燃气轮机燃烧室内热声反问题求解方法研究

在燃气轮机燃烧室内,压力脉动分布和放热率脉动分布的关系可以写成第一类Volterra积分方程的形式。通过此关系,可以利用动态压力信息,重建燃烧室内一维放热率脉动的分布。在重建过程中,将积分方程离散成矩阵方程进行求解。为了减小压力测量误差对热声反问题的影响,需对求解过程进行正则化处理。文中针对求解过程应用3种不同的正则化处理方法:Tikhonov正则化方法,TSVD正则化算和共轭梯度最小二乘法,并研究不同离散化算法、不同信噪比、不同离散步长以及不同正则化算法对放热率脉动重建结果的影响。综合考虑正则化算法的稳定性和适应性,在热声反问题中应采用Tikhonov或者TSVD正则化算法。     

基于自适应S变换与截断紧致奇异值分解的局部放电源复杂染噪特征提取方法

针对局部放电（PD）源信号复杂染噪,导致PD源特征提取较为困难的问题,提出一种基于自适应S变换与截断紧致奇异值分解（TCSVD）的PD源复杂染噪特征提取方法。首先,对S变换进行了优化改进,应用于PD源获取时频域矩阵,自适应的滤除窄带干扰信号,提取局部放电有用时频信号;其次,利用紧致奇异值分解对提取的时频矩阵进行分解;然后,提出拟合求导法寻找到奇异值阈值参数并对奇异值进行截断,从而滤除PD源中的白噪声信号;最后,通过理论仿真与现场测试对该文所提出的PD源特征提取方法进行了验证分析。实验结果表明,该特征提取方法对复杂染噪的PD信号有很好的特征提取能力,能够有效地提取局部放电信号的有用信息。     

基于小样本UHF信号的变压器局部放电平面定位技术研究

基于缝隙泄漏电磁波检测的国内大型电力变压器进行局部放电（PD）检测时,UHF天线传感器阵列处于同一个平面内,PD源定位结果 z坐标波动误差较大,针对该问题,本文提出了基于小样本UHF信号的变压器PD平面定位技术,构建了小样本PD源定位模型,利用实验获得的变压器PD平面布局UHF信号对模型的有效性进行验证,结果表明,本文提出的小样本变压器PD平面定位技术可将PD源定位结果的三维定位误差降低30%以上,多次PD源定位结果的集聚特性提升60%以上,可有效提升平面布局UHF天线阵的局部放电源定位精度。     

基于SA-APSO及降维投影-动态加权统计的局部放电定位方法

在进行变压器局部放电(partial discharge, PD)源的定位过程中,存在时延估计测量误差、定位算法近似估计及电磁波信号在传播过程中存在绕射现象等各级误差,导致难以准确定位PD源。为此,提出一种基于模拟退火-自适应混合粒子群优化(simulated annealing-adaptive particle swarm optimization,SA-APSO)及降维投影-动态加权统计的PD定位方法。利用标准测试函数对所提APSO算法进行测试,验证了其在稳定度及精度上均优于普通PSO算法。在变压器PD模拟实验平台,通过SA-APSO方法提取多组PD数据。将三维空间点投影在二维平面进行聚类处理,利用圆内点密度设定阈值排除偏离点,并通过动态加权统计的方式获取平面PD源,进行均值处理后回归空间量。实验结果表明,经过降维投影-动态加权统计处理后的PD定位精度明显提高,定位误差降至5.86 cm。     

一种多样本信息的局部放电源逐次逼近定位方法

时延估计是利用时间差方法对局部放电(PD)源准确定位的关键,然而在测量时延时不可避免地产生误差,从而导致因时延获取准确度不高而带来定位误差大的问题。因此,为了降低时间差定位法中对准确获取时延的依赖性,提出一种基于多样本寻优PD源的逐次逼近定位方法。采用逐次逼近式粒子群搜索原理,对传统定位方法得到的单样本初值与传感器阵列所建立的寻优目标函数进行递归逼近处理,最终确定最优PD源位置。通过对实验室实测PD信号逐次逼近寻优定位,表明提出的逐次逼近定位方法可有效地解决因时间差测量不准确而引起的定位结果较差的难题,结果较传统时间差定位方法具有更高的准确度,验证了所提方法的正确性与有效性。     

