机故障

针对风电场集电线上复杂电源密集接入使得现有定位方法应用困难的问题，提出一种基于双层负序差值与负序测距的风电场集电线故障定位方案。首先，深入分析风机故障电流特性，从负序分量出发实现风机建模，同时计及风电场结构特点对其负序网络实施等效。然后，引入故障模拟策略，通过负序电压差值表征模拟故障与实际故障的差异以识别故障区域第一节点，进一步探究从实际故障场景到特定模拟故障场景的负序电压变化趋势，并定义负序电压比消除故障点电流影响，由此提出负序电压比差值判据以实现故障区域第二节点识别。最后，针对故障区域利用双端负序量推导测距公式确定故障位置。PSCAD/EMTDC验证表明，所提方案能够以较少测点计及含线路分支集电线的适用性准确定位集电线各类不对称故障，且定位效果不受故障位置、过渡电阻、风机、风速分布及相量不同步等因素影响。

针对数据驱动的风机故障诊断面临的数据量少、信号噪声干扰等问题，提出了一种基于宽卷积深度神经网络的故障诊断方法。该方法采用了重采样、小波阈值去噪等信号预处理方式，既增加了信息密度，又保证了信息的完整性，结合主成分分析法(principal component analysis，PCA)替代人工经验进行数据通道的选取。利用卷积神经网络的强大特征提取能力，通过较少的数据训练即可对风机机组在时域上的故障信号进行有效的特征提取，从而可以对风机进行精确的故障诊断。基于某真实风机机组数据的实验结果，验证了该方法的有效性。

在极端场景下，负荷聚合商可能会控制市场以攫取超额利润。为此，以冰灾为例，提出一种考虑多重不确定性的负荷聚合商市场力评估方法。首先，利用UGF（通用生成函数）来描述冰灾下架空线路、风电机组随机故障的不确定性；其次，通过聚合各类不确定性的标准概率函数，提出市场力评估算子以建立负荷聚合商节点市场力评估模型；最后，基于出清模型的结果，构建时空市场力指标体系以辨识具有高市场力水平的关键负荷聚合商以及相应的关键时段。算例结果表明，该方法有效量化了冰灾下负荷聚合商的市场力水平，处于负荷水平较高区域的负荷聚合商在覆冰严重的时段更容易行使市场力。

近年来,随着可再生能源渗透率的逐步提高，由可再生能源出力固有的间歇性导致的电压波动和电压越限给配电网的安全稳定运行带来了严峻的挑战。针对该问题，文中将配电网中的电压调节问题建模为状态势博弈模型,并设计相应的分布式算法进行求解。首先，对辐射状配电网潮流模型进行线性化，基于线性潮流模型提出以系统电压分布偏差和无功出力成本之和为目标函数的配电网电压调节方法。然后，基于状态势博弈理论，根据仅需本地及邻居节点信息即可求解的原则设计各节点的子问题，并完成分布式电压调节算法的设计。进一步地，在每次迭代中，以冻结当前孤立节点状态的方式对所设计的算法进行改进，增强算法在通信链路随机故障下的韧性。仿真结果表明：即使存在通信链路随机故障，文中所设计的分布式电压调节算法仍可在保护分布式机组隐私的前提下实现配电网电压分布的快速有效调节。同时，与其他分布式电压调节算法相比，文中算法具有更快的收敛速度和更好的电压调节效果。

针对数据驱动的风机故障诊断面临的数据量少、信号噪声干扰等问题，提出了一种基于宽卷积深度神经网络的故障诊断方法。该方法采用了重采样、小波阈值去噪等信号预处理方式，既增加了信息密度，又保证了信息的完整性，结合主成分分析法(principal component analysis，PCA)替代人工经验进行数据通道的选取。利用卷积神经网络的强大特征提取能力，通过较少的数据训练即可对风机机组在时域上的故障信号进行有效的特征提取，从而可以对风机进行精确的故障诊断。基于某真实风机机组数据的实验结果，验证了该方法的有效性。

随着配电自动化技术的迅速发展，配电自动化三遥控制等配网业务对通信通道可靠性要求也目益提高。目前配电自动化光纤工业交换机网络以手拉手环的形式实现在单个配电房交换机故障或失电情况下，通过生成树协议单点自愈，但在两个以上电房工业交换机故障或失电时无法自愈，会导致配电自动化业务中断。另外，由于规划建设的不完善或者部分电房长期难以复电，存在部分电房光纤通信网为链状网络，处在链状网络中的任意一个节点故障也会造成通信中断，影响业务正常运行。根据运行数据统计，光纤交换机掉电占配电光纤网络缺陷的大多数，以广州局2016年6月数据为例，当月自动化终端电源故障及电房低压电源故障造成通信网业务中断占所有配网通信 缺陷的54.7%。因此，实现光纤交换机自动光旁路意义重大。 由于于开关房、配电房、室外柱上开关等配电系统在户外建设，配网通信设备如工业交换机等同样部署在户外环境。因用电用户所处环境不同，通信设备需要考虑高温、严寒、风雨、雷电、沙尘、尾气等各种恶劣环境的影响因素，经常导致设备掉电，故障无法运行，一旦上游设备故障掉电，导致下游设备或两故障节点间设备形成孤岛，完全断绝与上层设备互联关系。由于配电通信系统中的通信设备大都部署在户外，一旦出现故障就需要运维人员到现场维护，维护效率板低。 针对上述问题，本成果研制了一种用于配电光纤通信网络的光旁路装置，该装置可与广州供电局现有光纤工业交换机网络良好兼容，通过自动识别网络节点的供电状态及光信号输出状态，节点故障时系统进行光路瞬时切换，绕过故障的网络节点，从而能避免网络节点发生全阻障碍，保持系统连通正常。通过该光旁路装置可实现环型网络、链状网络抗多点设备故障的功能，提升配网通信网络的安全可靠性。

