專利名稱：采用模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電流互感器飽和校正的制作方法
本申請(qǐng)根據(jù)1998年8月13日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)No.60/096,459和1999年3月24日提交的美國申請(qǐng)No.09/275,388要求了優(yōu)先權(quán)，這兩個(gè)申請(qǐng)都通過參考而包含在本申請(qǐng)中。
本發(fā)明涉及校正電流互感器的信號(hào)畸變。
為了保護(hù)和計(jì)量的目的，鐵心式環(huán)形電流互感器(CT)廣泛地用于電力工業(yè)，以測(cè)量線路電流。線路電流加到CT的原線圈，CT的副線圈上就會(huì)產(chǎn)生數(shù)值下降型式的線路電流。這種數(shù)值下降型式的線路電流用作保護(hù)和計(jì)量目的的測(cè)量值。
采用鐵心式電流互感器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由原繞組中的電流所產(chǎn)生的大部分磁通都穿過付繞組。因此，鐵心式電流互感器在原付繞組之間提供了良好的磁鏈。采用鐵心式環(huán)形電流互感器的其它優(yōu)點(diǎn)包括低生產(chǎn)成本、固有的電隔離、可靠性以及使用的簡(jiǎn)易。
然而，鐵心式環(huán)形電流互感器的主要缺點(diǎn)是容易引起電流飽和。當(dāng)超過電流互感器的動(dòng)態(tài)工作范圍的電流使鐵心的磁化獨(dú)立于電流、因而產(chǎn)生付繞組信號(hào)的畸變時(shí)，這種飽和就會(huì)發(fā)生。這些電流互感器的飽和主要上由兩種因素引起的。第一，磁化電流(即產(chǎn)生互感器作用感應(yīng)電壓所需的磁通的電流)和加到付繞組的電壓之間的關(guān)系是非線性的。第二，鐵心式環(huán)形電流互感器能在加到原繞組上的電流除去后在其鐵心中保持大的磁通密度，即剩磁。
本發(fā)明為校正用來提供電流測(cè)量的電流互感器的飽和提供了各種技術(shù)。為此，將從電流互感器所收到的電流測(cè)量值提供給一個(gè)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。使模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接受訓(xùn)練，以執(zhí)行電流互感器的逆?zhèn)鬟f函數(shù)，以及產(chǎn)生計(jì)算電流互感器的飽和的輸出。
各個(gè)實(shí)施例可以包括一個(gè)以上下列特征。例如，利用電流互感器的理想傳遞函數(shù)可以將模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)的電流測(cè)量值。將設(shè)計(jì)的電流測(cè)量值提供給保護(hù)裝置，如果設(shè)計(jì)的電流測(cè)量值大于預(yù)定值，保護(hù)裝置就向繼電器發(fā)信號(hào)，予以脫扣。
可以將電流測(cè)量值提供給兩個(gè)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的其中之一，根據(jù)電流測(cè)量值是否大于預(yù)定閾值而采用特定的模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。兩個(gè)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)予以訓(xùn)練，以執(zhí)行電流互感器的逆?zhèn)鬟f函數(shù)，但是處在不同的工作條件下(例如，不同的電流電平)。
如果電流測(cè)量值小于第一閾值，則可以使模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)旁路。當(dāng)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被旁路時(shí)，可以把電流測(cè)量值直接提供給保護(hù)裝置，如果電流測(cè)量值大于預(yù)定值，保護(hù)裝置就發(fā)信號(hào)給繼電器，予以脫扣。
可以采用電磁瞬態(tài)程序模擬的數(shù)據(jù)訓(xùn)練模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。也可以采用來自實(shí)際的電流互感器的數(shù)據(jù)訓(xùn)練模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
來自電流互感器的電流測(cè)量值可以轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字樣品。模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)輸入可以是來自一個(gè)電流周期的數(shù)字樣品。模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)輸入可以根據(jù)來自前一個(gè)電流周期的數(shù)字樣品。
