摘要：模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合而構(gòu)成的，具備模糊技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于電力系統(tǒng)故障診斷中，是一種使用方便的人工智能處理系統(tǒng)。基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器故障診斷進(jìn)行研究。經(jīng)過訓(xùn)練后的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在對旋轉(zhuǎn)整流器故障進(jìn)行診斷時(shí)，有較高的準(zhǔn)確性和有效性。 關(guān)鍵詞：無刷勵(lì)磁；整流器故障；模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 1　引言 　　無刷勵(lì)磁技術(shù)徹底解決了大容量或超大容量同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流過高所帶來的一系列集電環(huán)電刷問題，保證大型發(fā)電機(jī)組能夠長期連續(xù)運(yùn)行。目前，越來越多的大型無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)中運(yùn)行，但是無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)組中的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流器是無刷勵(lì)磁系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)，必須確保其工作在正常狀態(tài)。對整流器故障首先要分清故障性質(zhì)，進(jìn)行不同的處理： 　　（1）整流元件開路故障為緩變故障，可以作為故障診斷的對象，并通過保護(hù)裝置適時(shí)動(dòng)作切除開路故障。 　　（2）對整流元件短路故障，首先應(yīng)考慮保護(hù)動(dòng)作，要求保護(hù)裝置盡快動(dòng)作切除短路故障。因?yàn)槎搪饭收峡赡茉跀?shù)秒或數(shù)分鐘內(nèi)燒毀繞組，沒有足夠的時(shí)間完成故障診斷處理。 　　因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)整流器任何橋臂上的功率二極管發(fā)生故障（開路），監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)就應(yīng)該正確定位診斷是哪一組橋臂發(fā)生故障，并迅速給予預(yù)警與保護(hù)控制，實(shí)現(xiàn)大型無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流器的預(yù)知性維護(hù)。 　　本文針對這種問題，采用了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別技術(shù)，對無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流器故障建立診斷模型。模糊規(guī)則的建立是通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)的，從而建立了高精度定位診斷系統(tǒng)，不僅擴(kuò)大了診斷旋轉(zhuǎn)整流器病態(tài)的范圍，而且提高了故障診斷的定位精度。 2　故障診斷信號提取 無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流器工作狀態(tài)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測需要轉(zhuǎn)子側(cè)旋轉(zhuǎn)整流器的相關(guān)信息。由于同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子取消了滑環(huán)和電刷，轉(zhuǎn)子側(cè)旋轉(zhuǎn)整流器的常見故障波形特征（故障特征）的提取無法直接完成。 　　一種獲取轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流元件故障特征（一般指開路故障）的方法是直接采用與同步發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的交流勵(lì)磁機(jī)的定子勵(lì)磁線圈作為探測線圈，其優(yōu)點(diǎn)是省去了設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)專用探測線圈的工作，而且便于現(xiàn)場采集信號數(shù)據(jù)，同時(shí)轉(zhuǎn)子信號較 強(qiáng)，且含轉(zhuǎn)子故障信息量大，提取過程由圖1所示。 　　在交流勵(lì)磁機(jī)定子勵(lì)磁線圈上并聯(lián)電容C1和C2，交流勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞電流產(chǎn)生的電樞磁場必然切割其定子勵(lì)磁線圈，并感應(yīng)電勢，然后通過電容C1和C2分壓，只需采集帶有轉(zhuǎn)子故障信息的電容C2兩端的電壓波形，進(jìn)行頻域分析，分解出不同幅值的各次諧波分量，作為人工智能故障診斷信號。 　　設(shè)電容C2兩端的電壓信號波Uc（t）的周期為T，由傅立葉級數(shù)展開為 由于傅立葉級數(shù)分解計(jì)算要進(jìn)行大量的加減、乘除運(yùn)算，故采用具有一定精度的復(fù)化梯形積分公式，式（2）傅立葉級數(shù)系數(shù)表達(dá)式為： 3　故障診斷模型 　　交流勵(lì)磁機(jī)的定子磁極線圈受靜止勵(lì)磁整流裝置和磁極鐵心飽和的影響，使電容C2兩端電壓波形信號的信噪比加大。通過建立模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能故障診斷模式，校正無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流器故障信號的失真度，從而提高了故障診斷的定位精度。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是模擬生物神經(jīng)元的作用方式和結(jié)構(gòu)，通過訓(xùn)練將學(xué)習(xí)信息保留，從而描述過程特性。模糊邏輯系統(tǒng)可表示為模糊基函數(shù)的展開式，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)可視為一些函數(shù)的線性組合。