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专利号: 2022105288895
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于改进MSET的汽轮机故障预警分析方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:将汽轮机运行的历史数据进行标准化预处理,获得标准化处理后的历史数据;

步骤2:构造MSET的历史矩阵,使用遗传算法优化MSET的历史矩阵;

步骤3:采用滑动窗口残差统计方法,计算汽轮机参数的故障预警阈值,建立故障诊断模块,引入故障信息,使用MSET对故障进行分析,获得诊断结果;

所述步骤2包括如下步骤:

步骤2.1:构建观测向量,将n个变量用于多元状态估计的建模,第i时刻的观测向量表示如下:;

式中: 表示第 时刻的第 个变量,变量取值为 ; 表示转置;

步骤2.2:从标准化处理后的历史数据中选取合适n个观测向量,得到历史矩阵D;

选取的观测向量中的数据包括汽轮机机组在不同负荷下的运行工况,其中形成的历史矩阵D表示如下:;

代表第1个观测向量在一段时间的运行状态数列; 代表第2个观测向量在一段时间的运行状态数列; 代表第n个观测向量在一段时间的运行状态数列;

代表第1个观测向量在时间点1的运行状态的数值; 代表第2个观测向量在时间点1的运行状态的数值; 代表代表第n个观测向量在时间点1的运行状态的数值;

代表第1个观测向量在时间点2的运行状态的数值; 代表第2个观测向量在时间点2的运行状态的数值; 代表代表第n个观测向量在时间点2的运行状态的数值;

代表第1个观测向量在时间点m的运行状态的数值; 代表第2个观测向量在时间点m的运行状态的数值;  代表代表第n个观测向量在时间点m的运行状态的数值;

m表示历史运行状态个数;n表示观测向量个数;

步骤2.3:由实时观测向量 ,计算得到估计向量 :;

式中: 是根据实时观测向量 求得的权值向量, 是第m维权值; 表示历史矩阵;

w1是第1维权值;w2是第2维权值;w3是第3维权值;wm是第m维权值;

代表第1个观测向量在一段时间的运行状态数列; 代表第2个观测向量在一段时间的运行状态数列; 代表第m个观测向量在一段时间的运行状态数列;

步骤2.4:由残差最小的原则,逆推得到权值向量W,公式如下:;

式中, ‑非线性运算符号; ‑权值向量的优化参数,0< <1;I‑单位向量; 表示历史向量的转置;

其中, 选用欧氏距离,其计算方法如下:;

、 分别表示向量X、向量Y;

表示向量X中第一行数列; 表示向量X中第二行数列; 表示向量X中第 行数列;

表示向量Y中第一列数列; 表示向量Y中第二列数列; 表示向量Y中第 列数列表示向量X中第一行数列 与向量Y中第一行数列 的乘积的值; 表示向量X中第一行数列 与向量Y中第二行数列 的乘积的值; 表示向量X中第一行数列 与向量Y中第 行数列 的乘积的值;

表示向量X中第二行数列 与向量Y中第一行数列 的乘积的值; 表示向量X中第二行数列 与向量Y中第二行数列 的乘积的值; 表示向量X中第二行数列 与向量Y中第 行数列 的乘积的值;

表示向量X中第 行数列 与向量Y中第一行数列 的乘积的值; 表示向量X中第 行数列 与向量Y中第二行数列 的乘积的值; 表示向量X中第行数列 与向量Y中第 行数列 的乘积的值;

表示向量X中第i行数列 与向量Y中第j行数列 的乘积的值;

表示向量X中第 行数列中的第 列; 表示向量Y中第 行数列中的第 列;

k=1,2,3…m;

步骤2.5:使用遗传算法求得优化参数 ;

所述步骤3包括如下步骤:

步骤3.1:计算汽轮机运行时的残差向量ε,残差向量ε计算如下:;

其中: 为观测向量; 为估计向量;

步骤3.2:选取滑动窗口法对计算所得的残差向量ε进行处理;其中,选择适当窗口宽度N,计算残差向量平均值 ,其公式如下:;

为残差向量的第 个数值; 为窗口宽度,=1,2,3...N;

步骤3.3:根据残差向量平均值 ,计算得到故障预警阈值 ;

汽轮机健康运行时,通过残差向量图找其最大值为 ,k为预警阈值,则汽轮机故障预警阈值 计算公式如下:;

步骤3.4:通过观察计算得到的平均残差曲线图,得到诊断结果;当其高于预警阈值时,汽轮机存在异常运行;当其没有超过预警阈值时,汽轮机正常运行。

2.根据权利要求1所述基于改进MSET的汽轮机故障预警分析方法,其特征在于:所述步骤1中,标准化预处理公式为:;

式中,μ、x、σ分别为实时观测向量 中的均值、变量、标准差。