关键词： 电力变压器   词库构建   三元组抽取   知识图谱   存储与可视化  

摘要： 电力行业正走在可持续化、智能化、数据化的发展方向,电力行业应用大数据、人工智能等新兴技术,推动着电力行业快速向新型电力系统转变。知识图谱是人工智能领域的一个重要应用,它可以为计算机提供结构化的语义信息,使得计算机能够更好地理解和处理人类语言。电力变压器在电力系统中是进行能量转化和传输的重要设备,构建电力变压器故障知识图谱可以实现电力变压器的故障查询、故障根因分析、故障处理措施推送等功能,为建立电力变压器的智能运维系统提供基础。 中文分词是中文自然语言处理的第一步。分词方法基于的原理不同,成词的判断标准也不同,使用单一模型对电力文本分词,最终建立的词库不够完善,且包含非电力词语。本文提出了一种基于多模型协同算法的电力领域词库构建技术:在Jieba分词结果的基础上,以词为基本单位,提出了信息熵词语组合算法发现新的电力词语,该方法起到了较好的词语组合效果,解决了Jieba分词结果词语数量多,粒度小,电力词被错误切分的问题;以字为基本单位,提出了左右信息熵和互信息熵的新词发现算法,该方法分词准确率高,但成词判断严格,词语数量少;综合两个分词算法的优点,采用多模型协同技术,最终获得比单一模型更准确的分词结果;最后用改进的word2vec词聚类算法聚类电力词语,并经过与非电力词库对比筛选,最终建立了较为完善的电力领域词库。 利用深度学习算法对变压器故障相关文本进行三元组抽取,构建电力变压器故障知识图谱。本文提出了一种基于残差膨胀门卷积和自注意力机制的电力变压器三元组抽取算法,实现对实体和关系的联合抽取。利用电力领域词库,建立固定的词向量查询序列,将字向量与词向量、相对位置向量融合,构成本文的可优化输入序列;然后传入残差膨胀门卷积网络提取输入序列特征,引入自注意力机制学习输入序列内部的依赖关系,捕获输入序列的内部结构;最后使用了二值标记框架,标注实体的首尾位置,实现实体的识别,利用概率图方法对实体之间的关系进行抽取。 在获得电力变压器的实体关系集合后,选择Neo4j进行数据存储并实现可视化,基于py2neo实现对电力变压器相关知识的关联搜索和故障查询。

关键词： 油中溶解气体   变压器油   循环神经网络RNN   卷积神经网络CNN   电压等级  

摘要： 变压器是连接发电厂与电网的枢纽,其运行状态关乎整个电力系统的稳定与安全,对于电力系统的可靠性和稳定性至关重要。油中溶解气体是发现变压器早期故障的有效手段,在国内外得到了广泛的应用。油中溶解气体浓度变化异常,能够提前判断变压器的运行状态,往往代表着变压器内部有放电、过热等故障发生,需及时处理,可以避免更大的事故发生,因此油中溶解气体对指导变压器检修工作和预防电网重大事故具有重要意义。本研究旨在采用滑动平均基线模型、RNN模型、改进RNN模型,1D CNN+LSTM模型以及改进1D CNN+LSTM模型,通过预测三种不同电压水平(1000 KV、500 KV和220 KV)下,十种不同气体(乙烯、甲烷、乙炔、氢气、乙烷、总碳氢化合物、二氧化碳、一氧化碳、氧气和氮气)的浓度来检测可能导致变压器故障的早期状况,结果表明,电压等级是确定最有效的预测机器学习模型的关键因素。总体而言,RNN模型的R平方值优于滑动平均基线模型,甚至优于改进的RNN模型。1000KV和500KV条件下,改进1D CNN+LSTM模型的平均绝对误差MAE值更小,220KV条件下,改进1D CNN+LSTM模型的平均绝对误差MAE值大于1D CNN+LSTM模型。