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為具有學(xué)習(xí)算法的邏輯系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 　　研究表明，交流勵(lì)磁機(jī)定子外接電容C2兩端的電壓波形信號頻譜特性與無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流器工作狀態(tài)具有一定的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流器發(fā)生故障時(shí)會(huì)引起電容C2兩端的電壓波形信號頻譜特性的改變，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和記憶功能可以提取不同工況下磁極電容電壓Uc（t）波形信號的頻譜特性與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流器故障的非線性關(guān)系，建立一種模糊邏輯規(guī)則。由于規(guī)則考慮了交流勵(lì)磁機(jī)的定子磁極線圈受靜止勵(lì)磁整流裝置和磁極鐵心飽和的影響，模糊診斷系統(tǒng)具有較高的可靠性。因此，可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法對模糊診斷系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)辨識。 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、模糊推理層和輸出層組成。輸入模糊化函數(shù)取為高斯型隸屬函數(shù)： 模糊推理層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)可由樣本進(jìn)行聚類得到，亦可根據(jù)實(shí)際要求調(diào)整以滿足精度要求。θ[sub]ij[/sub]、αi[sub]j[/sub]、λ[sub]ij[/sub]分別與模糊推理層的節(jié)點(diǎn)相對應(yīng)。輸出函數(shù)可表示為： 對輸出函數(shù)式（6），診斷模型的確定問題可轉(zhuǎn)化為誤差方程： 取得最小值，由BP算法可得各參數(shù)的學(xué)習(xí)算法分別為： 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法，學(xué)習(xí)過程的參數(shù)修正按式（8）、（9）、（10）對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，則可確定基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷系統(tǒng)，如圖2所示。 在圖2中，輸入層有6個(gè)神經(jīng)元，其輸入信號是｛，分別為交流勵(lì)磁機(jī)定子外接電容C2兩端的電壓Uc（t）波形信號的基波、2次諧波、3次諧波、4次諧波、5次諧波和6次諧波的相應(yīng)值；隱含層為模糊推理層，共設(shè)有5個(gè)神經(jīng)元；輸出層有3個(gè)神經(jīng)元，輸出結(jié)果為，則能夠?qū)o刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流器的8種工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確診斷。根據(jù)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)S型函數(shù)的特點(diǎn)，設(shè)置旋轉(zhuǎn)整流器故障模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷輸出分別是（0．1，0．1，0．1），（0．1，0．1，0．9），（0．1，0．9，0．1），（0．1，0．9，0．9），（0．9，0．1，0．1），…，（0．9，0．9，0．9）的診斷期望值。 4　故障診斷實(shí)例 　　從一臺360 k W無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)定子外接電容C2兩端采集了旋轉(zhuǎn)整流器的8種運(yùn)行工況數(shù)據(jù)，如表1所示。設(shè)反映同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器運(yùn)行工況的集合為Q，其中：P[sub]1[/sub]為旋轉(zhuǎn)整流器正常運(yùn)行；P[sub]2[/sub]為A相正組（A[sup]＋[/sup]）臂開路故障；P[sub]3[/sub]為A相負(fù)組（A[sup]－[/sup]）、B相正組（B[sup]＋[/sup]）兩臂開路故障；P[sub]4[/sub]為B相正組（B[sup]＋[/sup]）臂開路故障；P[sub]5[/sub]為A相負(fù)組（A[sup]－[/sup]）、B相正組（B[sup]＋[/sup]）兩臂開路故障；P[sub]6[/sub]為A相正負(fù)組（A[sup]＋[/sup]、A[sup]－[/sup]）兩臂開路故障；P[sub]7[/sub]為A相負(fù)組（A[sup]－[/sup]）、B相正組（B[sup]＋[/sup]）和C相負(fù)組（C[sup]－[/sup]）三臂開路故障；P[sub]8[/sub]為A相負(fù)組（A[sup]－[/sup]）、B相正組（B[sup]＋[/sup]）和C相負(fù)組（C[sup]－[/sup]）三臂開路故障。 　　對360 kW無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器的8種運(yùn)行工況進(jìn)行故障診斷，診斷結(jié)果如表2所示。 5　結(jié)束語 大型同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器發(fā)生病變時(shí)，將引起交流勵(lì)磁機(jī)電樞磁場隨之變化 ，并在交流勵(lì)磁機(jī)定子磁極線圈中感應(yīng)出一系列諧波電勢，此諧波電能反映出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流器的運(yùn)行工況。因此，本文介紹了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在大型同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器故障診斷中的應(yīng)用，結(jié)果表明所建立的診斷模型具有良好的診斷效果 。