可以監(jiān)測(cè)電流測(cè)量值，確定測(cè)量值落在若干個(gè)范圍中的哪一個(gè)內(nèi)。如果測(cè)量值落在第一個(gè)范圍內(nèi)，則可以使模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)旁路，可以將電流測(cè)量值直接提供給保護(hù)裝置。如果測(cè)量值落在第二個(gè)范圍內(nèi)，則可以將電流測(cè)量值提供給第一模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。如果測(cè)量值落在第三個(gè)范圍內(nèi)，則可以將電流測(cè)量值提供給另一個(gè)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
從包括附圖在內(nèi)的以下描述以及權(quán)利要求書，其它的特征和優(yōu)點(diǎn)就是很顯然的了。


圖1包括兩個(gè)例示繼電器脫扣時(shí)電流互感器(CT)的電流飽和作用的圖象。
圖2是用來討論CT飽和的保護(hù)系統(tǒng)的方框圖。
圖3是用于CT飽和補(bǔ)償?shù)哪M神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的方框圖。
圖4是表示ANN工作情況的簡(jiǎn)化方框圖。
圖5是用ANN補(bǔ)償CT飽和的程序的流程圖。
圖6是ANN訓(xùn)練程序的流程圖。
圖7是用于訓(xùn)練系統(tǒng)的電磁瞬態(tài)程序(EMTP)模擬系統(tǒng)的方框圖。
圖8用于圖7的EMTP的CT模型的電路圖。
圖9是采用來自實(shí)時(shí)電力系統(tǒng)模擬器(RTPSS)的數(shù)據(jù)的CT測(cè)試系統(tǒng)的方框圖。
圖10是保護(hù)系統(tǒng)的第一種測(cè)試情況的圖象。
圖11是圖10的波形的均方根值(RMS)的圖象。
圖12是保護(hù)系統(tǒng)的第二種測(cè)試情況的圖象。
圖13是圖12的波形的均方根值(RMS)的圖象。
圖14和15是采用圖12和13的第二種測(cè)試情況的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)模擬的圖象。
在許多電力設(shè)計(jì)中，電流互感器(CT)是檢測(cè)和響應(yīng)電力線路上的電流故障的保護(hù)裝置的整體部分。如果故障包括疊加在對(duì)稱電流上的顯著的直流偏移，CT可能在不尋常的低電流下飽和。機(jī)電和電氣保護(hù)裝置經(jīng)常根據(jù)故障電流的均方根(RMS)值作出運(yùn)行的決定。如果由CT供應(yīng)給保護(hù)裝置的信號(hào)因飽和而畸變，檢測(cè)到的RMS值可能不同于實(shí)際的故障電流。
圖1表示當(dāng)CT飽和或者不飽和時(shí)保護(hù)裝置的繼電器脫扣的定時(shí)之間的比較。兩個(gè)圖象顯示了以千安培為單位的CT電流測(cè)量值對(duì)以毫秒為單位的時(shí)間的關(guān)系。在上方的圖象100中，CT沒有飽和，電流測(cè)量值精確地反映了線路電流。在過電流開始出現(xiàn)后大約四分之三周期的時(shí)間t(110)繼電器響應(yīng)電流測(cè)量值而脫扣。在下方的圖象115中，CT飽和，以致測(cè)量到的電流120不精確地反映原電流(如測(cè)量到的電流105所表示的)。由于這種飽和的結(jié)果，在相對(duì)于t(110)延遲了大約兩個(gè)周期的時(shí)間td(125)之前，測(cè)得的電流RMS值達(dá)不到足以使繼電器脫扣的值。這種延時(shí)可能引起與系統(tǒng)中的其它裝置的誤協(xié)調(diào)。此外，CT飽和可能阻止繼電器完全脫扣，或者可能引起誤脫扣。
有若干種避免CT飽和的方法。例如，為了增加線圈之間的互感，可以增大CT鐵心的尺寸。
另一方面，可以采用支持較大的磁通密度的另一種鐵心材料。然而，兩種選擇都可能增加保護(hù)裝置實(shí)施的成本和復(fù)雜性。
另一種討論CT飽和的方法是采用一種模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)來校正CT飽和。ANN包括一個(gè)以上通過通道彼此相連的節(jié)點(diǎn)或簡(jiǎn)單的處理器。通常，節(jié)點(diǎn)包括存儲(chǔ)器，并且執(zhí)行某種傳遞函數(shù)，使得節(jié)點(diǎn)的輸出是其當(dāng)時(shí)或以前輸入中的一個(gè)以上輸入的函數(shù)。節(jié)點(diǎn)通過一個(gè)以上輸入通道接受一般數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)形式的輸入數(shù)據(jù)，以及利用傳遞函數(shù)對(duì)這種輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。節(jié)點(diǎn)向ANN內(nèi)的一個(gè)以上通道或者向ANN的輸出通道提供數(shù)據(jù)。
