用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，包括步驟有：(1)建立小電流接地系統(tǒng)的仿真模型，得到徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入特征量，建立訓(xùn)練樣本與檢測(cè)樣本；(2)構(gòu)建徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；(3)對(duì)徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整前設(shè)定，作為自適應(yīng)調(diào)整結(jié)束的條件；(4)采用梯度下降法調(diào)節(jié)徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱層節(jié)點(diǎn)的中心位置和隱層與輸出層之間的權(quán)值；(5)執(zhí)行添加操作；(6)執(zhí)行刪除操作；(7)調(diào)整結(jié)束；(8)小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法開(kāi)展在線應(yīng)用。本發(fā)明提出一種徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，并將其應(yīng)用于小電流接地系統(tǒng)的故障選線中，可大大提高故障選線的精度與速度，進(jìn)而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性。
【專利說(shuō)明】用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國(guó)的配電網(wǎng)中，中性點(diǎn)一般采取不接地，經(jīng)高阻值電阻接地，或經(jīng)消弧線圈的接地方式。中性點(diǎn)以這類方式接地的電網(wǎng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)短路電流只能通過(guò)對(duì)地電容或阻抗形成小電流回路，被稱為小電流接地系統(tǒng)。小電流接地方式由于在保證運(yùn)行，過(guò)電壓水平，設(shè)備絕緣水平，經(jīng)濟(jì)性方面等存在很多優(yōu)點(diǎn)，所以一直被用于我國(guó)城鄉(xiāng)中低壓電網(wǎng)中。
[0003]在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地系統(tǒng)中，單相接地故障發(fā)生頻率最高，發(fā)生單相接地之后由弧光引起的過(guò)電壓，極易造成兩相或三相短路事故，能否快速準(zhǔn)確的找出故障線路，排除接地故障，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，
[0004]最初的故障選線方法是逐條線路拉線監(jiān)視零序電壓有無(wú)，雖可保證其正確性，但速度慢且影響供電的可靠性。隨后提出的多種故障選線原理，按照所用電氣量，可分為利用注入信號(hào)和故障信號(hào)兩類。其中利用故障信號(hào)的方法又可分為利用故障信號(hào)穩(wěn)態(tài)量和暫態(tài)量?jī)深悺?br> [0005]I)利用注入信號(hào)選線簡(jiǎn)介，參考文獻(xiàn):1，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M]，中國(guó)電力出版社，2004.49-58.2，用注入法實(shí)現(xiàn)小電流接地系統(tǒng)單相接地保護(hù)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，1996，20 (2):11-12.注入信號(hào)最早用于輸電線路的故障測(cè)距。提出通過(guò)檢測(cè)注入信號(hào)的傳輸路徑和特征實(shí)現(xiàn)故障選線、測(cè)距和定位。在母線PT 二次側(cè)加裝一個(gè)高頻(不同于電網(wǎng)中原有的諧波頻率，如220Hz，便于濾波檢測(cè))電流信號(hào)源，在故障后通過(guò)PT向故障相注入高頻電流信號(hào)。這樣在PT—次側(cè)中性接地點(diǎn)與故障接地點(diǎn)之間形成注入信號(hào)電流回路，該頻率信號(hào)電流僅在接地故障線路中流通，非故障線路上則不存在。通過(guò)加裝在出線處的信號(hào)電流探測(cè)器，檢測(cè)各線路上有無(wú)注入的特定頻率信號(hào)電流，便可查出接地線路。但是由于需要在每條線路上裝設(shè)信號(hào)電流探測(cè)器，造成現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜化。而且單相接地故障的接地電阻由于受接地介質(zhì)和環(huán)境電壓等諸多因素的影響，數(shù)值往往達(dá)到千歐級(jí)，造成信號(hào)電流阻抗角變小，容易產(chǎn)生測(cè)量和計(jì)算誤差，造成誤判。
[0006]2)利用故障信號(hào)穩(wěn)態(tài)分量選線簡(jiǎn)介，中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中單相接地保護(hù)的相對(duì)原理[J].電力自動(dòng)化備，1994，3 (8):15-17.在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，一條線路出現(xiàn)單相接地故障，整個(gè)系統(tǒng)中都會(huì)出現(xiàn)零序電壓和零序電流。母線PT 二次開(kāi)口角繞組的電壓為三倍零序電壓，測(cè)量此處的零序電壓即可在系統(tǒng)中構(gòu)成絕緣監(jiān)視裝置，對(duì)故障選線裝置發(fā)出啟動(dòng)彳目號(hào)。具體的有:零序電流無(wú)功方向選線，零序電流有功方向選線，零序電流諧波幅值方向選線等。
[0007]3)利用故障信號(hào)暫態(tài)分量選線，上面的方法都存在電氣量幅值偏小的缺陷，在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)，存在一個(gè)明顯的暫態(tài)工程。電氣量中含有大量豐富的高頻分量和直流分量。其中電流量通常較大，尤其是接地電容電流的暫態(tài)分量往往比其穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍，容易測(cè)量。而消弧線圈對(duì)于暫態(tài)量中豐富的高頻信號(hào)相當(dāng)于開(kāi)路，所以中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程是基本相同的。隨著技術(shù)手段的發(fā)展，暫態(tài)電氣量的采集精度和計(jì)算速度提高很大，使得利用故障暫態(tài)量進(jìn)行選線成為可倉(cāng)泛。
