十二相同步整流发电系统故障诊断方法研究

摘要

随着船舶综合电力推进系统的高速发展，对船用供电品质和电气设备功率密度的要求也逐渐提高，十二相同步整流发电机系统以其较高的功率密度、较小的电压脉动和优良的动态性能等突出特点，在船舶综合电力系统领域正成为一种富有竞争力的发电机系统，逐渐取代传统直流发电机供电系统，得到广泛应用。十二相同步整流发电系统的安全稳定运行，对保证船舶用电质量和船员人身安全具有重要意义，研究其故障诊断方法具有现实意义。
　　本文首先基于MATLAB/Simulink分析研究十二相同步整流发电机的数学模型和正常仿真模型，并进一步对发电系统的典型故障进行机理分析和研究，建立典型故障的Simulink模型，所研究的包括整流元件开路、定子绕组匝间发生不同程度的短路，发电机过电流等故障，并根据故障时产生的谐波特点与正常运行状态进行区分，提取故障特征。
　　其次，以发电机过电流为例，分析造成发电机过电流现象的可能原因，建立发电机过电流现象基于T-S的模糊故障树，研究了基于T-S模糊模型的故障诊断算法。对于中间层事件的下层原因的故障程度难以获得时，本文提出一种方法，用中间层事件的特征程度代替下层原因的故障程度。研究了过电流现象的T-S故障树模型，以定子绕组发生匝间短路的特征作为底事件，通过底事件的故障状态和模糊可能性，估算出十二相同步整流发电系统发生过电流现象的可能性，验证了T-S模糊故障诊断方法适用于该系统。
　　再者，基于模糊模式识别原理，对故障模式和故障征兆不能一一对应的情况，研究了其故障诊断方法。本文通过对不同功率等级的发电机的特征进行函数拟合，得到了适用于不同负载状态下的故障征兆模糊函数集，适用于各种带载情况的十二相同步整流发电机故障诊断，避免了因发电机功率不同造成谐波含量的变化而产生误判，提高了诊断准确性，扩大适用范围。
　　最后，基于LabVIEW及LabVIEW访问数据库的功能，实现十二相同步整流发电机的在线故障诊断，及诊断结果的存储和查询，验证了基于模糊模式识别算法结合函数拟合特征向量的故障诊断的有效性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1本课题研究的背景和意义

1．2．1发电机故障诊断的研究现状

1．2．2故障树的研究现状

1．2．3模糊诊断的研究现状

1．3本文研究的主要内容

第2章十二相同步整流发电系统建模与仿真

2．1十二相同步整流发电系统的组成结构

2．2十二相同步整流发电系统的建模

2．2．1十二相交流同步发电机数学模型

2．2．2发电机模型的定转子分解

2．2．3整流装置模型

2．2．4励磁控制器设计

2．3正常发电系统运行仿真分析

2．4．1定子绕组匝间短路故障

2．4．2失磁故障

2．4．3整流元件开路故障

2．5本章小结

第3章基于T-S模糊故障树的故障诊断

3．1故障树理论简介

3．2基于T-S模糊故障树的故障诊断方法简介

3．2．1T-S模糊门介绍

3．2．2事件的描述方法

3．2．3T-S模糊故障树算法

3．3基于T-S模型的发电系统故障树建立

3．3．1发电系统过电流的模糊故障树建立

3．3．2发电系统过电流的T-S模糊门规则建立

3．4．1发电机过电流的模糊可能性分析

3．4．2发电机故障模糊概率分析

3．5本章小结

第4章基于模糊识别的十二相同步整流发电机故障诊断

4．1模糊诊断方法的总思路

4．1．1模糊理论简介

4．1．2模糊模式识别

4．1．3十二相同步整流发电系统模糊故障诊断流程

4．2十二相同步整流发电系统故障征兆提取方法

4．2．1小波包分解方法介绍

4．2．2基于小波包分解的时频特征提取

4．2．3典型故障的故障特征提取

4．3模糊征兆集的建立

4．4模糊识别故障诊断流程

4．5模糊识别故障诊断仿真案例

4．6本章小结

第5章基于LabVIEW的故障诊断专家系统实现

5．1系统功能概述

5．1．1需求分析

5．1．2硬件部分

5．1．3软件部分

5．1．4系统总功能设计

5．2系统设计与实现

5．2．1数据采集

5．2．2故障预诊断部分

5．2．3系统模式识别部分

5．2．4数据库的建立

5．3诊断实例

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