通過訓(xùn)練過程建立ANN的節(jié)點(diǎn)的傳遞函數(shù)。ANN能超出在訓(xùn)練中所用的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一化。
ANN的總函數(shù)取決于節(jié)點(diǎn)和通道的結(jié)構(gòu)、通道的強(qiáng)度、以及在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的處理過程。有關(guān)ANN的附加信息可以在定期公布在Usenetnewsgroup comp.ai.neural-nets，URLftp//ftp.sas.com/pub/neural/FAQ.html的1997年版的Neural Network FAQ，Sarle，W.S.中找到。
ANN受過訓(xùn)練，以提供CT的逆函數(shù)。ANN則用來處理CT的輸出(付電流)，以提供CT的輸入(原電流)的估值。利用MATLAB開發(fā)了ANN的一種實(shí)施方案，并且利用從電磁瞬態(tài)程序(EMTP)模擬和實(shí)際CT所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)予以訓(xùn)練。
圖2表示一種采用ANN校正CT飽和的電流保護(hù)系統(tǒng)200。系統(tǒng)200可以用數(shù)字電子電路、計(jì)算機(jī)硬件、固件、軟件，或者作為這些元件的組合予以實(shí)施。例如，圖2表示系統(tǒng)200作為在諸如通用計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器等的具有存儲(chǔ)器210的處理器205上運(yùn)行的軟件的系統(tǒng)200的實(shí)施方案。為了描述的簡(jiǎn)易起見，后面的討論經(jīng)常涉及采用數(shù)字電子電路的系統(tǒng)200的實(shí)施方案。然而，應(yīng)該理解的是，系統(tǒng)200可以有效地采用軟件或其它方法予以實(shí)施。
再參閱圖2，用連接成接受線路電流的CT220測(cè)量線路電流215。模數(shù)轉(zhuǎn)換器222把來自CT220的電流測(cè)量值轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字樣品，并且把數(shù)字樣品輸送給計(jì)算機(jī)205。
在計(jì)算機(jī)205上運(yùn)行的切換算法225監(jiān)視即時(shí)電流電平，以及確定電流電平落在三個(gè)范圍中的哪一個(gè)范圍內(nèi)。將可能的故障電流的寬范圍分成三個(gè)窄范圍提高了CT輸入的估值的精度。在第一個(gè)范圍內(nèi)，預(yù)計(jì)電流低到足以使CT不發(fā)生飽和。在第二和第三個(gè)范圍內(nèi)，電流可能高得足以產(chǎn)生CT飽和。當(dāng)切換算法225確定電流電平落在第一個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，切換算法控制多路復(fù)用器227使ANN旁路，將電流值直接送到例如繼電器等的保護(hù)裝置230。當(dāng)切換算法225確定電流電平落在第二個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，切換算法控制多路復(fù)用器227，將第一ANN235的輸出提供給保護(hù)裝置230。當(dāng)切換算法225確定電流電平落在第三個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，切換算法控制多路復(fù)用器227，將第二ANN240的輸出送給保護(hù)裝置230。在其它的實(shí)施方案中，切換算法225可以控制是否甚至對(duì)于某一電流樣品采用ANN。存儲(chǔ)器210也接收電流樣品。
圖3例示ANN235和240的結(jié)構(gòu)300。ANN結(jié)構(gòu)是具有輸入層305、第一隱蔽層310、第二隱蔽層315和輸出層320的前饋型網(wǎng)絡(luò)。采用前饋拓?fù)涫怯捎谒暮?jiǎn)單性和固有的穩(wěn)定性。節(jié)點(diǎn)325用結(jié)構(gòu)300中的開路表示，通道330用連接一個(gè)節(jié)點(diǎn)至另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的線路表示。輸入層305有32個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)。輸入節(jié)點(diǎn)的數(shù)量是根據(jù)每個(gè)60赫周期32個(gè)樣品的一般信號(hào)采樣率而選取的。第一隱蔽層310有10個(gè)節(jié)點(diǎn)，第二隱蔽層315則有6個(gè)節(jié)點(diǎn)。輸出層320有1個(gè)節(jié)點(diǎn)。
