一種塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)故障診斷方法
【專利摘要】一種塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)故障診斷方法，其包括以下步驟：在診斷對(duì)象所在系統(tǒng)中的位置安裝用于測(cè)量所述診斷對(duì)象的測(cè)試數(shù)據(jù)的傳感器；建立診斷對(duì)象故障診斷辨識(shí)模型，并根據(jù)所述診斷對(duì)象故障診斷辨識(shí)模型建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)值模型；利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)值模型計(jì)算診斷對(duì)象的觀測(cè)值；比對(duì)所述觀測(cè)值與所述傳感器測(cè)得的實(shí)測(cè)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述診斷對(duì)象的故障診斷。本發(fā)明故障診斷具有實(shí)時(shí)性和魯棒性，兼具在線訓(xùn)練和多傳感器診斷等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷。
【專利說(shuō)明】一種塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是一種塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)故障診斷方法
【背景技術(shù)】
[0002]塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)是一種先進(jìn)、高效的發(fā)電技術(shù)，因其能提供可靠、相對(duì)高效的綠色清潔替代能源而逐漸被人們關(guān)注。
[0003]塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電通過(guò)定日鏡將太陽(yáng)能量聚集到高塔頂部的集熱設(shè)備，集熱設(shè)備收集太陽(yáng)能量轉(zhuǎn)化成熱 能并傳輸?shù)叫顭嵩O(shè)備，蓄熱設(shè)備將能量輸出到發(fā)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0004]根據(jù)在塔式太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程中的不同作用將發(fā)電系統(tǒng)分成5個(gè)子系統(tǒng)，即:聚光系統(tǒng)、集熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、能源輔助系統(tǒng)，所有子系統(tǒng)協(xié)同工作完成能量的聚集、轉(zhuǎn)換，能量的聚集和轉(zhuǎn)換過(guò)程中，設(shè)備、管道和蓄熱介質(zhì)等都處于高溫高壓環(huán)境下，發(fā)電環(huán)節(jié)中環(huán)境參數(shù)的過(guò)低或過(guò)高都會(huì)影響系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
[0005]開發(fā)一套塔式太陽(yáng)能發(fā)電站故障診斷系統(tǒng)對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定安全高效運(yùn)行，發(fā)電系統(tǒng)故障的預(yù)防，故障發(fā)生后及時(shí)有效處理解決具有重要的意義。
[0006]目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)塔式太陽(yáng)能發(fā)電站故障診斷的研究剛剛起步，專利CN102289595A提供了一種塔式太陽(yáng)能吸熱器局部過(guò)熱評(píng)價(jià)模型，通過(guò)模型可有效判斷吸熱器過(guò)熱狀態(tài)，為吸熱器安全穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)，但該專利發(fā)明僅關(guān)注吸熱器的安全性，未考慮發(fā)電系統(tǒng)其它設(shè)備，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷而言具有局限性。論文《塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站故障診斷專家系統(tǒng)的研究》提供了一種基于太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)征兆和故障特征的模糊專家診斷方法，并使用VS和CLIPS等開發(fā)工具完成診斷系統(tǒng)開發(fā)，其診斷結(jié)果用故障可信度和趨勢(shì)圖表示，ACESS數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)故障的模擬結(jié)果表明該法具有一定的可行性，但是專家診斷系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)規(guī)則未定義的故障類型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)故障診斷方法，其包括以下步驟:
