高速铁路供电系统潜隐故障预警与快速诊断恢复方法研究

高速铁路供电系统作为高速铁路的动力来源，其安全可靠运行至关重要，但目前存在：故障发生后才能进行处理、难以明确或追踪故障的真正原因、故障之后的查找和恢复速度慢等问题，严重影响了安全可靠运行，因此对系统潜在和隐藏故障进行预警，故障后快速诊断恢复非常迫切。课题提出高速铁路供电系统的潜隐故障预警与快速诊断恢复研究，将传统故障后诊断的思路拓展到潜隐故障预测、识别与预警、故障快速诊断恢复，从系统和多信息的视角，研究利用指纹特征、贝叶斯网络等方法，构建多信源、多特征融合的潜在故障预测模型和隐藏故障识别模型；研究基于免疫机理的高速铁路供电系统健康评估体系；从广域的角度，研究智能化故障诊断和自动化恢复方法。课题旨在实现当高速铁路供电系统存在潜在、隐藏故障时能够进行概率预测，当系统功能退化时能进行评估和预警，当故障发生后，能进行快速诊断恢复，保障高速铁路安全、可靠运行，也为智能化牵引供电奠定理论基础。

本项目通过调研高速铁路供电系统在线监测方法、馈线及电力贯通电缆绝缘评估和故障定位方法的现状，将传统故障后诊断的思路拓展到潜隐故障预测、识别与预警、故障快速诊断恢复。研究了高速铁路27.5kV牵引馈线电缆及10kV电力贯通馈线电缆故障预警和故障诊断数据源模型，借助PSCAD、Simulink及ANSYS多个仿真平台搭建相应电缆模型以获取数据，进而实现对牵引馈线电缆的故障预警与故障诊断。研究了高速铁路供电设备潜隐故障特征提取中信号滤波、去噪相关算法，提出了基于误差三次方代价函数的NLMAT算法、提出了一种IAF-MPAPA滤波算法、提出了一种基于简化Bilinear滤波器的多通道非线性主动噪声控制系统、提出了基于Pipelined结构的RWNN非线性自适应滤波结构及自适应算法。研究了高速铁路关键设备的潜隐故障预警方法，提出了基于主元分析（PCA）方法的互感器二次量异常故障在线识别方法、提出了基于灰色预测的电力电缆老化过程预警方法。研究了高速铁路供电电缆故障定位方法，设计了基于振荡波的电缆局放检测方案、提出了一种基于区段两端零模电流值乘积积分的电力贯通线故障定位新方法、提出了一种基于注入法信号时频分析的电缆故障定位方法和考虑电缆金属护层的阻抗法。研究了高速铁路牵引供电系统故障诊断与快速恢复方法，提出了基于模糊Petri网的高速铁路牵引供电系统故障诊断方法和计及负荷变化的故障恢复区间数灰色关联决策。研究了高铁牵引供电系统健康评估与预警体系，提出了基于层次分析法的高速铁路供电系统健康诊断方法、建立了基于多层免疫模型的高铁牵引供电系统健康监测与评估模型。