基于CBR的变压器故障检测与预测的研究和实现

论文摘要

电力变压器是电力系统的重要组成部分，其运行状态对电力系统安全、稳定和经济运行有重要意义。因此对其进行故障诊断，提高运行的可靠性，是十分必要的。基于案例推理技术是人工智能领域新兴的一种问题求解方法，将该方法应用到故障诊断领域，能够提高对电力变压器的故障诊断能力。随着电力变压器系统向大型化、复杂化、系统化和自动化的方向发展，这对维修人员进行故障源分析和定位提出了更高的要求。因此，研究基于案例推理的故障诊断技术，对提高维修人员的技能、缩短培训周期和节省维修成本具有十分重要的作用。本文在《电力设备预防性试验规程》,《电气设备维护与故障处理速查手册》以及IEC三比值法的基础上，结合案例推理原理，设计了具备定性诊断及预测能力的故障诊断系统,并针对IEC三比值法在阈值附近的故障容易误判这一缺陷，采用模糊数学方法实现了不确定性推理；本文在分析了案例知识的表示内容和方法的基础上，采用一种面向对象技术和数据库技术相结合的案例表示方法，并引入多层次案例库的概念，建立了故障案例的层次结构模型。对案例库的组织结构作了详细的设计，案例库采用三级结构进行组织：系统级案例库、事实案例库和具体子案例库；本文对系统的关键技术做了全面的研究和讨论，包括案例的检索、案例的修改、案例的学习。其中，案例检索是系统的核心步骤，系统采用分层次的近邻检索策略对案例进行检索。这种策略结合三级案例库的组织结构减少了案例检索的次数，提高了检索效率：用多层次检索方法对案例库进行分级索引，构造出各个子案例库；在各子案例库中求取“案例间相似度最大”的代表案例。在案例相似度计算方面，在对故障特征值进行归一化处理的基础上采用权值最近邻法。针对现有案例的特征权值确定方法算法复杂、客观性差等问题，采用基于粗糙集的权重计算方法，并对加权算法进行了改进；本文在参考《电力设备预防性试验规程》的基础上，提出了基于表格式CUSUM的故障预测。最后，在Window XP操作系统上，运用Microsoft SQL Server2000+ADO数据库技术，在Visual C++6.0/MFC的环境下实现了基于案例推理的故障诊断系统。对推理算法和原型系统的运行情况进行了验证，总结分析了原型系统的优点和缺点，并且对以后的工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 电力变压器故障诊断的研究现状
• 1.2.1 故障诊断技术
• 1.2.2 案例推理理论
• 1.2.3 粗糙集理论
• 1.2.4 DGA 与电气试验在故障诊断中的应用
• 1.3 研究工作概述及内容安排
• 第二章 案例推理故障诊断模型的建立
• 2.1 案例推理技术简介
• 2.2 故障的案例表示
• 2.2.1 案例表示的实现
• 2.2.2 案例的决策表表示
• 2.3 故障案例的相似度计算
• 2.3.1 K-近邻算法
• 2.3.2 加权 K-NN 算法
• 2.4 故障案例库的多层次设计及检索
• 2.5 DGA 数据的模糊诊断
• 2.5.1 IEC 三比值算法
• 2.5.2 模糊推理基础
• 2.5.3 模糊分布函数
• 2.5.4 IEC 比值的模糊化编码
• 2.6 基于杜威（Duval）法的可视化图示诊断
• 2.6.1 杜威（Duval）法原理和功能简介
• 2.6.2 杜威（Duval）法区域的划分
• 2.6.3 杜威（Duval）法可视化诊断
• 2.7 小结
• 第三章 基于粗糙集的特征值提取与权值计算
• 3.1 粗糙集理论
• 3.1.1 知识的含义
• 3.1.2 粗糙集的定义与集合的上近似与下近似
• 3.1.3 决策属性的约简
• 3.1.4 粗糙集理论的特点
• 3.2 基于粗糙集的特征权重提取
• 3.3 权重改进算法实例
• 3.4 小结
• 第四章 基于 SPC 的 CUSUM 故障预测
• 4.1 判异准则和判稳准则
• 4.2 CUSUM 控制图的原理
• 4.2.1 累积和 CUSUM 控制图
• 4.2.2 V 型模板的设计
• 4.2.3 表格式 CUSUM 控制图
• 4.3 CUSUM 控制图的实现
• 4.4 小结
• 第五章 系统设计与实现
• 5.1 系统开发技术
• 5.1.1 系统开发工具及环境
• 5.1.2 系统数据库的设计
• 5.2 系统的功能结构和诊断流程
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献