能實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體地指一種能實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法，用于智能化水電站各型水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的健康狀態(tài)預(yù)測(cè)，滿足智能電網(wǎng)和智能水電站的控制要求。
【背景技術(shù)】
[0002]在全球金融危機(jī)和全球氣候變化下，世界各國(guó)都把發(fā)展可再生能源當(dāng)作振興經(jīng)濟(jì)的重要措施，中國(guó)也是如此。水電就是各國(guó)優(yōu)先開發(fā)的可再生清潔能源。我國(guó)水電資源蘊(yùn)藏量世界第一，主要富集于大江大河，需采用大型水電機(jī)組才能有效開發(fā)，百萬(wàn)千瓦級(jí)水電機(jī)組的水輪機(jī)及調(diào)速、勵(lì)磁、發(fā)電機(jī)等附屬設(shè)備及其系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)技術(shù)被作為清潔高效發(fā)電設(shè)備及技術(shù)列入國(guó)家《重大技術(shù)裝備自主創(chuàng)新指導(dǎo)目錄》。同時(shí)，國(guó)家提出要建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，以滿足水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能、潮汐能等多種可再生能源的可靠接入，智能化水電站的建設(shè)已經(jīng)開始試點(diǎn)，這就對(duì)作為水輪機(jī)的附屬設(shè)備調(diào)節(jié)系統(tǒng)提出了更高的要求。
[0003]目前應(yīng)用于水電站的水輪機(jī)調(diào)速器大都能可靠運(yùn)行，滿足電站現(xiàn)有需求，但針對(duì)未來(lái)智能水電站的建設(shè)，還存在以下不足:
[0004]I)設(shè)備故障診斷僅限于水輪機(jī)調(diào)速器本身；
[0005]2)沒(méi)有對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。未來(lái)智能化水電站要做到“無(wú)人值班”的要求，必須要對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)了如指掌；
[0006]3)對(duì)設(shè)備故障診斷的手段不夠，僅限于PLC和操作終端有限的分析能力很難對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的故障做綜合全面的分析和定位；
[0007]4)現(xiàn)有檢修方式仍然是定期維護(hù)和事后維修，未能做到預(yù)知性維修。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種能實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器和檢測(cè)設(shè)備，利用多源信息融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的智能診斷和健康狀態(tài)預(yù)測(cè)，同時(shí)，將其與控制功能集成于水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)集成度，節(jié)約硬件資源。為智能化水電站實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班(少人值守)”提供更加可靠和可預(yù)測(cè)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0009]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是一種能實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)和水輪機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于檢測(cè)所述水輪機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)的第一漏油傳感器，所述第一漏油傳感器與所述水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)連接；所述水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)根據(jù)第一漏油傳感器檢測(cè)的信號(hào)通過(guò)多源信息融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的智能診斷和健康狀態(tài)預(yù)測(cè)，并將診斷和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
[0010]進(jìn)一步地，還包括用于檢測(cè)油壓裝置狀態(tài)信號(hào)的第一油泵輸出流量傳感器、第一油壓傳感器、壓力罐液位傳感器、回油箱液位傳感器、第一油質(zhì)傳感器，以及檢測(cè)油壓裝置控制柜中油泵電機(jī)的第一檢測(cè)裝置；所述第一油泵輸出流量傳感器、第一油壓傳感器、壓力罐液位傳感器、回油箱液位傳感器、油質(zhì)傳感器和第一檢測(cè)裝置分別與所述水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)連接。
[0011]進(jìn)一步地，所述能實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)漏油箱狀態(tài)信號(hào)的液位傳感器、第二油質(zhì)傳感器和第二油泵輸出流量傳感器，以及檢測(cè)漏油箱控制柜中油泵電機(jī)的第二檢測(cè)裝置，所述液位傳感器、第二油質(zhì)傳感器、第二油泵輸出流量傳感器和第二檢測(cè)裝置分別與所述水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)連接。
[0012]進(jìn)一步地，所述能實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)事故配壓閥的第三漏油傳感器和檢測(cè)閥芯動(dòng)作的第二油壓傳感器，所述第三漏油傳感器和第二油壓傳感器分別與所述水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)連接。
[0013]進(jìn)一步地，所述能實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)分段關(guān)閉裝置的第四漏油傳感器和用于檢測(cè)分段關(guān)閉裝置動(dòng)作信號(hào)的第三油壓傳感器，所述第四漏油傳感器和第三油壓傳感器分別與所述水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)連接。
[0014]進(jìn)一步地，所述能實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)接力器的開、關(guān)腔壓力傳感器和接力器位移傳感器，所述開、關(guān)腔壓力傳感器和接力器位移傳感器分別與所述水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)連接。
