[發(fā)明專利]基于廣義互熵—DPCA算法的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)故障檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810651713.2
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108446529B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任密蜂;張彥云;程蘭;續(xù)欣瑩;梁艷
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發(fā)明公開了一種基于廣義互熵—DPCA算法的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的故障檢測方法，涉及非高斯隨機系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域。其主要是利用廣義互熵—DPCA算法，進行歸一化處理后，采用廣義高斯核函數(shù)代替高斯核函數(shù)重新定義互熵，得到廣義互熵—DPCA的性能指標，通過優(yōu)化該性能指標求得最優(yōu)的方向矩陣；同時通過設(shè)置置信度ε，對概率密度函數(shù)積分求得控制限；當求得方向矩陣后，采取故障工況下的故障數(shù)據(jù)并且對其進行歸一化處理，隨后將故障數(shù)據(jù)利用方向矩陣計算得到故障數(shù)據(jù)模型的SPE統(tǒng)計量以及T²統(tǒng)計量，通過與已計算出的控制限對比，檢測出系統(tǒng)是否發(fā)生故障。本發(fā)明采用廣義高斯核，更具有一般性，而且提高了故障檢測的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非高斯隨機系統(tǒng)故障檢測領(lǐng)域，具體為基于廣義互熵—DPCA算法的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)故障檢測方法。

背景技術(shù)

節(jié)能減排，提高能源的利用率成為保持可持續(xù)發(fā)展的重要措施。低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)將鍋爐尾部煙道中的煙氣余熱通過有機朗肯循環(huán)(ORC，Organic Rankine Cycle)轉(zhuǎn)換為機械能，進而轉(zhuǎn)化為高品位電能，在節(jié)能、節(jié)水、減少有害氣體排放等方面具有重要意義。隨著系統(tǒng)長時間的運行，系統(tǒng)中的各個部件可能發(fā)生故障，導致系統(tǒng)效率下降、性能惡化，造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至嚴重威脅人身安全。因此，建立ORC過程的狀態(tài)監(jiān)測與故障檢測系統(tǒng)來保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、有效運行越來越得到重視。

在有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，隨機干擾是不可避免的且隨機噪聲未必服從高斯分布，僅僅采用均值和方差為不能全面反映系統(tǒng)輸出或跟蹤誤差的高階統(tǒng)計特性。因此采用非高斯隨機控制理論來研究有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的故障檢測將更具有一般性的研究意義。

由于ORC系統(tǒng)不服從高斯分布且具有較多的變量，采用傳統(tǒng)的DPCA方法(動態(tài)主元分析Dynamic PCA，DPCA)會出現(xiàn)誤報和漏報的現(xiàn)象，本發(fā)明針對這一缺點，在原有主元分析的基礎(chǔ)上，采用廣義互熵準則對傳統(tǒng)的DPCA進行改進，以解決傳統(tǒng)DPCA算法的不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決由于ORC系統(tǒng)不服從高斯分布且具有較多的變量，因此采取傳統(tǒng)的DPCA方法會出現(xiàn)誤報和漏報的問題，提供了一種基于廣義互熵—DPCA算法的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)故障檢測方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于廣義互熵—DPCA算法的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的故障檢測方法，包括如下步驟：

步驟一：采集正常工況下的數(shù)據(jù)X∈R^N×m作為正常數(shù)據(jù)，并且對其進行歸一化處理，其中N表示樣本數(shù)，m表示變量個數(shù)；

步驟二：確定時間滯后長度l，構(gòu)建具有動態(tài)信息的増廣矩陣，具體過程如下：

①設(shè)定l＝0；

②通過執(zhí)行廣義互熵—DPCA算法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)降維，計算所有的主元得分，即依據(jù)重構(gòu)誤差建立性能指標并通過優(yōu)化該性能指標求得最優(yōu)的方向矩陣，實現(xiàn)故障檢測，包括以下步驟：

a.計算平均重構(gòu)誤差

即

其中x_i為任一樣本點，為樣本點的投影點；k為主元個數(shù)；t_j是m×1維得分向量，即為主成分向量；p_j為m×1維負載向量，是主成分的投影方向；

b.構(gòu)建廣義互熵—DPCA性能指標

互熵描述兩個隨機變量的隨機性，互熵的具體表達式為：

其中：X與為兩個不同的隨機變量，為高斯核函數(shù)，σ為核寬，σ＞0；由于互熵的核函數(shù)是高斯核，不具有更一般性，因此采用廣義高斯核函數(shù)代替高斯核函數(shù)，重新定義互熵：