第一隱蔽層310中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)累計(jì)在輸入層305上出現(xiàn)的乘以每個(gè)通道的加權(quán)因子的樣品之和。一旦累計(jì)出這種和值，就用節(jié)點(diǎn)的相關(guān)的傳遞函數(shù)對(duì)它進(jìn)行運(yùn)算，這種傳遞函數(shù)是用下式表示的非線性正切反曲(tan-sigmoidal)函數(shù)f(x)=11+e-x]]>式中x是節(jié)點(diǎn)輸入，f(x)是節(jié)點(diǎn)輸出。
第二隱蔽層315的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)第一隱蔽層310的各節(jié)點(diǎn)的加權(quán)輸出求和，并且將非線性正切反曲函數(shù)用于這個(gè)和。類似地，輸出層320中的節(jié)點(diǎn)累計(jì)第二隱蔽層315中的六個(gè)隱蔽節(jié)點(diǎn)的輸出的加權(quán)和，通過正切反曲函數(shù)處理這個(gè)和。
參閱圖4，簡(jiǎn)化的ANN參閱包括一個(gè)三節(jié)點(diǎn)隱蔽層405、一個(gè)六節(jié)點(diǎn)輸入層410、以及一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)415的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為了描述簡(jiǎn)易起見，在這個(gè)簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)中，輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)6可以以每個(gè)60赫周期的6個(gè)樣品的信號(hào)采樣率為基礎(chǔ)。由于在一個(gè)周期中CT的性能取決于前一個(gè)周期，所以ANN的一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)420接收來自前一個(gè)周期的樣品之和。這個(gè)和值與前一個(gè)周期期間的付電流和磁通的積分成正比。來自CT220的每個(gè)新樣品引到ANN“前方”的節(jié)點(diǎn)425。以前的樣品向下移一個(gè)節(jié)點(diǎn)至最近的節(jié)點(diǎn)(用連接輸入層中的節(jié)點(diǎn)的彎曲的箭頭表示移動(dòng))。來自最后節(jié)點(diǎn)435的樣品輸入一個(gè)6樣品累加器440，后者進(jìn)行求和，以及把和輸出到節(jié)點(diǎn)420。ANN對(duì)各新樣品進(jìn)行運(yùn)算，因此產(chǎn)生每個(gè)樣品的新輸出估值。這樣，ANN根據(jù)最近的樣品、以前的四個(gè)樣品、以及以前的四個(gè)樣品之前的六個(gè)以前的樣品之和，產(chǎn)生CT的輸入的估值。圖3的ANN類似地對(duì)當(dāng)前樣品、以前的30個(gè)樣品，以及這30個(gè)樣品之前的32個(gè)樣品之和進(jìn)行運(yùn)算。
參閱圖5，圖2的系統(tǒng)執(zhí)行補(bǔ)償CT飽和的程序500。采樣的CT電流是從電源輸入的(步驟505)。將樣品輸入到樣品集，并且更新累加器440(步驟510)。步驟510包括將每個(gè)新樣品引入輸入層410的第一節(jié)點(diǎn)425，將以前的樣品向下移到輸入層315的節(jié)點(diǎn)，將最后節(jié)點(diǎn)435中的樣品提供給累加器440，累加器440對(duì)以前的樣品與來自節(jié)點(diǎn)435的樣品進(jìn)行求和，以及把結(jié)果送到節(jié)點(diǎn)420。將當(dāng)前樣品的值與第一閾值作比較(步驟515)。如果電流值小于第一閾值，則將信號(hào)加到保護(hù)裝置230(步驟520)，且使ANN旁路。由于大多數(shù)保護(hù)裝置根據(jù)電流的RMS值作出運(yùn)行決定，所以保護(hù)裝置可以包括最后32個(gè)樣品的RMS值的計(jì)算。
接著，將電流值與第二閾值作比較(步驟525)。如果電流值小于第二閾值，則利用適當(dāng)?shù)囊唤M通道加權(quán)因子加到ANN(步驟530)。ANN的輸出是真實(shí)的CT輸入電流的估值。用CT的理想傳遞函數(shù)把這個(gè)估值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電流測(cè)量值(步驟535)。如果電流值大于或等于第二閾值，則利用適當(dāng)?shù)囊唤M通道加權(quán)因子加到ANN240(步驟540)。ANN的輸出是真實(shí)的CT輸入電流的估值。用CT的理想傳遞函數(shù)把這個(gè)估值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電流測(cè)量值(步驟535)。轉(zhuǎn)換后的輸出加到保護(hù)裝置(步驟545)。