时差筛选和ABC二次寻优的变压器局放超声定位方法

针对变压器中局部放电源的位置,提出了一种时差筛选(time difference screening,TDS)和人工蜂群(artificial beecolony,ABC)二次寻优的超声定位方法,首先采用广义互相关法估计各传感器接收信号的时差,在此基础上增加基于球面方程组的时差筛选环节剔除掉误差较大的时差。接着根据有效时差组建立空间定位的约束最优化模型并采用ABC算法进行求解,将求解出的若干定位结果进行K-Means聚类分析,最后再次使用ABC算法对距离聚类中心之和最小的点进行寻优,校正误差大的定位结果。仿真结果表明:该文方法相较于传统方法定位误差更小,且现场试验验证定位误差小于5 cm。     

GIS局部放电定位的频域时差读取方法

局放(PD)源定位通常依赖于局放信号时域波形获取时差,然而,当信噪比(SNR)很低或者PD信号的初始脉冲较小时,难以获得PD信号的起始脉冲时间.笔者摒弃对时域PD信号分析,结合GIS中电磁波的传播模式特性,通过FFT变换将时域波形转换为频域PD信号进而在频域研究,提出一种精确获取时差的新算法.采用时域有限差分法(FDT...     

变电站局部放电的定向天线多方位检测定位方法

为提高变电站中高压设备局部放电(PD)的3维定位精度,开展了采用定向天线多方位检测的PD定位方法研究。研究了基于2支定向天线旋转检测的PD定位原理,分析了在单点旋转检测定位时的局限性,提出了多方位检测的定位方法。利用特高频信号首波互相关算法进行时延估计,结合网格搜索法和粒子群寻优算法求解非线性方程组实现精准定位。并在220 kV变电站模拟了PD源的定位试验。结果表明:与全向天线定位方法相比,定向天线提升了微弱信号的检测能力,抑制了信号传播多路径效应,多方位检测的定位方法有效提高了变电站内PD的3维定位精度。研究结果对变电站内PD的精准定位具有工程实用价值。     

基于时延序列特征的多局放源信号分离方法

现有多局部放电(PD)源信号分离方法多采用PD UHF信号的时频差异作为特征参数进行多源信号分离,但在信噪比较低时分离准确率低。为此,文中提出了基于时延序列分布特征的多PD源信号分离方法,采用两支定向天线组成的旋转检测平台分析出时延序列与天线阵列旋转角度满足余弦函数关系,以此对应关系为特征值进行多PD源信号分离。基于时域有限差分算法仿真了3个模拟PD源在不同信噪比时的分离准确率,与现有多源分离方法进行对比,当信噪比为5 d B时,分离准确率从71%提升至95%。在220 k V试验变电站内试验,结果表明多个PD源被准确地分离和定位,验证了该分离方法的有效性。     

基于线性预测分析时差估计的特高频局部放电定位方法

基于特高频(UHF)信号的局部放电(PD)定位方法由于其对信号时差的计算误差较大,因此还未能在变电站中进行广泛的应用。文中提出了一种基于线性预测分析的时差估计方法,该算法首先对实际采集的特高频信号做预测分析,然后对预测误差应用幂定律以突显局放发生时刻,最后利用广义相关法进行时差估计。该方法能够以较高的精度计算信号时差,从而提高了局放定位的精度。实验结果表明,利用文中方法进行局放定位,定位距离误差可控制在1 m以下,方向角定位误差可控制在8°以下,证明了该方法的可行性。     