[0015]進(jìn)一步地，所述能實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組的功率變送器、機(jī)組PT、機(jī)組轉(zhuǎn)速探頭和蝸殼壓力傳感器，所述功率變送器、機(jī)組PT、機(jī)組轉(zhuǎn)速探頭和蝸殼壓力傳感器分別與所述水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)連接。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述水輪機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)還設(shè)有第二漏油傳感器，所述第二、第三和第四漏油傳感器與漏油箱連接。
[0017]此外，本發(fā)明還提供一種水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)的方法，該方法包括:
[0018]I)數(shù)據(jù)預(yù)處理
[0019]⑴數(shù)據(jù)集成
[0020]將水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)獲得的所有數(shù)據(jù)都集成到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，利用MySQL建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)；
[0021](2)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
[0022]將所述數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中與某一部件相關(guān)的所有參數(shù)信息整合成一條記錄；
[0023](3)數(shù)據(jù)清理
[0024]通過(guò)填寫空缺值、平滑噪聲數(shù)據(jù)、識(shí)別、刪除孤立點(diǎn)，進(jìn)行清理數(shù)據(jù)；
[0025]2)多源數(shù)據(jù)融合
[0026]采用基于不同層次的數(shù)據(jù)融合方法，將多源、異構(gòu)傳感器信息進(jìn)行融合，提高診斷精確度及穩(wěn)定性；
[0027]對(duì)傳感器測(cè)得的壓力、流量信號(hào)直接進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化與歸一化，對(duì)于振動(dòng)信號(hào)采用小波包變換、傅里葉變換方法將時(shí)間序列信息轉(zhuǎn)換為頻域信息，再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；
[0028]對(duì)上述各類信號(hào)從數(shù)據(jù)層、特征層、決策層等多個(gè)層次進(jìn)行融合；
[0029]3)故障特征選擇
[0030]水輪機(jī)調(diào)系統(tǒng)故障與傳感器測(cè)得的信號(hào)之間存在顯示或隱式的復(fù)雜關(guān)系，從眾多的信號(hào)中挑選出最能表征故障的信號(hào)；
[0031]4)智能模型構(gòu)建
[0032]通過(guò)帶置信度的集成學(xué)習(xí)方法構(gòu)建診斷模型，在訓(xùn)練階段，針對(duì)每種故障分別構(gòu)建一個(gè)診斷模型，在測(cè)試階段，綜合各種模型的輸出結(jié)果，按其置信度的大小，給出一個(gè)綜合的預(yù)測(cè)結(jié)果；采用后驗(yàn)概率的支持向量機(jī)、Bayesian學(xué)習(xí)、決策樹的方法作為元分類器，利用集成學(xué)習(xí)的方法構(gòu)建準(zhǔn)確、健壯的預(yù)測(cè)模型；對(duì)原因確定的故障診斷則采用故障樹構(gòu)建模型，以進(jìn)一步提高故障定位的準(zhǔn)確度；
[0033]5)異常參數(shù)檢測(cè)
[0034]通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的參數(shù)進(jìn)行異常檢測(cè)，迅速發(fā)現(xiàn)參數(shù)的異常值。
[0035]在上述技術(shù)方案中，所述異常參數(shù)檢測(cè)包括:
[0036](I)基于模型的技術(shù):基于已有的數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)模型，調(diào)節(jié)系統(tǒng)異常時(shí)，在模型中顯得格格不入的為異常數(shù)據(jù)；
[0037](2)基于接近性的技術(shù):利用現(xiàn)有技術(shù)定義數(shù)據(jù)之間的接近性或者相似度，離大多數(shù)數(shù)據(jù)距離較遠(yuǎn)的為異常數(shù)據(jù)；
[0038](3)基于密度的技術(shù):利用上述相似度或者距離，估計(jì)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)在空間里的密度，那些處于低密度區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)就是所謂的異常數(shù)據(jù)。
[0039]本發(fā)明的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比常規(guī)水輪機(jī)調(diào)速器具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0040](I)狀態(tài)監(jiān)測(cè)范圍更寬。除了常規(guī)水輪機(jī)調(diào)速器本體的常規(guī)檢測(cè)外，還增加了本體液壓系統(tǒng)的漏油檢測(cè)、油壓裝置和漏油箱及其控制系統(tǒng)、事故配壓閥、分段關(guān)閉、接力器和水輪發(fā)電機(jī)組等部件的相關(guān)檢測(cè)；
[0041](2)實(shí)現(xiàn)了智能診斷，故障定位更準(zhǔn)確，特別是一些軟故障，如接力器抽動(dòng)、油泵頻繁啟動(dòng)等故障的診斷。
[0042](3)故障診斷范圍更寬。隨著狀態(tài)監(jiān)測(cè)范圍的拓寬，故障診斷的范圍也隨之拓寬，而不僅僅限于傳統(tǒng)水輪機(jī)調(diào)速器。
[0043](4)實(shí)現(xiàn)了水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)各關(guān)鍵部件的健康狀態(tài)預(yù)測(cè)，促進(jìn)系統(tǒng)檢修方式由定期維護(hù)和事后維修，轉(zhuǎn)向預(yù)知性維修。
[0044](5)可靠性更高，使得智能化水電站對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)了如指掌，有利于實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班(少人值守)”。
[0045](6)硬件配置更高，可利用的資源更多，有利于多源信息的融合、分析。
【附圖說(shuō)明】
[0046]圖1為本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)預(yù)測(cè)的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0047]圖2為水輪機(jī)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0048]圖3為水輪機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0049]圖4為油壓裝置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0050]圖5為漏油箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0051]圖6為本發(fā)明水輪機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)進(jìn)行健康狀態(tài)預(yù)測(cè)方法的流程圖。
[0052]圖7為多源傳感信息融合方式示意圖，其中，a)為數(shù)據(jù)層融合方式，b)為特征層融合