本项目对海上风电场全景监控和预测性维护技术进行了研究，开发了相关系统。在监视方面，提出一种海上风电全景一体化监控架构，首次建立辅控系统CIM 模型，实现了主辅设备的统一建模及海上升压站全数字化；功率预测方面，提出可在线校正的海上风电功率预测方法，针对高变化率的海风实时修正预测模型，解决传统预测模型自适应差问题，提升了海上风电功率预测精度；功率控制方面，提出计及多因素和约束条件下海上风电有功功率控制方法及计及多时间尺度的无功设备两层协调控制方法，攻克了大惯量风电机组有功功率调节慢且精度不高的问题，实现了风电机组、无功设备功率调节次数的最优化及无功电压精准控制；运维方面，提出一种大数据趋势特征拟合的海上风机故障预测方法，结合海洋环境数据，建立多种风机劣化概率随机模型，风电机组潜在性故障判别有效率可达85%以上，实现海上风电场预测性维护。项目成果通过中国电机工程学会鉴定，结论为：“项目内容具备推广应用价值，填补了国内外空白，整体达到国际领先水平”。 项目成果目前在国内外没有同类产品可以比较。在统一模型、统一监视方面，国内外无相对应技术或产品；在控制和预测方面，技术指标处于国内外领先水平；率先建立的预测性维护体系，实现了海上风电场的智能运维。 项目成果已在25个海上风电项目中应用，对我国海上风电健康发展起到积极促进作用。从海上风力发电企业考虑，有利于降低海上风电场建设和运维成本，改善运维人员工作环境，提升企业运维水平及生产效率，增强企业的市场竞争力，年均节约运维成本约100万元；从整个新能源发电产业考虑，能够提升海上风电场可控性，有利于促进海上风电产业的发展，进而为减少碳排放，降低环境污染做出贡献。 项目成果能够为海上风电项目后期运行维护、系统协调、电网服务、资产管理等方面提供有效的技术手段和管理平台，应用前景广阔。

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有结构简单、运行稳定、效率高和外形多样等显著优点，在生产制造领域得到广泛应用。PMSM在工作中不断受到速度变化和负载波动等复杂工况的影响，不可避免地会出现各种故障，如轴承故障、偏心故障、退磁故障和匝间短路故障等。文中综述了PMSM常见故障类型，并总结了自动化领域中基于信号的状态监测方法的现有研究，以用于各类电气和机械故障的检测和诊断。随后，对诊断方法进行了总结，并分析了其优势与限制，探讨了不同信号处理方法在应用中的利弊。最后，根据当前研究现状，讨论了PMSM故障监测与诊断存在的问题和未来发展方向。

风电行业的快速发展给发电企业，特别是跨区域大型发电企业提出了新的难题。机组类型不断增多，场内机组分布范围不断增大，给检修运维工作带来了新的挑战。项目利用风电机组海量数据，结合大数据分析手段，研究了一系列风电机组故障诊断方法。同时，结合算法成果研发了行业领先的风电诊断平台并成功推广，实现了运维管理模式创新。针对目前风电领域数据分散、编码及接口不统一等问题导致的数据孤岛和数据可用性差的现状，研究集团级数据感知和存储技术，融合多目标系统数据，实现数据结构、接口、编码的标准统一，使平台便于部署实施，数据便于分析、管理，应用便于拓展，建立风电数据与应用生态。风电机组运行状态划分、性能评价标准等方面的差异，导致风电运维中管理难、对标难。研究统一的风电机组状态划分方法，实现机组的统一状态统计与管理，并建立风电对标指标体，实现全集团统一的对标，促进提质增效。针对机组正常并网发电时出力不佳的问题，本项目进行了数据清洗、敏感点能效分析算法的研究，提出优化建议，促进场站发电量的提升。针对风电行业风机故障事后维修等现状，研究风机主传动链等机械故障机理，振动模式识别以及故障敏感特征提取，实现机组机械故障的高敏感度诊断，并通过研究数据驱动的自学习趋势分析的故障诊断技术，实现了关键部件的监控诊断，形成对故障特征具有高灵敏度的诊断技术群。针对单一诊断技术误报率偏高的现状，研究基于多元信息融合证据理论的和故障树分析的机组故障评价与预测方法，综合考量多系统、多指标的状态信息，提高结果的可靠性。 本项目获授权发明专利 7 项，实用新型专利 1 项。项目发表论文 20 篇，知识产权成果显著。依托成果建设了华电集团新能源远程诊断平台，目前已接入 6500 多台机组，生产单位依托平台智能评价机组健康状态、开展机组状态检修。结合“互联网+风电”的思维，形成风电先进诊断技术的集群，为风电行业持续稳定发展提供强有力的技术保障。

今年年初，业内首个全风场级双馈机组电气及控制策略技改项目实现顺利交付，据项目业主反馈，自全场并网至今，整机故障同比下降80%以上，变流器故障率同比下降100%，达成了安全性与可靠性提升的改造初衷。