[0008]在診斷對(duì)象所在系統(tǒng)中的位置安裝用于測(cè)量所述診斷對(duì)象的測(cè)試數(shù)據(jù)的傳感器；
[0009]建立診斷對(duì)象故障診斷辨識(shí)模型，并根據(jù)所述診斷對(duì)象故障診斷辨識(shí)模型建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)值模型；
[0010]利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)值模型計(jì)算診斷對(duì)象的觀測(cè)值；
[0011]比對(duì)所述觀測(cè)值與所述傳感器測(cè)得的實(shí)測(cè)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述診斷對(duì)象的故障診斷。
[0012]較佳地，所述診斷對(duì)象故障識(shí)別模型為:
[0013]y(k+l)=f (x^k),...，x2(k-N1+l),...，xn(k)，...，xn(k_Nn+l), y (k),..., y (k_Ny+l))，[0014]其中，X1, x2,..., xn分別為診斷對(duì)象觀測(cè)值y的輸入相關(guān)量，N1, N2,..., Nn分別為輸入量時(shí)間延遲，Ny為輸出時(shí)間延遲。
[0015]較佳地，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)值模型為:
[0016]? (k+1) =f (X1 (k)，...，X2 (k-Ni+1),..., xn (k),..., xn (k_Nn+l), y' (k),..., y' (k-Ny+1))，
[0017]當(dāng)f’為線性函數(shù)時(shí)，觀測(cè)值模型y’ (k+1)為線性模型，當(dāng)f’為非線性函數(shù)時(shí)，觀測(cè)值模型y’ (k+1)為非線性模型。
[0018]較佳地，所述利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)值模型計(jì)算診斷對(duì)象的觀測(cè)值過(guò)程包括:
[0019]步驟1，網(wǎng)絡(luò)初始化，給各連接權(quán)值分別賦一個(gè)區(qū)間(-1，I)內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，設(shè)定誤差函數(shù)e、精度閾值％和最大迭代次數(shù)M;
[0020]步驟2，隨機(jī)選取第k個(gè)輸入樣本及期望輸出；
[0021 ] d。(k) = ((I1 (k), d2 (k),..., dq(k))x (k) = (X1 (k)，X2 (k)，...，xn (k)),
[0022]步驟3，計(jì)算隱含層各神經(jīng)元的輸入和輸出；
[0023]步驟4，利用網(wǎng)絡(luò)期望輸出和實(shí)際輸出，計(jì)算誤差函數(shù)對(duì)輸出層的各神經(jīng)元的偏導(dǎo)數(shù) δ。(k) a ;
[0024]步驟5，利用隱含層到輸出層的連接權(quán)值、輸出層的δ。(10和隱含層的輸出計(jì)算誤差函數(shù)對(duì)隱含層各神經(jīng)元的偏導(dǎo)數(shù)Sh(k)；
[0025]步驟6，利用輸出層各神經(jīng)元的δ。(10和隱含層各神經(jīng)元的輸出來(lái)修正連接權(quán)值wh0 (k)；
[0026]步驟7，利用隱含層各神經(jīng)元的δ h(k)和輸入層各神經(jīng)元的輸入修正連接權(quán)；
[0027]步驟8，計(jì)算全局誤差
【權(quán)利要求】
1.一種塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟: 在診斷對(duì)象所在系統(tǒng)中的位置安裝用于測(cè)量所述診斷對(duì)象的測(cè)試數(shù)據(jù)的傳感器； 建立診斷對(duì)象故障診斷辨識(shí)模型，并根據(jù)所述診斷對(duì)象故障診斷辨識(shí)模型建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)值模型； 利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)值模型計(jì)算診斷對(duì)象的觀測(cè)值； 比對(duì)所述觀測(cè)值與所述傳感器測(cè)得的實(shí)測(cè)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述診斷對(duì)象的故障診斷。
2.如權(quán)利要求1所述的塔式太陽(yáng)能發(fā)電故障診斷系統(tǒng)診斷方法，其特征在于，所述診斷對(duì)象故障識(shí)別模型為:
y (k+1) =f (X1 (k)，...，x2 (k-Ni+1),..., xn (k),..., xn (k_Nn+l), y (k),..., y (k_Ny+l)),其中，Xl，x2,..., xn分別為診斷對(duì)象觀測(cè)值y的輸入相關(guān)量，N1, N2,..., Nn分別為輸入量時(shí)間延遲，Ny為輸出時(shí)間延遲。
