電氣工程

基于集成經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解和峭度準則的滾動軸承故障特征提取方法

胡愛軍，馬萬里，唐貴基

摘要：目的：滾動軸承是機械設(shè)備中應(yīng)用最廣泛，同時也是最易損壞的零部件之一，對滾動軸承故障的準確診斷對于保障設(shè)備安全運行具有重要意義。當軸承部件表面出現(xiàn)局部損傷時，會產(chǎn)生周期性的脈沖力，并激起各部件的高頻固有振動，從而產(chǎn)生高頻調(diào)制現(xiàn)象，因此通過適合的共振解調(diào)方法有效地提取低頻調(diào)制信息是準確診斷滾動軸承故障的關(guān)鍵。方法：共振包絡(luò)解調(diào)是工程中常用的滾動軸承故障振動信號分析方法，基本原理是通過以共振頻率為中心頻率的帶通濾波器濾波后，經(jīng)包絡(luò)分析獲得軸承故障的特征頻率。濾波中心頻率及濾波帶寬的選擇是包絡(luò)解調(diào)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。集成經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解（EEMD）是一種自適應(yīng)的時頻信號分析方法，并有效減小了EMD分解中模態(tài)混疊的影響。本文采用EEMD將軸承故障信號分解得到一系列的IMF分量，分別計算各IMF的峭度，根據(jù)峭度最大準則，選取IMF分量進行包絡(luò)解調(diào)分析，根據(jù)包絡(luò)譜診斷滾動軸承故障類型。該方法可以自適應(yīng)地完成中心頻率及濾波頻帶的選取，減小人為因素干擾。結(jié)果：在滾動軸承實驗臺上完成了滾動軸承內(nèi)圈、外圈局部損傷模擬實驗，將基于EEMD與峭度準則的包絡(luò)解調(diào)方法用于軸承故障信號分析，以驗證方法的有效性。對軸承內(nèi)圈、外圈故障信號的分析結(jié)果表明，在包絡(luò)譜上準確得到了故障信號的轉(zhuǎn)頻、內(nèi)（外）圈故障特征頻及其倍頻、轉(zhuǎn)頻與內(nèi)圈故障頻率的調(diào)制邊帶等特征信息，準確獲得了故障特征信息。同時，通過與EMD分解結(jié)果的對比，驗證了EEMD有效地抑制了模態(tài)混疊現(xiàn)象。結(jié)論：提出了基于EEMD與峭度準則的包絡(luò)解調(diào)方法，并應(yīng)用于實際軸承故障信號分析。利用EEMD的自適應(yīng)性將包含滾動軸承故障信息的高頻成分從原來的信號中分離開來，選取峭度最大的IMF分量進行包絡(luò)解調(diào)分析，不僅抑制了EMD方法中的模態(tài)混疊現(xiàn)象，而且避免共振解調(diào)方法中中心頻率及濾波頻帶選取所帶來的誤差，具有良好的自適應(yīng)性。對滾動軸承內(nèi)圈、外圈故障信號分析結(jié)果表明所述方法可以得到清晰的故障特征信息，能夠完成對滾動軸承的精確診斷。