基于超高频电磁波的变电站局部放电空间定位

局部放电的测量和诊断已成为评估高压电力设备运行状态的重要方法之一。但目前的局部放电监测主要以单个设备监测为主,测试仪器程序多,成本高,维护工程大。可利用4个天线组成天线阵列接收超高频(UHF)电磁波,并定义三维坐标系对变电站范围内的放电源进行全站的局放定位。重点研究了基于能量积累法计算信号起始时刻和基于信号时延序列实现放电源准确定位算法的原理,并给出了求解基于时差的以局放源位置为未知数的非线性方程组的Newton算法和网络搜索法。实验室测试和现场测试验证了基于射频天线阵列实现变电站范围内局部放电定位的有效性,提出的定位算法可以自适应求解基于时差序列的非线性方程组,既保证了求解的速度,又能解决方程的收敛问题,满足变电站全站局部放电定位准确度的要求。     

基于混合Lanczos-Tikhonov算法的绝缘子表面电荷反演计算

表面电荷反演计算是表面电荷密度分布测量的重要环节。该文针对盆式或锥形绝缘子这类平移变化系统,引入迭代正则化方法,提出了基于Lanczos双对角化与Tikhonov正则化算法混合方法的表面电荷反演算法。通过Lanczos双对角化将电位-电荷之间的矩阵运算投影至维数更小的子空间后,应用Tikhonov正则化求解子空间投影最小二乘问题,大大减小了矩阵的计算量;同时引入自适应加权广义交叉验证（A-WGCV）方法选择正则化参数;结合仿真算例讨论了该算法的实现过程以及计算精度,并与视在电荷法及维纳滤波法进行了对比;最后,通过粉尘图法验证了该算法的准确性和可靠性,并结合粉尘图像和算法反演两种方法获取了针电极下不同电压等级下的电荷分布。     

基于插值互相关函数的GIS局部放电特高频时差定位方法

文中提出一种基于插值互相关函数的GIS局部放电特高频时差定位方法。该方法对在较低采样频率下捕获的局部放电特高频信号首先进行三次样条插值处理,再对插值后信号进行互相关分析,以达到精确估计特高频信号时延的目的。该方法能够利用算法提升系统采样频率,从而提高弥补系统硬件的采样性能,同时减小由于信号时延与采样间隔非整数倍匹配所造成的时延估计误差。通过仿真试验分析两组特高频信号的时延,验证了该方法的可行性和有效性。应用该方法成功定位了一起220 k V GIS内部悬浮电位放电缺陷。仿真试验及应用结果表明,利用基于插值互相关函数的特高频时差定位方法,能够准确快速地进行时延估计,提高时延估计准确度27%以上。     

基于能量累计曲线-小波变换和动态加权统计的局部放电源定位方法

为了快速准确地对变压器局部放电(PD)源定位,提出了一种基于能量累计曲线-小波变换和动态加权统计相结合的局部放电定位方法。对获得的超高频(UHF)信号的能量累计曲线进行小波变换来提取超高频信号到达时刻的时间差;由各组时间差数据得到的初始点建立动态加权统计算法的数学模型。排除错误的初始点后,对每个初始点进行动态加权求取PD源位置。结果表明,动态加权统计克服了仅仅根据单组时间差数据定位PD源的分散性,能够更加快速准确地对变压器中的PD源进行定位。使用基于能量累计曲线-小波变换和动态加权统计相结合的方法可以实现对PD源的准确定位,其定位准确度可达10cm。     

基于平面相交法的敞开式变电站多源局部放电定位方法

目前基于特高频(UHF)天线阵列的敞开式变电站局部放电(以下简称局放)检测与定位方法获得应用,但定位距离误差偏大,且未提供有效的多放电源时的定位方法。为此提出了基于平面相交法的敞开式变电站多源局放定位方法:采用插值互相关法计算天线信号之间的时差,对互相关函数进行插值以提高采集系统采样率较低时的时差精度;引入平面相交法求解时差方程,并统计获得多次局放信号定位结果中概率密度最高的位置,将其作为最终的定位结果。当存在多个放电源时,使用K均值算法对天线阵列的时差向量进行聚类,实现多源UHF信号的分离。之后,建立了变电站局放检测与定位实验系统,对前述算法的定位精度进行了测试。结果表明,对尺寸为4 m×2 m的菱形天线阵,当局放源与距离4 m的天线对的法线夹角45°且距天线阵列中心距离10 m时,定位误差均1 m,多数情况下20 cm;在存在多个放电源时,该方法的定位精度与单个放电源时接近。     

