基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的母線保護(hù)研究和實(shí)現(xiàn).pdf

1、母線是電力系統(tǒng)廠站最重要的設(shè)備之一，母線保護(hù)是保障母線安全和可靠運(yùn)行的保護(hù)設(shè)備。尋找性能完善、功能強(qiáng)大、可靠性高及智能化程度高的母線保護(hù)是母線保護(hù)研究的方向。 為實(shí)現(xiàn)性能更加優(yōu)良的母線保護(hù)，采用一些新理論和新技術(shù)來(lái)研究母線保護(hù)是必要的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是一種具有高度智能化的數(shù)學(xué)工具，可應(yīng)用于新型母線保護(hù)的研究中。依據(jù)ANN具有分類(lèi)能力的特點(diǎn)，利用電力系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)及特征學(xué)習(xí)訓(xùn)練ANN，學(xué)習(xí)訓(xùn)練后的ANN就可用于對(duì)電力系統(tǒng)故障

2、的識(shí)別和判斷，這一ANN分類(lèi)原理的保護(hù)方法在不同保護(hù)對(duì)象上得到了相當(dāng)多的研究。但是由于不易獲取完整的故障樣本，這種ANN保護(hù)方法還未在電力系統(tǒng)中得到廣泛實(shí)際應(yīng)用。 針對(duì)基于ANN分類(lèi)能力的ANN保護(hù)方法的不足，本文提出了基于ANN函數(shù)逼近能力的ANN母線保護(hù)方法。函數(shù)逼近能力是ANN具有的重要性能之一，依據(jù)ANN具有的函數(shù)逼近能力，可用ANN模型去替代一個(gè)確定的物理對(duì)象。母線保護(hù)的物理對(duì)象是一個(gè)輸入輸出關(guān)系確定的函數(shù)對(duì)象，可用一

3、個(gè)ANN模型去替代，或用一個(gè)ANN數(shù)學(xué)模型去逼近母線保護(hù)物理對(duì)象的輸入輸出之間的函數(shù)關(guān)系。通過(guò)這個(gè)在無(wú)故障運(yùn)行時(shí)學(xué)習(xí)訓(xùn)練出來(lái)的母線保護(hù)對(duì)象的ANN數(shù)學(xué)模型，就能判斷區(qū)分母線保護(hù)對(duì)象的區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障。 在研究基于ANN函數(shù)逼近能力的母線保護(hù)原理的過(guò)程中，首先就母線保護(hù)物理對(duì)象的輸入輸出之間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行了研究，將物理對(duì)象的輸入定為母線上各回路電流互感器(TA)傳變后的同一時(shí)刻二次檢測(cè)電流，輸出定為母線上各回路的一次側(cè)同一時(shí)刻流過(guò)的

4、電流之和。然后對(duì)母線保護(hù)的ANN模型進(jìn)行了研究和討論，就激活函數(shù)為線性函數(shù)、分段線性函數(shù)和非線性函數(shù)的三種情況，分別構(gòu)建了母線保護(hù)的ANN模型，給出了ANN模型的學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法，討論了訓(xùn)練算法的收斂性，并通過(guò)DSP程序?qū)崿F(xiàn)得出了對(duì)母線ANN模型的訓(xùn)練實(shí)例。最后通過(guò)對(duì)三種ANN模型的研究分析結(jié)果的比較，選定了分段線性激活函數(shù)ANN模型和線性激活函數(shù)ANN模型作為母線保護(hù)的ANN模型，考慮到實(shí)現(xiàn)條件的限制，本文就基于線性激活函數(shù)ANN模型的母

5、線保護(hù)方法進(jìn)行了研究和實(shí)現(xiàn)。 為研究和實(shí)現(xiàn)基于ANN模型的母線保護(hù)方法，本文依據(jù)母線保護(hù)的ANN模型輸出來(lái)判斷區(qū)分母線的區(qū)內(nèi)區(qū)外故障，采用了ANN模型輸出變大與故障發(fā)生時(shí)間是否同步的原理來(lái)消除TA飽和的影響，采用了比例制動(dòng)方法來(lái)保證母線保護(hù)在區(qū)外故障時(shí)的不誤動(dòng)，采用了故障電流方向來(lái)判斷處理在母線出現(xiàn)區(qū)外故障轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障時(shí)和TA斷線時(shí)的情況。本文還利用自適應(yīng)模型的預(yù)測(cè)和電流瞬時(shí)幅值的增量實(shí)現(xiàn)了母線保護(hù)的故障預(yù)啟動(dòng)和故障啟動(dòng)，靈敏故障

6、預(yù)啟動(dòng)是實(shí)現(xiàn)抗TA飽和母線保護(hù)方法的基礎(chǔ)，可靠故障啟動(dòng)是母線保護(hù)出口的必要條件。 本文就信號(hào)采集、信號(hào)傳輸、信號(hào)處理等母線保護(hù)的實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入的研究，解決了實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)同步采集、數(shù)據(jù)同步傳輸、信號(hào)濾波處理等技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題。特別是就故障時(shí)的瞬變信號(hào)提出了正弦逼近處理方法，該方法的理論基礎(chǔ)是瞬變信號(hào)的瞬時(shí)幅值和相位表示方法，這種表示方法與傳統(tǒng)表示方法在結(jié)果上是一致的。通過(guò)實(shí)例分析結(jié)果得出，在故障發(fā)生后的半個(gè)周期內(nèi)，特別在頭一個(gè)

7、1/4周期內(nèi)，依據(jù)正弦逼近處理方法求出的瞬時(shí)幅值和瞬時(shí)相位能正確表征故障的特征，這一特點(diǎn)是正弦逼近處理方法所獨(dú)特的。 基于ANN模型的母線保護(hù)在硬件上采用了分布式硬件結(jié)構(gòu)，有間隔單元和中心單元兩層單元，間隔單元實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集、信號(hào)處理、故障啟動(dòng)等功能，中心單元主要實(shí)現(xiàn)了ANN模型訓(xùn)練和故障判斷的功能，兩個(gè)單元之間依據(jù)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。基于ANN模型的母線保護(hù)在軟件上采用了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)來(lái)編寫(xiě)各個(gè)功能軟件程序，以提高保護(hù)軟件的