用具有來自EMTP模擬的數(shù)據(jù)和從實(shí)際CT產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的MATLAB訓(xùn)練ANN。對(duì)于非飽和的故障則不訓(xùn)練ANN，這是由于這些故障是由保護(hù)裝置230在不采樣ANN的情況下處理的。這樣，由于第一范圍涉及非飽和的CT信號(hào)，以及不需要校正，所以只有表示第二和第三范圍的值用于訓(xùn)練。在圖2和圖5中所述的切換算法225保證了對(duì)于非飽和故障使ANN235或240旁路。
圖6示出ANN訓(xùn)練程序600的流程圖。限定訓(xùn)練情況的范圍，將ANN用于各種情況。各種測(cè)試情況的變量包括故障值、X/R比、以及故障閉合角。X/R比表示直流偏移的值。故障閉合角(closing angle)則表示直流偏移的方向-相對(duì)于對(duì)稱故障的零值不論是正還是負(fù)。選擇訓(xùn)練情況的范圍，以覆蓋CT的期望的運(yùn)行。對(duì)于10001A的CT，例如對(duì)稱的5、8、10、13、和15kA RMS的故障值被輸入訓(xùn)練程序600(步驟605)。對(duì)于高X/R比，幾乎為對(duì)稱故障的峰值電流的兩倍的峰值電流也是可能的。為了訓(xùn)練的目的，可以將5、10和20的X/R比輸入訓(xùn)練程序600(步驟610)。在一個(gè)實(shí)施方案中，產(chǎn)生了故障閉合角隔開90度的四種獨(dú)特的測(cè)試情況，這些情況輸入了訓(xùn)練程序600(步驟615)。
當(dāng)ANN提供CT傳遞函數(shù)的逆?zhèn)鬟f函數(shù)時(shí)，ANN訓(xùn)練就完成了。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，ANN就經(jīng)過了訓(xùn)練，可以用來對(duì)CT的輸入進(jìn)行估值。將所有三個(gè)變量集組合起來，可能有大約40種情況訓(xùn)練ANN。在通過輸入故障值、X/R比、和故障閉合角限定測(cè)試情況之后，利用電磁瞬態(tài)程序(EMTP)產(chǎn)生測(cè)試數(shù)據(jù)(步驟620)。還參閱圖7，EMTP訓(xùn)練系統(tǒng)700包括EMTP705，EMTP705接收為它提供測(cè)試情況的變量集710。EMTP705通過根據(jù)圖8中所示的等效電路圖模仿CT的性能而模擬CT的響應(yīng)。參閱圖8，在理想CT220中的原電流750在載有某種阻抗760的理想CT220中感應(yīng)出付電流755。圖8中還示出了原繞組的電阻765和漏感770以及付繞組的電阻775和漏感780。激勵(lì)和磁化電流785取決于磁化阻抗，磁化阻抗用與磁化非線性電感795并聯(lián)的鐵損耗等效電阻790表示。
來自EMTP的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換成可為MATLAB訓(xùn)練算法715所用的形式(步驟625)。訓(xùn)練一直進(jìn)行到模仿的CT電流和ANN估算的電流之間的誤差達(dá)到可接受的水平為止(步驟30)。
在利用EMTP確認(rèn)ANN的基本運(yùn)算之后，利用以數(shù)字形式記錄的實(shí)際的CT原付電流產(chǎn)生故障情況(步驟635)。將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可為MATLAB所用的格式(步驟640)，然后用實(shí)際的CT數(shù)據(jù)訓(xùn)練ANN(步驟645)。
圖9表示采用從實(shí)際CT220所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的CT測(cè)試系統(tǒng)800。為了獲得測(cè)試數(shù)據(jù)，采用實(shí)時(shí)電力系統(tǒng)模擬器(RTPSS)805精確地模擬實(shí)時(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)行。用計(jì)算機(jī)810控制RTPSS805。此外，這是一個(gè)采用高保真度電壓和電流放大器815的以模擬為基礎(chǔ)的裝置，放大器815模擬可能含有直流偏移的高故障電流。采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)獲取技術(shù)，用數(shù)字記錄器820記錄CT的原付電流。利用類似于圖2的保護(hù)系統(tǒng)200的測(cè)試系統(tǒng)825確定電流電平落在哪個(gè)范圍內(nèi)。因此，如果故障電流小于第一閾值，就使ANN旁路，如果故障電流大于第一閾值，則實(shí)施ANN(具有適當(dāng)?shù)募訖?quán)因子)，估算CT電流。比較ANN的輸出和由RTPSS805所產(chǎn)生的輸入，繼續(xù)試驗(yàn)，直至差低于可接受的水平。
一旦訓(xùn)練結(jié)束，可以用從圖9的RTPSS805所產(chǎn)生的實(shí)際CT數(shù)據(jù)測(cè)試保護(hù)系統(tǒng)200。利用MATLAB執(zhí)行有各種偏移和故障值的若干種測(cè)試情況。