关键词： 电力变压器   集成算法   AdaBoost   DGA   ChOA  

摘要： 随着国家综合性能源电网的快速投入与建设,电力变压器是电网中电能传输设备的关键一环,如果变压器出现故障,很有可能会对电网有巨大影响,是国民经济的命脉,对普通用户也有很大的安全风险。首先,针对支持向量机(SVM)的变压器故障诊断精度的问题,提出一种多策略融合的改进黑猩猩优化算法(MChOA)。第一步,通过融入非线性参数策略来生成初始种群,增强个体的质量和种群的多样性,为全局搜索奠定基础;其次,通过对黑猩猩位置更新公式的改进,体现攻击者黑猩猩的领导地位,提高算法的全局寻优能力;最后,引入柯西精英变异保持算法的多样性,并有效提高收敛精度和收敛速度。利用11个不同的基准测试函数进行寻优仿真,测试结果和Wilcoxon秩和检验结果均显示改进算法不仅克服了ChOA算法容易陷入局部最优、收敛精度低和收敛速度慢的问题,构建MChOA优化支持向量机的变压器故障诊断模型。提高了SVM变压器故障诊断模型的精度,也极大的缩短了运行时间。然后,为了进一步增加MChOA-SVM变压器故障诊断模型准确率和鲁棒性,利用集成算法对数据适应能力强等优势,用AdaBoost算法进行集成,把MChOA-SVM作为弱分类器通过对样本错误率的计算,改变弱分类器权重,得到新的样本分布,再进行迭代,构成强分类器,构建基于AdaBoost-MChOA-SVM的变压器故障诊断模型,再通过不同弱分类器数量对精准度的对比,确定集成算法弱分类器的数量。最后,利用油中气体分析(DGA)技术中常用的无编码比值法,将特征气体及其比例重新构造成13种参量,作为AdaBoost-MChOA-SVM变压器故障诊断模型的输入特征,进行仿真分析,得到了AdaBoost-MChOA-SVM模型在变压器故障诊断中的精度为92.8%,与AdaBoost-SVM、MChOA-SVM、ChOA-SVM、SCA-SVM和PSO-SVM变压器故障诊断模型相比分别提高了9.6%、4%、7.2%、11.2%及10.4%。证明AdaBoost-MChOA-SVM变压器故障诊断模型能有效地提高故障识别率。此外,论文还对上述模型进行了稳定性分析和运行时间对比分析,验证了论文提出的AdaBoost-MChOA-SVM变压器故障诊断模型的平均诊断精度为91.6%,标准差为1.03,验证了其对变压器故障信息有很好的适应性,精度和速度有极大提升。该论文有图37幅,表23个,参考文献76篇

关键词： 固态变压器   级联H桥   主动热控制   零序电压注入  

摘要： 随着全球社会生产力的持续发展，人类对能源的需求逐渐从中小功率、分布式的应用场合向大功率、集中化的趋势发展，并且要求变流系统提高系统功率密度和变流效率。固态变压器由于其灵活、高效能、高功率密度等优势，是牵引系统和智能电网等应用领域中能够解决大功率电能管理难题的新兴变流技术和研究热点之一。本文研究级联型固态变压器中级联H桥的主动热控制方法，通过优化级联H桥的热应力，提高系统的可靠运行能力。　　本文首先介绍了级联型固态变压器的工作原理和常规控制方法。在此基础上，为了实现对输入级级联H桥主动热控制，需要对芯片的结温进行准确的提取。本文提出了一种优化的多芯片封装功率模块热网络建模方法，能够在大范围时间常数下，准确的提取芯片的结温。然后，针对由基频电流引起的结温波动，从调制层出发，采用零序电压注入的方式，将功率模块中开关的状态钳位至常通或者常断，通过减小一定的开关损耗并且重新分配损耗，降低芯片的平均结温以及结温波动，实现固态变压器中级联H桥的主动热控制。对于零序电压注入后系统产生的新问题，分析了产生的原因，并提出相应的解决办法，使得零序电压注入成为一种实用的热控制方法。　　本文最后搭建了包含输入级级联H桥的实验平台，并进行了实验验证。实验结果表明，一方面，在大范围热时间常数下，本文所提出的多芯片封装功率模块热网络模型的精度较高。另一方面，虽然零序电压注入热控制方法会导致中压侧电容电压波动的增大并且在电网电流中引入低次谐波。但是，在一定工况下，采用相应的解决办法后，零序电压注入热控制方法并不影响系统的正常工作，能有效的降低芯片平均结温和结温波动。