3.如權(quán)利要求2所述的塔式太陽(yáng)能發(fā)電故障診斷系統(tǒng)診斷方法，其特征在于，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)值模型為:
I，(k+1) =f (X1 (k)，...，x2 (k-Ni+1)，...，xn (k)，...，xn (k_Nn+l), y' (k),..., y' (k_Ny+l))， 當(dāng)f’為線性函數(shù)時(shí)，觀測(cè)值模型y’ (k+1)為線性模型，當(dāng)f’為非線性函數(shù)時(shí)，觀測(cè)值模型y’ (k+1)為非線性模型。
4.如權(quán)利要求3所述的塔式太陽(yáng)能發(fā)電故障診斷系統(tǒng)診斷方法，其特征在于，所述利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)值模型計(jì)算診斷對(duì)象的觀測(cè)值過(guò)程包括: 步驟1，網(wǎng)絡(luò)初始化，給各連接權(quán)值分別賦一個(gè)區(qū)間(-1，I)內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，設(shè)定誤差函數(shù)e、精度閾值ε m和最大迭代次數(shù)M ； 步驟2，隨機(jī)選取第k個(gè)輸入樣本及期望輸出；
d。(k) = ((I1 (k), d2 (k),..., dq(k))x (k) = (X1 (k)，x2 (k)，...，xn (k)), 步驟3，計(jì)算隱含層各神經(jīng)元的輸入和輸出； 步驟4，利用網(wǎng)絡(luò)期望輸出和實(shí)際輸出，計(jì)算誤差函數(shù)對(duì)輸出層的各神經(jīng)元的偏導(dǎo)數(shù)δ 0(k)a ; 步驟5，利用隱含層到輸出層的連接權(quán)值、輸出層的6。(10和隱含層的輸出計(jì)算誤差函數(shù)對(duì)隱含層各神經(jīng)元的偏導(dǎo)數(shù)Sh(k)； 步驟6，利用輸出層各神經(jīng)元的6。(10和隱含層各神經(jīng)元的輸出來(lái)修正連接權(quán)值wh0 (k)； 步驟7，利用隱含層各神經(jīng)元的Sh(k)和輸入層各神經(jīng)元的輸入修正連接權(quán)； 步驟8，計(jì)算全局誤差
5.如權(quán)利要求4所述的塔式太陽(yáng)能發(fā)電故障診斷系統(tǒng)診斷方法，其特征在于，所述比對(duì)所述觀測(cè)值與所述傳感器測(cè)得的實(shí)測(cè)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述診斷對(duì)象的故障診斷的過(guò)程包括: 獲取診斷對(duì)象的觀測(cè)值為ym，診斷對(duì)象的實(shí)測(cè)值為ym，檢測(cè)時(shí)間寬度為M，那么M時(shí)間段內(nèi)的ym和ym分別為
Iynn (k)，ym (k+1)，...，ym (k+M)}, {ym (k)，ym (k+1)，...，ym (k+M)}, M個(gè)觀測(cè)時(shí)間內(nèi)觀測(cè)差值為 {e (k), e (k+1),..., e (k+M)},
其中，e(i) = |ym(i)-ym(i) , i=k, k+1,...，k+M, 則k+M時(shí)刻觀測(cè)誤差為ε =min{e (k)，e (k+1)，...，e (k+M)}，設(shè)定誤差閾值為ε m,若ε > επ，那么判定系統(tǒng)故障，反之則系統(tǒng)正常。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于，所述診斷對(duì)象所在系統(tǒng)為聚光系統(tǒng)、集熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求6所述的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于，所述診斷對(duì)象包括集熱系統(tǒng)的溫度、壓力，蓄熱系統(tǒng)的溫度、壓力，集熱系統(tǒng)的輸出口氣壓、溫度，蓄熱系統(tǒng)的輸入口輸出口氣壓、溫度，發(fā)電系統(tǒng)的輸入口氣壓、溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于，所述傳感器包括溫度傳感器與壓力傳感器。
9.如權(quán)利要求8所述的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)故障診斷方法，其特征在于，所述傳感器可安置在集熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部以及集熱系統(tǒng)與蓄熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)連通的管道內(nèi)，所述傳感器數(shù)`量可為一個(gè)或多個(gè)。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK103743972SQ201310727502
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】徐斌, 蘇斌, 宓霄凌, 周慧, 胡玉超, 金建祥 申請(qǐng)人:青海中控太陽(yáng)能發(fā)電有限公司