基于故障跟踪估计器的高压直流输电系统故障诊断

With the development of economy, energy supply is one of the key problems faced with the city's development. Because of the unbalanced characteristics of our countries resources location and distribution of the power load, high voltage direct current transmission system play an important role in the city energy supply. However, the high voltage direct current transmission system can lead to disaster once the system faults occur. So, the research of fault diagnosis methods for high voltage direct current transmission system have great significance for theory and reality.. Firstly, based on the fault tracking approximator, we study the fault diagnosis methods for a class of uncertainty nonlinear systems, including stability analysis,the selection of threshold, the design of iterative learning algorithm, fault tracking accuracy, etc. Then, based on the fault tracking approximator, the real-time fault diagnosis schemes for high voltage direct current transmission systems are investigated, it can do fault detection and fault identification simultaneously. Finally, a simulation platform for high voltage direct current transmission systems is designed based on the ARM9 and FPGA chips. The most significant characteristic of this project is that the fault tracking approximator can realize the real-time fault diagnosis for high voltage direct current transmission systems.

随着我国社会经济的发展，能源的供应成为制约城市发展的一个瓶颈问题。由于我国具有资源分布与电力负荷之间布局不平衡的特点，因此高压直流输电为解决城市发展的能源供应问题起到了重要作用。然而，高压直流输电系统一旦发生故障，其后果往往是灾难性的。因此，研究高压直流输电系统的故障诊断方法具有重要的理论意义和现实意义。. 本项目首先基于故障跟踪估计器研究一类不确定非线性系统的故障诊断方法，包括稳定性分析，故障阈值选取，迭代学习算法设计，故障跟踪精度分析等内容。然后，结合高压直流输电系统的状态方程，设计故障踪估计器进行高压直流输电系统的实时在线故障诊断，在进行故障检测的同时能够进行故障估计。最后，基于ARM和FPGA芯片设计高压直流输电系统仿真平台，用于高压直流输电系统的故障诊断研究。本项目最大的特点就是采用故障跟踪估计器对高压直流输电系统实时在线的进行故障诊断。

由于我国幅员辽阔，各个地区的城镇化发展程度参差不齐，这就造成了资源分布与电力负荷之间布局不均衡之间的矛盾，而高压直流输电系统可以解决资源与电力负荷布局不均之间的矛盾。本项目基于故障跟踪估计器的故障诊断方法所开展的研究工作对我国高压直流输电系统的安全运行具有重要的理论意义和现实意义。主要进行了三个方面的研究：研究非线性不确定系统的故障跟踪估计器的设计；研究高压直流输电系统的实时在线故障诊断；基于FPGA和ARM芯片设计一款通用的高压直流输电系统仿真平台。所取得的研究成果如下：.(1)针对非线性时滞系统，提出了故障跟踪估计器的设计方法。首先根据非线性时滞系统的状态方程，设计出了故障跟踪估计器的状态方程。然后，提出了虚拟故障更新迭代算法，使得虚拟故障能够实时估计和跟踪系统中实际发生的故障。.(2)完成了非线性不确定系统的故障跟踪估计器设计。根据非线性不确定系统的状态方程，提出了启动故障跟踪估计器的故障检测阈值设计。然后，采用Bellman-Gronwall不等式证明了故障跟踪估计器的稳定性和故障跟踪特性分析。.(3)完成了基于故障跟踪估计器的高压直流输电系统的初步故障诊断方法设计。根据高压直流输电系统的状态方程，提出了故障跟踪估计器的数学模型和适合于高压直流输电系统的迭代学习算法，并且对于高压直流输电系统常见类型的故障进行了仿真研究。.(4)基于FPGA和ARM设计了一款仿真平台。为了验证所提出的基于故障跟踪估计器的故障诊断方法的有效性，采用高速数据采集技术进行信号采集，然后通过迭代学习算法在一个优化时域周期内不停的反复迭代运算，根据故障跟踪估计器的输出波形来检测和估计系统中发生的故障。