不確定性系統(tǒng)，基于模型故障診斷理論仍然不成熟，沒(méi)有應(yīng)該到實(shí)際領(lǐng)域。近二十余年中，基于模型的診斷理論在國(guó)內(nèi)的發(fā)展僅限于理論研究，基本上沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用成果，其在國(guó)外得到迅速發(fā)展，而且被廣泛運(yùn)用于如下領(lǐng)域：醫(yī)學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了幫助醫(yī)生診斷與修復(fù)外傷治療的TrauAID系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，Hamscher成功地把基于模型診斷理論應(yīng)用于財(cái)會(huì)審計(jì)上，開(kāi)發(fā)出陣決策系統(tǒng)CROSBY；航天領(lǐng)域，比較著名的應(yīng)用是Livingstone系統(tǒng)。這組人工智能軟件使“深空一號(hào)”探測(cè)器在沒(méi)有地面控制人員指揮的情況下做出了一些重要的決定，還使“深空一號(hào)”探測(cè)器自我診斷飛行器的故障并發(fā)出更正指令。 經(jīng)過(guò)調(diào)研，未見(jiàn)任何國(guó)內(nèi)外有關(guān)基于模型的牽引供電智能故障診斷系統(tǒng)的文獻(xiàn)和報(bào)道，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了許多電力系統(tǒng)故障診斷的智能系統(tǒng)，其中大部分是專家系統(tǒng)。特別是在監(jiān)視類專家系統(tǒng)方面，取得了一些有價(jià)值的理論研究成果。這些開(kāi)發(fā)出來(lái)的專家系統(tǒng)，功能上包括故障診斷、報(bào)警處理、事故評(píng)價(jià)以及故障恢復(fù)控制。其中，故障診斷專家系統(tǒng)是利用電站監(jiān)控系統(tǒng)的斷路器和保護(hù)系統(tǒng)的繼電器的動(dòng)作信息，根據(jù)保護(hù)的范圍和斷路器的位置，在電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中搜索故障區(qū)域。但是由于保護(hù)和斷路器動(dòng)作信息的通道信號(hào)易受干擾，而且它們本身也存在誤動(dòng)、拒動(dòng)的情況，使專家系統(tǒng)由于輸入信息不真實(shí)或不完備而出現(xiàn)推理失誤、無(wú)解等情況，因此基于這些信息的專家系統(tǒng)存在診斷結(jié)果可信度不高的缺點(diǎn)。為了解決這些問(wèn)題，一些專家系統(tǒng)就利用保護(hù)和斷路器之間的邏輯約束關(guān)系，來(lái)補(bǔ)充缺少的信息，矯正錯(cuò)誤的信息，但是準(zhǔn)確度仍然不高。 本項(xiàng)目采用母線電壓、電流為故障診斷信息，以繼電保護(hù)信息和斷路器信息為輔助診斷信息，首次將基于模型診斷方法應(yīng)用到牽引供電領(lǐng)域，這無(wú)論是對(duì)于基于模型診斷方面還是對(duì)于牽引供電領(lǐng)域，都具有非凡的意義。