关键词： 配电网   三相潮流   OYOD变压器模型   三相不平衡度  

摘要： 目前,中低压配电网中存在三相变压器单相运行的问题,造成了配电网中变压器资源以及线路资源的浪费,而采用开Y-开Δ(Open-wye/Open-delta,OYOD)变压器进行供电可以解决三相变压器单相运行所带来的资源浪费问题。现有的OYOD变压器直接建模方法建模过程复杂、工作量大且容易出错,因此本文提出了OYOD变压器间接建模法,并对OYOD变压器节点导纳矩阵模型在潮流计算中的应用进行了研究,有如下研究内容:本文在对采用直接建模法进行OYOD变压器建模的过程进行分析时发现,由于OYOD变压器存在断开相的问题,使得对OYOD变压器进行建模的建模过程更为复杂。因此本文采用开断矩阵反映变压器的断开相,通过开断矩阵对YNd变压器的原边和副边电压关联矩阵进行修改,可以更方便地得到OYOD变压器的原、副边电压关联矩阵,进而采用统一电气量变换矩阵法建立OYOD变压器的节点导纳矩阵模型。在解决由OYOD变压器造成的系统三相不平衡度增大的问题时,可以通过合理地选择断开相以及对负荷相序进行适当调整来改善三相不平衡度。OYOD变压器副边不接地,导致节点导纳矩阵和雅可比矩阵奇异,需要采用合适的方法进行处理。常用的方法中,并联导纳法较为简单,但是会影响潮流计算结果;而采用相电压与线电压混合变量法进行处理不会影响潮流计算结果,但其处理过程较为复杂。因此,本文采用雅可比矩阵对角元处理方法,该方法可以处理矩阵奇异问题,并且不会影响潮流计算结果,处理过程较相电压与线电压混合变量法简单。本文采用IEEE-4节点系统算例验证了本文提出的间接建模法所建立的OYOD变压器节点导纳矩阵模型的准确性,相比于直接建模法提高了OYOD变压器的建模效率,降低了在建模过程中出现错误的可能性。采用IEEE-4节点系统算例对本文所采用的处理导纳矩阵奇异问题的方法的有效性进行了验证,结果表明雅可比矩阵对角元处理方法可以在不影响潮流计算结果的前提下,更为简单有效地处理矩阵奇异带来的潮流不收敛问题。对修改的292母线系统算例进行潮流计算,验证了本文所建立的OYOD变压器模型在较大型配电网潮流计算中的适用性,计算结果还表明在采用OYOD变压器后,各节点三相不平衡度最大值为1.044%,符合国标要求,因此采用OYOD变压器进行供电是可行的。