[0008]4)傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障選線
[0009]已有研究利用BP或徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)自適應(yīng)調(diào)整后應(yīng)用于小電流接地系統(tǒng)的故障選線。如[4]提出了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障選線方法。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種局部逼近的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，選取高斯基函數(shù)作為RBF基函數(shù)。另外，網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)調(diào)整過(guò)程和工作過(guò)程完全獨(dú)立，如果外部環(huán)境發(fā)生變化，系統(tǒng)的特性會(huì)隨之發(fā)生變化，由此需要重新對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，這使問(wèn)題變得更加復(fù)雜，也使網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域受到限制，難以適用于小電流接地系統(tǒng)的不確定應(yīng)用環(huán)境。
[0010]綜上所述，對(duì)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)單相接地故障選線原理的研究，多年來(lái)取得了很多成果。但是根據(jù)這些故障選線原理制造的選線裝置，還不具備在電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的可靠性和準(zhǔn)確性。本發(fā)明提出一種基于改進(jìn)自適應(yīng)徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的小電流接地系統(tǒng)故障選線方法，并將其應(yīng)用于小電流接地系統(tǒng)的故障選線中，可大大提高故障選線的精度與速度，進(jìn)而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明鑒于小電流接地系統(tǒng)故障選線對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的重要性，針對(duì)目前已有的選線方法存在各種不足，提供一種基于改進(jìn)自適應(yīng)徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的小電流接地系統(tǒng)故障選線方法，并將其應(yīng)用于小電流接地系統(tǒng)的故障選線中，可大大提高故障選線的精度與速度，進(jìn)而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性。
[0012]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0013]一種用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，包括步驟如下:
[0014](I)建立小電流接地系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的典型特征量進(jìn)行仿真，得到徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入特征量，建立訓(xùn)練樣本與檢測(cè)樣本；
[0015](2)構(gòu)建徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
[0016](3)對(duì)徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整前設(shè)定，確定最大自適應(yīng)調(diào)整次數(shù)M和自適應(yīng)調(diào)整允許誤差民，作為自適應(yīng)調(diào)整結(jié)束的條件；
[0017](4)采用梯度下降法調(diào)節(jié)徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱層節(jié)點(diǎn)的中心位置和隱層與輸出層之間的權(quán)值；
[0018](5)執(zhí)行添加操作，統(tǒng)計(jì)每個(gè)輸入矢量產(chǎn)生的輸出誤差，然后通過(guò)比較找出誤差相對(duì)較大的點(diǎn)，再在這些點(diǎn)附近插入隱層節(jié)點(diǎn)；
[0019](6)執(zhí)行刪除操作，針對(duì)每個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所作貢獻(xiàn)的大小不同，貢獻(xiàn)大的節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)保留，貢獻(xiàn)小的節(jié)點(diǎn)刪除；
[0020](7)調(diào)整結(jié)束，當(dāng)滿足調(diào)整次數(shù)為M或自適應(yīng)調(diào)整允許誤差小于民時(shí)調(diào)整結(jié)束；
[0021](8)將上述小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法開(kāi)展在線應(yīng)用。
[0022]而且，所述步驟(4)的采用梯度下降法就是利用負(fù)梯度方向來(lái)決定每次迭代的新的搜索方向，使得每次迭代能使待優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)逐步減小，梯度下降法是2范數(shù)下的最速下降法。
[0023]而且，所述步驟(4)采用梯度下降法自適應(yīng)調(diào)整徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱層節(jié)點(diǎn)中心位置和權(quán)值時(shí)需要計(jì)算每個(gè)輸入矢量對(duì)應(yīng)的輸出誤差ek，以及每個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)的輸出值Pih -c,\\)，在調(diào)整隱層的中心位置和權(quán)值的過(guò)程中先保存ek和的值。
