（1.身份证号码：42080219840628xxxx；2.身份证号码：42080219880210xxxx）
摘要：随着经济社会的发展，人类对于能源的需求日益增大，尤其是对于电能的需求最为突出，现有的发电厂规模不断扩大，新的发电厂也处在快速的建设中，我国煤炭资源丰富，故而我国发电站主要采用煤炭作为发电燃料，然后煤炭燃烧产生大量烟尘的问题在环保日益重要的今天显得尤为严峻。
关键词：互联网技术；高频电源；监控系统；设计
前言：目前应用的高频电源故障诊断无法对设各内部故障率较高的三相整流部件的运行状况实行实时监测，且在故障发生时，无法进行定位，本文针对此情况开发出了--套新的高频电源故障诊断系统，该高频电源故障诊断系统通过釆集设备的运行参数并进行分析，从而判断出设备和整流部分的运行状态，.巧故障发生时，判断出故障的可能说因和可能部位，为维修人员提供维修指导，使得维修人员可以有计对性的做好维修准备，节约了大量的时间和精力，从而缩短了维修时间，保证了设备的正常运行。
1 物联网技术概述
由于电厂大多地处偏远位置，工业现场环境恶劣，且高频电源设置的位置不方便作业等因素的存在，再加上国内外对于污染排放标准的提高，利用目前被广泛采用的物联网技术，展开高频电源智能监测诊断系统的研究，将重点放在监控中心监测软件的设计和故障诊断系统方面。监测软件是实现远程监控的必要工具，故障诊断系统是保证故障即时排除，提高高频电源运行效率，继而实现节能减排的重要保证，两者共同运作，实现对分布于全国各地的高频电源的运行参数和状态的全天候监测。本系统利用物联网技术和故障诊断系统，解决远程实时监测工业现场高频电源运行参数和运行状态的问题，在本地通过工业以太网与现场上位机进行通信，通过GPRS将数据和运行状态发送至远程监控中心上位机，从而实现了对高频电源监测诊断的自动化程度，提高了电除尘器运行的稳定性。
1991年物联网的概念第一次被提出，物联网即是一种建立在网络基础之上实现物物相连的应用。目前的通用定义为：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，使用标准的协议，将任意物品通过互联网进行连接，实现信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，物联网是一种具备智能特性的网络设施，从实质上来说，物联网即是一种建立在各类网络基础上的网络通信的应用。物联网的基础是互联网]，故而物联网是对物联网的一种拓展而形成的一种网络。物联网具有以下三点独有的特性，如表1所示：
表1 物联网特性
2 物联网的监测诊断系统设计
2.1系统设计原则
本章就基于物联网的电厂高频电源监测诊断系统的整体框架，技术要求，功能要求等进行了详细讨论，对该方案中各部分做可行性分析并确定各部分的实现方式和系统的通信方式，本文按照如下原则对系统进行设计：
（1）界面直观性：数据中心上位机软件必须操作简便，信息传达方式必须清晰直观，人机界面友好，数据中心操作人员无需具备专业知识即可流畅操作。
（2）维护简易性：本系统中软件和硬件部分都采用模块化设计，软件各模块可根据将来对功能的需求进行调整和升级，硬件模块可根据需求进行更换升级，使得整个系统在维护和升级方面都具备了极大的简易性。
（3）诊断精确性：整流电路运行环境恶劣，加之自身易损部件较多，故障率较高，因此在发生故障时，必须能精确定位故障部件的位置，故而必须采用精度较高的算法，在故障发生时提供准确的位置信息，为维修人员缩短维修时间。
2.2总体要求
本系统运用了物联网技术来实现远程监测诊断，故而需要实现以下功能-
（1）数据传输：监控中心往往距工业现场非常远，故必须通过无线传输方式，通过GPRS和因特网结合的方式，将工业现场数据发送至监控中心，同时监测人员不在监控中心时，仍可通过GPRS来获得工业现场的运行参数和运行状态。
（2）数据显示：监控中心接收由工业现场传回的运行数据，并将运行参数实时显示，在故障发生时要能够及时显示故障状态并进行报警。
（3）数据存储：传回的运行数据需要转换为历史数据进行存储，以方便维护人员对历史运行数据和故障记录进行查询，将历史运行数据生成曲线，可方便找出突变点。
（4）安全管理：上位机系统要能够记录人员登录和操作情况，使得对高频电源的管理记录做到有据可查。
（5）故障诊断功能：本系统不仅要完成对运行状态的实时监测，更要在故障发生时，精确定位故障的发生部位，从而能够使维修人员快速排除故障。
2.3系统架构方案
（1）总体结构
原系统只能实施工业现场的监测，且为了及时发现故障，必须采取人工24小时值守的方式，带来诸多限制。本系统釆用物联网技术，使得工作人员不但可以对高频电源进行24小时不间断监测，而且可以进行随 随地的监控，监控人员即便不在监控屮心，只需事先设定好手机号码，即可在异常状况发生，接收由信息屮心发送的报警短信，信息传输部分应用了物联网的传输层，监测诊断部分应用了物联网的应用层，整个系统的总体结构图如图2所示：