基于GRU-EEMD算法的非侵入式配电网功率欠定盲源分离

针对目前配电网级非侵入式功率监测和盲源分离问题,文中提出了一种新的欠定功率信号分离方法,将门控循环单元（GRU）网络和集合经验模态分解（EEMD）算法结合起来。首先,利用分时段、分类别的GRU网络功率辨识模型得到源信号估计,将估计结果和EEMD算法联合得到升维非欠定的功率信号。然后,利用辨识网络解决快速独立成分分析提取源信号的顺序不定问题。最后,通过对含综合能源的配电网实测信号分析验证了所提方法的可行性。     

结合广义S变换和快速独立分量分析的局放信号中窄带干扰抑制方法

针对现有方法对局部放电（partial discharge,PD）信号中窄带干扰抑制效果较差的问题,提出了一种基于广义S变换和快速独立分量分析的窄带干扰抑制方案。该方案首先利用广义S变换对染噪PD信号进行时频分析,在染噪PD信号的时频分布图中,根据窄带干扰和PD信号的不同时频特征,可以确定窄带干扰的特征区域;然后在窄带干扰的特征区域中,利用Candan算法对窄带干扰的频率进行估计;最后利用窄带干扰频率估计值和快速独立分量分析方法分离出PD信号,实现窄带干扰抑制。仿真和实测结果说明,所提方法可以有效抑制染噪PD信号中窄带干扰,并且能准确获取PD信号的波形特征,对比传统的奇异值分解方法和快速傅里叶变换滤波方法,文中方法对窄带干扰的抑制效果更好,残余干扰的能量较小。     

三维定位方法在变电站局部放电检测中的应用

针对当前变电站局部放电定位系统仅能实现准确的局部放电(PD)二维定位,开展了三维定位方法在变电站PD检测中的应用研究。文中采用定向天线的PD多方位检测定位方法,采取在多个检测点旋转两支特高频定向天线的检测模式,利用不同旋转角度下局放源到达两支天线的不同时延求解定位方程组实现PD三维定位。为实现该方法的现场应用设计了一套局部放电三维定位系统,系统通过各硬件进行角度、时延、定位坐标等参数的采集并传输至上位机,然后在基于LabVIEW平台开发的上位机软件中进行PD源三维坐标计算、显示并保存计算结果。最后,通过试验验证了该系统的有效性,试验结果表明,该系统的PD三维定位偏差不超过0. 4米,远优于二维定位精度。     

基于GIS中电磁波传播路径特性的局放源定位方法

气体绝缘开关设备（GIS）中发生局部放电（以下简称局放）时,为查找绝缘缺陷,需对局放源进行准确定位。超高频（UHF）时差定位法由于原理简单、实现方便、定位精度高等优点获得了广泛应用,但当局放信号的初始脉冲较小而难以确定信号的起始脉冲时间时,UHF时差法将难以有效运用从而导致较大误差。为提高时差定位法的准确性,对局放电磁波在GIS中的传播路径特性进行研究,分析结果表明,局部放电产生的电磁波在GIS中的传播路径与局放源的位置、检测点的位置密切相关,据此提出了基于传播路径的脉冲时差定位法。实验结果表明,当局放源位于GIS外壳附近、电磁波信号初始脉冲很小、难以辨识时,用该方法可以准确定位。     

多通道动平衡测试系统算法

针对大型旋转机械动平衡,利用离散傅里叶变换和正交相关法,提出了提取振动信号特征量的数据处理算法,可以从通频振动信号中提取出基频信号的幅值和相位;利用数值计算的算法,实现通频信号真有效值的测量;开发了以数字信号处理器（DSP）为核心的八通道数据采集电路,并利用复杂可编程逻辑器件（CPLD）和锁相倍频技术,设计了准确的数据采集触发逻辑电路。实验表明,所提出的算法简捷,易于实现,所设计的测试系统可实现不平衡量的精确测量和准确定位,检验了算法的有效性。