來源出版物：中國電機工程學報, 2012, 32(11): 106-111

入選年份：2015

一類電力系統(tǒng)魯棒優(yōu)化問題的博弈模型及應(yīng)用實例

梅生偉，郭文濤，王瑩瑩，等

摘要：目的：經(jīng)濟調(diào)度是電力系統(tǒng)運行的基本問題之一。具有間歇性和波動性的可再生能源大量并網(wǎng)對維持電力系統(tǒng)源-荷平衡及安全穩(wěn)定運行提出了新的挑戰(zhàn)。本文借鑒魯棒控制的思想，將聚納風力發(fā)電以及電動汽車的電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題建模為魯棒優(yōu)化問題，并通過二人零和博弈模型及算法進行求解。所得策略下的調(diào)度成本對波動的風電出力具有較強的魯棒性。方法：受魯棒控制理論采用二人零和博弈應(yīng)對不確定性的啟發(fā)，提出應(yīng)對風電出力不確定性的電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的魯棒優(yōu)化模型，可描述為系統(tǒng)調(diào)度員和大自然之間的二人零和博弈，其中調(diào)度員控制發(fā)電機出力、電動汽車充放電策略，以及風電場參考出力，大自然控制實際風功率，優(yōu)化目標是極小化最壞風電出力下的調(diào)度成本。該魯棒優(yōu)化問題可描述為如下極小-極大型二人零和博弈（1）。其中x是表征系統(tǒng)潮流的狀態(tài)變量，u是控制變量，可行域為U，w表示大自然（不確定性）的策略，可行域為W。J（u，w）是支付函數(shù)，G（x，u，w）≤0是耦合約束。模型（1）中，調(diào)度員通過控制變量u極小化支付函數(shù)，而大自然通過控制w極大化支付函數(shù)。此博弈的均衡即為魯棒調(diào)度策略。在魯棒優(yōu)化模型（1）的基礎(chǔ)上，研究了聚納風力發(fā)電以及電動汽車的電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題，其物理意義可理解為：由于調(diào)度員不能準確預(yù)測風電出力，一種雖然保守但絕對安全的方法即為針對可能出現(xiàn)的最壞風電出力場景安排發(fā)電計劃，從而能夠從容應(yīng)對任何可能出現(xiàn)的情況，保證系統(tǒng)安全運行。通過求解該模型，可以得到對風功率波動具有魯棒性的調(diào)度策略，即在風電出力的最壞場景中調(diào)度成本最低。結(jié)果：在IEEE 9節(jié)點系統(tǒng)的4號節(jié)點和7號節(jié)點分別加入風電場和電動汽車集中充電站。對所提模型和方法進行驗證。計算結(jié)果表明：（1）調(diào)度員計劃的風電場參考出力和大自然給出的最壞情況下可用風功率截然不同，最壞風功率曲線往往波動較大，因此必須安排充足的備用容量加以應(yīng)對；（2）最壞風功率往往在預(yù)測邊界處取值，因為不確定集合W為多面體，優(yōu)化目標與約束條件均為線性函數(shù)，故極值在極點處取得；（3）低負荷時段的電價也較低，電動汽車在這些時段充電可達到削峰填谷的目的；（4）當考慮到風電波動性與再調(diào)度成本時，魯棒調(diào)度策略對應(yīng)的成本在統(tǒng)計意義下優(yōu)于傳統(tǒng)調(diào)度策略。結(jié)論：本文提出了不確定環(huán)境下決策的魯棒優(yōu)化問題的二人零和博弈模型及其均衡的求解算法，并將之應(yīng)用于電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題，避免了需要精確預(yù)測風電出力等困難，同時發(fā)揮了電動汽車負荷在削峰填谷方面的優(yōu)勢。盡管魯棒調(diào)度策略具有保守性，但可以保證系統(tǒng)運行可靠性。通過提高風電出力預(yù)測精度可降低魯棒調(diào)度策略的保守性。