关键词： 油浸式变压器   油纸绝缘   频域介电谱   非均匀老化   有限元仿真   遗传算法  

摘要： 油浸式变压器被广泛应用于高-低压电力系统网络中并承担电能转换和配送的重要任务。其内部油纸绝缘的老化是影响变压器绝缘性能、引入运行风险的关键因素。因此,准确评估油纸绝缘的老化状态,是保障变压器可靠运行的重要一环。与传统的电气、化学指标评估方法相比,频域介电谱法(FDS)具有无损、抗干扰性强、携带绝缘信息丰富等优点,因而被认为是实现变压器油纸绝缘状态评估的有效工具。然而,当前基于FDS的评估方法未考虑油纸绝缘的非均匀老化效应,其评估结果为绝缘老化状态的“平均值”。而变压器热点处的绝缘最为薄弱,且易导致设备故障的发生,现有评估手段无法反映热点处的绝缘老化状态。为实现热点处绝缘纸老化状态的准确评估,本文开展研究如下:(1)阐明了非均匀热场下油纸绝缘的老化特性,研究老化/水分分布对油纸绝缘介电响应特性的影响机制。基于搭建的非均匀老化实验平台,对油纸绝缘开展60-130℃轴向温度梯度下的加速热老化实验,记录不同老化阶段与平衡时期样本的水分及聚合度(DP)分布状况。通过对实验数据进行分析,揭示非均匀温度场对油纸绝缘老化的影响机制,并研究了温度梯度下纸绝缘的水分及老化状态的分布规律。此外,通过对不同老化阶段和平衡时期下样本的FDS和极化去极化电流(PDC)数据进行分析,研究了非均匀老化效应对油纸绝缘介电特性的影响机制。(2)提出了非均匀老化效应下的油纸绝缘几何模型。该模型能够实现不同老化区域纸绝缘FDS信息到油纸绝缘整体FDS响应的函数映射纸,建立热点处绝缘纸与绝缘系统间FDS数据的相互关联。模型的在实验室条件下的平均相对误差低14%。通过与构建的DP-介电常数曲线结合,模型具备用于构建非均匀老化油纸绝缘FDS数据库的潜力。(3)提出了一个逆运算框架,实现了热点处绝缘纸老化状态的反演。通过将遗传优化算法(GA)与有限元仿真技术相耦合,模型能基于油纸绝缘系统的FDS数据,评估热点处纸绝缘的老化状态(DP值)。在实验室条件下,模型的评估结果测量值之间的相对误差低于7%。

关键词： 固态变压器   传导电磁骚扰   CUDA异构并行   并行仿真   细粒度划分  

摘要： 为了提高可再生能源利用效率,电力系统中融入了高比例新能源电源。在新能源电源并网方面,固态变压器的广泛应用成了电力系统发展的必然趋势。固态变压器主要由大量半导体器件和高频变压器构成,其中开关器件快速的开通关断会造成电压和电流的快速变化,从而引起电磁骚扰的问题。固态变压器具有复杂的拓扑结构,模块数多,并且开关器件需要使用宽频模型,当仿真步长小时会造成仿真时间长的问题。仿真时间过长会导致含有固态变压器电力工程的仿真研究进程变慢,规模较大的工程前期工作周期变长。因此,利用并行计算对固态变压器的传导电磁骚扰进行检测保证了精度的前提下加快了运行速度,本文围绕固态变压器的输入级整流器和中间级DC-DC变换器进行分析研究。首先经过对比分析固态变压器输入级和中间级的不同拓扑结构,选择全桥级联H桥作为输入级,双有源桥作为中间级,整体拓扑为输入串联输出并联的结构。在确定各级拓扑结构后,对其各部分工作原理以及各工作状态下开关器件的开断情况进行分析,为后文程序的编写提供理论依据。在分析电磁骚扰时需要表征开关器件内部特性,因此本文给出开关器件的8节点模型。又由于变压器杂散参数对传导电磁骚扰提供了重要路径,因此将变压器利用三电容模型等效,为确保后文能更加精确的分析传导电磁骚扰。其次为了验证并行计算能够实现固态变压器仿真,对系统中开关器件利用二值电阻模型等效,对变压器利用三电容等效,达到降低系统矩阵规模,降低仿真过程的复杂度,提高运行速度的效果,从而实现系统的加速仿真。利用细粒度划分将系统解耦模型分解,并基于CUDA C编码对划分后的模型进行程序编写,使系统在GPU上实现多线程并行仿真,提高系统的运行效率,降低仿真时间,实现固态变压器的并行仿真,并将其仿真结果与PSCAD/EMTDC进行比较分析。最后利用并行计算分析系统电磁骚扰时,开关器件等效为二值电阻模型将不适用,进行物理等效能更好的体现开关器件内部特性,因此本文利用8节点物理模型对其等效,可以实现提升仿真速度的同时比较准确的对系统进行传导电磁骚扰分析。对变压器进行两电容简化,可以减小变压器的复杂结构。对二者分别进行相应的解耦等效,不仅将系统中矩阵的规模变小,也降低了仿真过程中的复杂度,较为准确地分析了系统中的传导电磁骚扰。