[0024]而且，所述步驟(5)的執(zhí)行添加操作具體采用間歇的方式執(zhí)行添加操作，只有當(dāng)任意隱層節(jié)點(diǎn)i=4n+l(n=0，l，2，…)時(shí)，才執(zhí)行添加操作，并且需要計(jì)算每個(gè)輸入矢量對(duì)應(yīng)的輸出誤差ek，以及每個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)的輸出值<P(h-c,ll)，以提高運(yùn)算效率。
[0025]而且，所述添加操作的具體方法為:
[0026]設(shè)(xk，yk)，k = 1，2，...N是一組自適應(yīng)調(diào)整樣本，初始時(shí)刻，隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)為零，每次執(zhí)行添加操作，依據(jù)以下條件判斷是否添加隱層節(jié)點(diǎn):
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，其特征在于包括步驟如下: (1)建立小電流接地系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)的典型特征量進(jìn)行仿真，得到徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入特征量，建立訓(xùn)練樣本與檢測(cè)樣本； (2)構(gòu)建徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； (3)對(duì)徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整前設(shè)定，確定最大自適應(yīng)調(diào)整次數(shù)M和自適應(yīng)調(diào)整允許誤差民，作為自適應(yīng)調(diào)整結(jié)束的條件； (4)采用梯度下降法調(diào)節(jié)徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱層節(jié)點(diǎn)的中心位置和隱層與輸出層之間的權(quán)值； (5)執(zhí)行添加操作，統(tǒng)計(jì)每個(gè)輸入矢量產(chǎn)生的輸出誤差，然后通過(guò)比較找出誤差相對(duì)較大的點(diǎn)，再在這些點(diǎn)附近插入隱層節(jié)點(diǎn)； (6)執(zhí)行刪除操作，針對(duì)每個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所作貢獻(xiàn)的大小不同，貢獻(xiàn)大的節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)保留，貢獻(xiàn)小的節(jié)點(diǎn)刪除； (7)調(diào)整結(jié)束，當(dāng)滿足調(diào)整次數(shù)為M或自適應(yīng)調(diào)整允許誤差小于&時(shí)調(diào)整結(jié)束； (8)將上述小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法開(kāi)展在線應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，其特征在于:所述步驟(4)的采用梯度下降法就是利用負(fù)梯度方向來(lái)決定每次迭代的新的搜索方向，使得每次迭代能使 待優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)逐步減小，梯度下降法是2范數(shù)下的最速下降法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，其特征在于:所述步驟(4)采用梯度下降法自適應(yīng)調(diào)整徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱層節(jié)點(diǎn)中心位置和權(quán)值時(shí)需要計(jì)算每個(gè)輸入矢量對(duì)應(yīng)的輸出誤差ek，以及每個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)的輸出值，在調(diào)整隱層的中心位置和權(quán)值的過(guò)程中先保存ek和<Κ||λ>-^||
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，其特征在于:所述步驟(5)的執(zhí)行添加操作具體采用間歇的方式執(zhí)行添加操作，只有當(dāng)任意隱層節(jié)點(diǎn)i = 4n+l(n = 0,1,2,…
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，其特征在于:所述添加操作的具體方法為: 設(shè)(xk，yk)，k= 1，2，...N是一組自適應(yīng)調(diào)整樣本，初始時(shí)刻，隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)為零，每次執(zhí)行添加操作，依據(jù)以下條件判斷是否添加隱層節(jié)點(diǎn):
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，其特征在于:所述步驟(6)執(zhí)行刪除操作時(shí)需要計(jì)算每個(gè)輸入矢量對(duì)應(yīng)的輸出誤差ek，以及每個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)的輸出值<P(lb-q||)，以提高運(yùn)算效率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，其特征在于:所述執(zhí)行刪除操的具體步驟為: 對(duì)任意隱層節(jié)點(diǎn)1，用Ai來(lái)表示它對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所作的貢獻(xiàn)，Ai定義為:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于小電流接地系統(tǒng)故障選線的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，其特征在于:所述步驟(6)執(zhí)行刪除操作采用間歇的方式執(zhí)行，只有當(dāng)隱層節(jié)點(diǎn)i = 8m+7(m =.0,1,2,…)時(shí)才執(zhí)行刪除操作。
【文檔編號(hào)】G06N3/02GK103543376SQ201310405480
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】梁剛, 李忠, 康連良, 梁程, 國(guó)三立 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司