來源出版物：中國電機工程學報, 2013, 33(19): 47-56

入選年份：2015

智能電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)國際標準體系研究

辛耀中

摘要：目的：總結(jié)十多年來我國在智能電網(wǎng)調(diào)度和智能變電站實施相關(guān)國際標準方面的經(jīng)驗與教訓，深入分析IEC 61970、IEC 61850、IEC 62351等現(xiàn)行主流標準存在的問題，探索提出由“通用安全架構(gòu)、通用通信協(xié)議、通用模型描述、通用服務(wù)界面”構(gòu)成的智能電網(wǎng)運行通用標準體系。方法：結(jié)合我國在智能電網(wǎng)調(diào)度運行和智能變電站方面的大量工程實踐，剖析相關(guān)國際標準體系和現(xiàn)行主流標準存在的主要問題，根據(jù)特大電網(wǎng)運行控制的業(yè)務(wù)需求，適應(yīng)計算機和通信等技術(shù)發(fā)展趨勢，提出解決問題的基本思路和主要措施。結(jié)果：（1）研究闡明了從IEC TC57現(xiàn)行的復(fù)雜標準體系到簡化標準體系，再到智能網(wǎng)的FICC（Function，Information，Communication，Component）三維立體標準體系，進而到通用標準體系的技術(shù)發(fā)展趨勢，并分別深入論證了通用模型描述標準、通用通信協(xié)議標準、通用服務(wù)界面標準、通用網(wǎng)絡(luò)安全防護標準。（2）通用模型描述標準以IEC 61970等系列標準為基礎(chǔ)，解決公用模型CIM效率較低、偏離公用初衷、非面向?qū)ο竺枋觥㈦娋W(wǎng)模型與變電站模型不協(xié)調(diào)等問題，以高效簡潔的CIM/E自描述語言為工具，以電力系統(tǒng)一次設(shè)備和拓撲結(jié)構(gòu)為脊椎骨架，以各業(yè)務(wù)專用數(shù)據(jù)模型為肋骨分支，自然構(gòu)成統(tǒng)一電網(wǎng)模型，模型結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、分支靈活、面向?qū)ο?、維護方便、交換簡單、新老兼容、可持續(xù)發(fā)展。（3）通用通信協(xié)議標準以IEC 61850通信協(xié)議為基礎(chǔ)，解決其設(shè)備兼容性、合并單元、配置及維護、以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)、通信效率、采集同步等問題，將其通信服務(wù)直接映射到TCP/IP或以太網(wǎng)協(xié)議棧上，吸收IEC 60870-5-104等協(xié)議面向?qū)ο蟮膶崟r數(shù)據(jù)傳輸機制，增加自定義通信服務(wù)和自定義報文結(jié)構(gòu)的功能，確保更加靈活的系統(tǒng)維護功能與實時數(shù)據(jù)傳輸功能分離，建立調(diào)度控制中心、變電站、發(fā)電廠等之間統(tǒng)一的通信協(xié)議，逐步實現(xiàn)“即插即用”。（4）通用服務(wù)界面標準以IEC 62541的服務(wù)體系架構(gòu)為基礎(chǔ)，吸收IEC 61850的60種變電站通信服務(wù)，以IEC 61970-401和402為基礎(chǔ)拓展調(diào)度控制中心的通用服務(wù)，采用《電力系統(tǒng)簡單服務(wù)接口規(guī)范》描述服務(wù)列表及參數(shù)格式，采用CIM/G支持圖形化的服務(wù)訪問界面，逐步實現(xiàn)覆蓋電網(wǎng)調(diào)度控制中心、變電站和發(fā)電廠的動態(tài)通用服務(wù)體系。（5）通用網(wǎng)絡(luò)安全防護標準以我國電力二次系統(tǒng)安全防護體系為基礎(chǔ)，增加IEC 62351和IEC 62541系列標準的數(shù)據(jù)通信安全措施，建立以邊界防護為主的結(jié)構(gòu)安全框架，按等級保護要求保障所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)和設(shè)備本體安全，基于可信計算技術(shù)實現(xiàn)全系統(tǒng)的安全免疫，對核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)、系統(tǒng)、場所、業(yè)務(wù)等冗余備份及物理防護，對核心業(yè)務(wù)進行全系統(tǒng)、全過程、全人員的安全管理，構(gòu)建不斷發(fā)展的動態(tài)安全防護體系。結(jié)論：建立基于“通用安全架構(gòu)、通用通信協(xié)議、通用模型描述、通用服務(wù)界面”的智能電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)的通用國際標準體系，在技術(shù)上是可行的，在工程上是急需的，可以適用于發(fā)電、輸電、配電、用電等各個領(lǐng)域，也適用于設(shè)備、現(xiàn)地、廠站、調(diào)度、企業(yè)、市場等各個層級。將對世界智能電網(wǎng)和智能變電站的發(fā)展產(chǎn)生重要影響，將促進電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域的重大技術(shù)進步，使電力系統(tǒng)運行更安全可靠、更經(jīng)濟高效、更綠色環(huán)保。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2015, 39(1): 1-10

入選年份：2015