圖10表示第一種測(cè)試情況的CT原電流905、CT付電流910和ANN輸出915的圖象900，在第一種測(cè)試情況下，帶有正向直流偏移的高故障電流引起顯著的CT飽和，而且導(dǎo)致付電流畸變。故障電流超過第二閾值，因此，由ANN240予以處理。如圖象900所證明的那樣，ANN240所作的誤差校正與CT的原電流905相一致。
圖11表示圖10的相同波形的RMS值的圖象920。RMS值是由保護(hù)裝置230利用以下公式進(jìn)行計(jì)算的RMS=[1NΣ1NX2(n)]]]>式中N＝32(一個(gè)周期中的樣品數(shù)量)，X(n)是以前的第n個(gè)樣品。在一個(gè)周期相當(dāng)?shù)臉悠?32個(gè)樣品)的整個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行RMS的計(jì)算，每個(gè)周期進(jìn)行若干次。CT原電流925的RMS值與ANN校正電流930的RMS值很一致。CT付電流935的RMS值則顯示出圖10所示的CT飽和作用。一個(gè)周期之后RMS值增加到故障的漸近值940。
圖12表示第二種測(cè)試情況的CT原電流1005、CT付電流1010和ANN輸出1015的圖象1000，在第二種測(cè)試情況下，帶有負(fù)向直流偏移的故障電流引起CT飽和，而且導(dǎo)致付電流畸變。故障電流超過第一閾值但不超過第二閾值，因此，它由ANN235予以處理。如圖象1000所證明的那樣，ANN235所作的CT誤差校正與CT的原電流1005相一致。
圖13表示圖12的相同波形的RMS值的圖象1020。CT原電流1025的RMS值與ANN校正電流1030的RMS值很一致。CT付電流1035的RMS值則顯示出圖12所示的CT飽和作用。一個(gè)周期之后RMS值增加到故障的漸近值1040。
所有測(cè)試情況的結(jié)果，包括圖10-13中的結(jié)果，表明在實(shí)際的故障狀態(tài)下，保護(hù)系統(tǒng)200根據(jù)飽和的CT付繞組輸出成功地估算出真實(shí)的CT原電流。
為了驗(yàn)證可以在實(shí)時(shí)中采用保護(hù)系統(tǒng)200，在一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)上執(zhí)行算法225。用DSP匯編語言對(duì)算法225進(jìn)行編碼，然后在DSP模擬器上予以運(yùn)行。DSP模擬器精確地模擬實(shí)際DSP處理器的性能。將以PC為基礎(chǔ)的DSP模擬器用于處理器，進(jìn)行算法的測(cè)試，處理器從實(shí)際CT中讀出存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)文件，以及寫入對(duì)誤差進(jìn)行分析的輸出文件。圖14和15表示與圖12和13中用算法中的定點(diǎn)運(yùn)行在DSP模擬器上進(jìn)行處理的相同的測(cè)試情況。來自DSP模擬器的結(jié)果(圖14和15)與來自MATLAB的結(jié)果(圖12和13)很一致。此外，根據(jù)DSP模擬的結(jié)果表明總的算法225可以在130μs內(nèi)每相信號(hào)每個(gè)樣品地執(zhí)行，可能需要1.1K以下的存儲(chǔ)器。
其它的實(shí)施例都在后文的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種校正用來提供電流測(cè)量值的電流互感器的飽和的方法，所述方法包括從所述電流互感器接受電流測(cè)量值；以及將所述電流測(cè)量值提供給一個(gè)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，以執(zhí)行所述電流互感器的逆?zhèn)鬟f函數(shù)，產(chǎn)生計(jì)算所述電流互感器的飽和的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包括下列步驟用所述電流互感器的理想傳遞函數(shù)把所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)電流測(cè)量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于還包括下列步驟向保護(hù)裝置提供設(shè)計(jì)電流測(cè)量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于如果所述設(shè)計(jì)電流測(cè)量值大于預(yù)定值，所述保護(hù)裝置就向繼電器發(fā)出信號(hào)，予以脫扣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包括下列步驟如果所述電流測(cè)量值大于預(yù)定閾值，則向另一個(gè)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供所述電流測(cè)量值，所述另一個(gè)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接受訓(xùn)練，執(zhí)行所述電流互感器的逆?zhèn)鬟f函數(shù)，以及產(chǎn)生計(jì)算所述電流互感器的飽和的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包括下列步驟用所述電流互感器的理想傳遞函數(shù)把所述另一個(gè)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)電流測(cè)量值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包括下列步驟向保護(hù)裝置提供所述設(shè)計(jì)電流測(cè)量值，其中如果所述設(shè)計(jì)電流測(cè)量值大于預(yù)定值，所述保護(hù)裝置向繼電器發(fā)出信號(hào)，予以脫扣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包括下列步驟如果所述電流測(cè)量值小于第一閾值，就使所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)旁路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于還包括下列步驟當(dāng)所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被旁路時(shí)，向保護(hù)裝置提供所述電流測(cè)量值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于如果所述電流測(cè)量值大于預(yù)定值，所述保護(hù)裝置向繼電器發(fā)出信號(hào)，予以脫扣。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于接收所述電流測(cè)量值步驟包括將所述電流測(cè)量值轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字樣品。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包括下列步驟用來自電磁瞬態(tài)程序模擬的數(shù)據(jù)訓(xùn)練所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包括下列步驟用來自實(shí)際電流互感器的數(shù)據(jù)訓(xùn)練所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第一輸入包括所述電流測(cè)量值，所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第二輸入包括以前的電流測(cè)量值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第三輸入包括以前的電流測(cè)量值的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包括下列步驟監(jiān)測(cè)所述電流測(cè)量值；以及所述電流測(cè)量值落在多個(gè)范圍的哪一個(gè)范圍內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于還包括下列步驟如果所述電流測(cè)量值落在第一個(gè)范圍內(nèi)，則使所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)旁路，直接向保護(hù)裝置提供所述電流測(cè)量值；如果所述電流測(cè)量值落在第二個(gè)范圍內(nèi)，則將所述電流測(cè)量值提供給第一模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；以及如果所述電流測(cè)量值落在第三個(gè)范圍內(nèi)，則將所述電流測(cè)量值提供給第二模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
18.一種用于電力系統(tǒng)的電流互感器飽和校正設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)電流互感器；以及一個(gè)連接成接收所述電流互感器的輸出的模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過訓(xùn)練去執(zhí)行所述電流互感器的逆?zhèn)鬟f函數(shù)，所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供計(jì)算所述電流互感器的飽和的輸出。