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基于状态观测器的水轮机控制系统故障检测与诊断

作　者: 和一凡
导　师: 张江滨
学　校: 西安理工大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 水轮机控制系统故障检测与诊断状态观测器电液随动系统传感器
分类号: TK730.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 53次
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内容摘要

水轮机调速器是水电站中的重要控制设备,其可靠性直接关系着水电机组的安全稳定运行。在水轮机调速器的运行过程中,由于外部干扰、元器件老化、机械磨损等原因,难免会出现各种各样的故障。因此,对水轮机调速控制系统的故障进行诊断将为设备的及时维修处理与维护提供重要依据。在分析对比目前国内外常见的故障检测与诊断方法优缺点基础上,提出了基于状态观测器的水轮机调速控制系统故障检测与诊断方法。选择控制系统中可靠性比较薄弱的电液随动系统和传感器环节进行故障检测与诊断。首先搭建了水轮机调速器电液随动系统数学模型,通过重构系统状态方法,设计出电液随动系统状态观测器,通过观测器与实际系统输出形成的残差对其故障进行检测,并根据残差类型及大小进行故障诊断。其次,由于系统及传感器信号中一般存在干扰噪声,采用了状态最优估计的卡尔曼奉献滤波器方法,对水轮机调速控制系统中的传感器故障进行检测,通过观察其各自滤波器与实际系统值生成的残差序列得到故障信息,从而实现各种类型故障的区分和隔离。最后,将所设计的水轮机调速器电液随动系统故障检测单元和传感器故障检测单元进行了仿真。仿真分析结果表明：基于状态观测器方法能够对电液随动系统中的配压阀发卡及死区变化、传感器信号漂移及消失等故障进行及时准确检测和有效诊断,为水轮发电机组高可靠性容错控制的研究奠定良好基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题的研究背景  8
  1.2 故障诊断技术及其发展现状  8-9
  1.3 水轮机控制系统故障诊断发展现状  9-11
  1.4 论文的研究内容  11-14
2 水轮机控制系统数学模型  14-22
  2.1 引言  14
  2.2 水轮机调节系统结构  14-15
  2.3 水轮机及引水系统模型  15-16
  2.4 发电机及负载模型  16-17
  2.5 调速器模型  17-22
3 基于解析模型的控制系统故障诊断方法  22-30
  3.1 引言  22-23
  3.2 状态观测器  23-26
    3.2.1 开环状态观测器  23-24
    3.2.2 闭环全维状态观测器  24-26
  3.3 卡尔曼滤波器  26-30
    3.3.1 奉献滤波器原理  26-28
    3.3.2 卡尔曼滤波原理  28-30
4 调速器电液随动系统故障诊断  30-44
  4.1 引言  30
  4.2 电液随动系统故障的模型化  30-31
  4.3 电液随动系统故障诊断  31-35
    4.3.1 电液随动系统及其故障模型  31-33
    4.3.2 状态观测器的设计  33-35
  4.4 仿真实验及分析  35-43
  4.5 小结  43-44
5 水轮机控制系统传感器故障诊断  44-52
  5.1 引言  44
  5.2 传感器故障的模型化  44-45
  5.3 水轮机控制系统传感器故障检测  45-48
    5.3.1 水轮机调节系统数学模型  45-47
    5.3.2 卡尔曼滤波器的设计  47-48
  5.4 仿真实验及分析  48-51
  5.5 小结  51-52
6 结论与展望  52-54
  6.1 结论  52
  6.2 存在问题与展望  52-54
致谢  54-56
参考文献  56-60
附录  60

基于状态观测器的水轮机控制系统故障检测与诊断

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