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1、基于广义模型的复杂电力系统的故障诊断2004年7月第1lg第4期控制工程ControlEngineeringofChinaJu1.2004Vo1.11.No.4文章编号:1671-7848(2004)04-0378-03基于广义模型的复杂电力系统的故障诊断陈跃鹏,张庆灵,杨晓光,刘公望,刘国义(1.东北大学理学院,辽宁沈阳110004;2.大连海事大学信息学院,辽宁大连116026;摘要:讨论了广义大系统故障诊断的一种新方法.首先,给出了复杂电力系统不对称故障的定义.以及传统的分析方法接着.对所给的广义大系统,构造
2、它的一个全阶广义状态观测器.考虑广义系统的3种可能故障形式,残差由交联项部分和系统的故障两部分组成.为了排除交联项对故障的干扰,实现交联项的解耦,分两种情况讨论残差,并分别设计加权矩阵,给出故障诊断的方法.所给的故障诊断方法在实际应用中切实可行,且能提高故障诊断效率.关键词i故障诊断;广义大系统;解耦;特征结构配置;不对称故障中图分类号:TP13文献标识码:A1引言随着人们对一些特殊系统的安全性能和可靠性能要求的提高,例如核反应器,航空器,铁路运输线等,这些系统对安全性能和可靠性能的要求远远超过其他系统的要求.但在
3、实际操作过程中,由于各种原因使得故障成为一种无法避免的因素卫].因此为了确保系统可靠,有效的运行,在控制系统的设计中应当采用一些故障诊断措施,以便系统一旦出现故障能迅速地被检测出来.由于故障诊断模型的核心是所产生的残差,它既能反应系统故障又能指出故障的位置.基于观测器方法的基本思想是设计一些形式的观测器,然后通过适当的加权输出估计误差构造残差,再用这种残差来检测系统的故障.过去,人们对常规系统的残差产生器设计问题进行了研究并提出了多种方法],有关广义系统的研究成果还比较少].2问题的提出复杂电力系统发生故障的原因很
4、多,其中包括因发电厂变电所开闭器类其中一相动作不良引起的缺相;用户的电抗和电容的大小以及共振影响引起的输供电线高次谐波电流变化很大等;而大多数故障的原因为相与柑之间发生短路和相与地之间的短路.将具有多电源的电力系统的两相短路,单相短路,两相短路接地或断相所产生的故障称为复杂电力系统不对称故障,如图1所示.L1L2L3图1电力系统故障点接线示意图一般的,当电力系统k点发生不对称故障时,相当于在k点接上三相阻抗不对称故障电路.将这时的电力系统分为性质不同的两部分电路,即:未发生故障前原来的三相阻抗对称系统;三相阻抗不对
5、称的故障系统.传统的分析方法大多采用两种:①根据边界条件方程,即:VkL1=Vk川+m+Ⅲ=01=a21,川+12+l0=0'￡3=川+m+l0=0将电力网络分为正序,负序,零序3个等效网络,可根据边界条件方程指明的关系将各独立序网进行联接,构成统一的复合序网.复合序网直观具体且便于分析.但这种方法建立和求解复合序网很困难.②在对称分量系统中直接用对称分量表示收稿日期:2003-10-13;收修定稿日期:2003—11-l8基金项目:辽宁省普通高校学科带头人基金资助项目(124210);辽宁省科技厅科技基金资助项目
6、(2001401041)作者简介:陈跃鹏(1971-),男,湖北鄂州人,讲师,博士研究生,主要研究方向为故障诊断与容错控制等;张庆灵(1956.),教授,博士生导师.第4期陈跃鹏等:基于广义模型的复杂电力系统的故障诊断?379.的基本方程和边界条件方程进行分析,但这种方法解决的问题不直接.本文将就广义电力系统的故障诊断问题进行初步的研究.3广义电力系统故障模型描述考虑相互关联的
7、7,r个广义子系统,(1,2,…,/v)构成的大系统三,即:E誓i?ci+Biiuil㈩yi=Ciy,(1,…,Ⅳ)j式中,∈R是系统的状
8、态;",∈R是系统输入;YRm,是测量输出;矩阵EAB具有适当的维数.这时所有的子系统,能等价地描述成如下的紧凑形式:E警_A幅"l2y=CxJ式中,:(T】,…,)T,"=("T】,…,uT,)T,),=(】,…,yT).并目:A:AI】Al2A2lA22A】A舵A】.A2,:-E=diag[E…,EN～],B=diag[B……,B],C=diag[C……,C]并且满足:n=n,蓍.r』=r,Era.=m,rankE=n.<假设1矩阵列满秩,矩阵C行满秩.假设2rank[]=rankn.记:D=[AmA,…
9、,Ai.i-l,AiⅢ,…,A"],:[l,2,…,xTxT+l,…,Y],(1,…,Ⅳ).这样式(1)就能够表示为=A.xi+Biiui+D}(3)=,(1,…,/v)J对于系统式(3),当出现故障时,可能的故障形式有如下3种.①在子系统中,当射个执行器出现故障.②在子系统中,当前个状态出现故障.⑧在子系统,中,当靳个传感器出现故障.构造全阶状态观测器:一