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的電流互感器飽和校正設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)連接成接收所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出的保護(hù)裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的電流互感器飽和校正設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)連接成接收所述電流互感器的輸出的第二模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過訓(xùn)練去執(zhí)行所述電流互感器的逆?zhèn)鬟f函數(shù)，所述第二模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供計(jì)算所述電流互感器的飽和的輸出。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的電流互感器飽和校正設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)切換系統(tǒng)，所述切換系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述電流測(cè)量值，以及確定所述電流測(cè)量值落在多個(gè)范圍中的哪一個(gè)范圍內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的電流互感器飽和校正設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述電流測(cè)量值落在第一個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，所述電流互感器的輸出直接提供給一個(gè)保護(hù)裝置，以及使所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)旁路。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的電流互感器飽和校正設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述電流測(cè)量值落在第二個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，所述電流互感器的輸出提供給第一模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的電流互感器飽和校正設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器利用所述電流互感器的理想傳遞函數(shù)把所述模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)電流測(cè)量值。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的電流互感器飽和校正設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)連接成接收所述設(shè)計(jì)電流測(cè)量值的保護(hù)裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的電流互感器飽和校正設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述電流測(cè)量值落在第三個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，所述電流互感器的輸出提供給第二模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
27.根據(jù)權(quán)利要求18的電流互感器飽和校正設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器把所述電流測(cè)量值轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字樣品。
全文摘要
本發(fā)明提供了校正輸出電流測(cè)量值的電流互感器飽和的方法和設(shè)備。一種切換算法接收電流互感器的電流測(cè)量值,確定這個(gè)值落在三個(gè)范圍的哪一個(gè)范圍內(nèi)。如果值落在第一個(gè)范圍內(nèi),把電流測(cè)量值提供給諸如繼電器的保護(hù)裝置。如果值落在第二個(gè)范圍內(nèi),把電流測(cè)量值提供給產(chǎn)生計(jì)算電流互感器飽和的輸出的一個(gè)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。如果值落在第三個(gè)范圍內(nèi),把電流測(cè)量值提供給產(chǎn)生計(jì)算電流互感器飽和的輸出的另一個(gè)模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H02H3/05GK1246620SQ9911779
公開日2000年3月8日 申請(qǐng)日期1999年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月13日
發(fā)明者J·C·卡明斯, D·C·余, D·T·斯通, L·A·科喬維克 申請(qǐng)人:麥克勞-愛迪生公司