图2 监测诊断系统总体结构图
（2）通信方案制定
通信方式可通过多种性能参数来衡量，应用于各类对象和场所使得其对性能指标的侧重和要求也不一样，有些对象和场所对信息的传输速度有很高的要求，有些则对信息传送的可靠性和安全性要求较高，对设备的性价比等经济因素不做考虑。由于本系统中的设备是大规模应用的，需要从性价比，传输速率，可靠性和安全性等方面综合考虑，确定最佳方案。
3 高频电源故障诊断方法研究
高频电源的故障诊断系统是整个系统的核心部分，高频电源运行的正常与否，对除尘效果有着至关重要的影啊，由于在工业现场所输出的信号往往含有噪声，故障信号的时域波形不能淸楚地反映故障的特征，含有噪声的 域波形往往会造成较高的误判率，故而需要一种新的淮确的故障诊断方法，能在故障发生，准确提取故障波形的相应特征并定位故障发生的部件，监控屮心的操作人员无；具备专业知识也可及 得知故障原因，使得维修人员在故障发生，能够准确快速的排除故障，从而提高了高频电源的稳定性，进而提高了高频电源的运行效率。
3.1诊断模型的建立
（1）故障类型的分析
高频电源是将三相交流电经整流和滤波后得到约530V左右的直流电压，经全桥逆变，形成20kHz左右的交变电流，再经高频变压器升压整流后形成高频高压脉动直流送电除尘器。高频电源系统原理框图如图3所示：
图3 高频电源系统原理框图
本系统由EMI滤波器，三相整流电路，输入滤波，全桥逆变等部分构成，其屮三相整流电路的主要功能是将交流电变成直流电，土要通过6只晶闹管来完成，然而晶闸管属于勒损器件，由于数量较多，受自身过载能力小，电网波动产生过流，过压.等情况?致的故障 有发生，相对于三相整流电路，系统内的其他电路部分故障率较低，故而本文只以二相整流电路为研究对象，对高频除尘电源进行故障诊断的研究。
（2）三相全控整流电路仿真
通过matlab/simulink中的Power System Blocksct的各种元件模型对该电路进行仿真，对不同控制角下的各种元件的故障状态进行仿真，来得出三相全控整流电路在各种故障状态下的规律，仿真结构图如图4所示：
图4 三相全控整流电路仿真
3.2用于诊断的神经网络模型
BP网络是一种无反馈的前向网络，网络中的神经元按照层次进行排列，其至少包含3层，即输入层，隐含层，输出层，其中隐含层至少包含一层，故而BP网络也可以是多层的。每一次的神经元的输出都会传送至下一个连接层内的每一个神经元，以3层神经网络结构为例，其中i为输入层神经元编号，j为隐含层神经元编号，k为输出层神经元编号，示意图如图5所示：
图5 三层神经网络结构图
（1）BP神经网络参数设定
神经网络层数采用多层网络结构，可以增加网络输出结果的精度，然而同 也使得网络结构更加S杂，在进行样本训练时需要花费大量的 间，而提高精度亦可釆用在隐含层屮增加节点数的办法来实现，故而采用不增加网络复杂程度的方法来提高输出精度，本文屮采用BP神经网络屮最常见的3层结构。
输入层在本文屮，将小波分解后的6层系数的能量作为神经网络的输入量来进行故障诊断，故而本文所用神经网络的输入层的节点数为6个。
隐含层隐含层结点数的设定对神经网络的性能有着一定程度上的影响，隐含层节点数设定的太少，网络就无法具备所必需具有的学习能力和信息处理能力。隐禽层节点数设定的过多，会人大增加网络结构的复杂性，网络在学习过程屮更勒陷入局部极小点，而且会使网络的学习速度变得很慢。
（2）神经网络输出结果
神经网络虽然提供了很好的分类功能，但由于初始的权值和阈值是随机的，故而每次进行训练所需的步骤和所达到的精度都不同，大部分情况下，都不能迅速的收敛到一个较好的精度，本文利用a=0°下小波提取的特征向量对神经网络进行训练，得到的结果如图6所示：
图6 神经网络训练结果图
结束语
基于物联网的监控系统是未来的发展趋势，目前在各类监控系统中已被普遍采用。高频除尘电源由于结构较为复杂，故障率高，尤其是其中的三相整流电路由于整流器件易损，必须实行全天候监控以保证其正常运行，并且在故障发生时能够准确判断故障位置，从而减少维修时间，提高除尘电源运行的可靠性。
参考文献：
[1]刘定珍.人工智能在电力电子电路故障诊断中的应用.2010.6
[2]李明栋.物联网的业务及关键技术.2013.4
[3]王保云.物联网技术研究综述.2012.5
[4]蒋慰孙.动态系统故障检测与诊断方法.2013.2
[5]李雄.物联网应用现状及发展机遇.2014.5
论文作者:苏超1,刘珩2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/19
标签：故障论文; 电源论文; 神经网络论文; 系统论文; 故障诊断论文; 网络论文; 发生论文; 《电力设备》2018年第4期论文;