可评价保护系统动作行为的双重神经网络电网故障诊断模型.pdf
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1、 第卷 第期 年月:可 评 价 保 护 系 统 动 作 行 为 的 双 重 神 经网 络 电 网 故 障 诊 断 模 型魏 冲 冲,熊 国 江,陈 锦 龙,张耀(贵 州 大 学 电 气 工 程 学 院,贵 阳;贵 州 电 网 有 限 责 任 公 司 电 力 调 度 控 制 中 心,贵 阳)摘要:神 经 网 络 应 用 于 电 网 故 障 诊 断 时 不 能 很 好 地 实 现 对 保 护 系 统 动 作 行 为 的评 判,因 此 提 出 一 种 可 评 价 保 护 系 统 动 作 行 为 的 双 重 神 经 网 络 电 网 故 障 诊 断 模 型。在 准 确 诊 断 故 障 元 件 的 基 础
2、 上,通 过 增 加 另 外 一 重 神 经 网 络,利 用、对 保 护系 统 正 确 动 作、误 动、拒 动 情 形 进 行 编 码,结 合 原 有 故 障 报 警 信 息 和 诊 断 出 的 故 障元 件,进 一 步 判 断 保 护 系 统 是 否 发 生 拒 动、误 动。算 例 仿 真 结 果 表 明:改 进 后 的 模型,不 仅 可 正 确 诊 断 故 障 元 件,还 可 有 效 评 价 保 护 系 统 的 动 作 行 为,更 好 地 为 故 障处 置 提 供 决 策 依 据。关 键 词:电 力 系 统;故 障 诊 断;神 经 网 络;保 护 动 作 评 价中 图 分 类 号:文 献
3、标 志 码:文 章 编 号:(),(,;,):,:;收 稿 日 期:基 金 项 目:国 家 自 然 科 学 基 金 项 目()作 者 简 介:魏 冲 冲(),男,河 北 保 定 人,硕 士 生,主 要 研 究 方向 为 人 工 智 能 算 法 在 电 网 故 障 诊 断 中 的 应 用。:;:通 信 作 者:熊 国 江(),男,贵 州 贵 阳 人,博 士,教 授,主 要 研 究方 向 为 电 力 系 统 优 化 运 行 与 智 能 应 用。:;:引言故 障 诊 断 是 实 现 智 能 电 网 自 愈 功 能 的 基 础。迅 速 准 确 地 诊 断 电 网 故 障 对 减 少 故 障 停 电 时
4、 间,避 免事 故 扩 大,快 速 恢 复 正 常 供 电 具 有 重 要 意 义。近 年 来,为 有 效 提 高 电 网 故 障 诊 断 水 平,国 内 外 学者 开 展 了 大 量 研 究 工 作,提 出 了 多 种 先 进、高 效 的 诊 断方 法,包 括 专 家 系 统、网、脉 冲 神 经 膜 系第期魏 冲 冲,等:可 评 价 保 护 系 统 动 作 行 为 的 双 重 神 经 网 络 电 网 故 障 诊 断 模 型统、优 化 技 术、人 工 神 经 网 络等 方 法。专家 系 统 因 可 有 效 地 分 配 利 用 专 家 的 各 种 知 识 经 验,具有 较 强 的 诊 断 推 理
5、 能 力 和 故 障 解 释 能 力,但 是 对 它 的知 识 库,却 难 以 进 行 更 新 和 维 护,故 障 容 错 率 低;网 诊 断 模 型 推 理 求 解 过 程 较 为 简 单,且 它 的 透 明 度 比较 高,但 因 其 复 杂 的 结 构,使 得 建 模 难 度 比 较 高;脉 冲神 经 膜 系 统 具 有 比 较 可 靠 的 动 态 性 能,但 是 泛 化 能 力有 待 提 高;基 于 优 化 技 术 实 现 的 故 障 诊 断 方 法 可 充 分利 用 相 关 的 数 学 原 理,易 于 通 过 编 程 技 术 实 现,但 一 些不 确 定 的 动 作 警 报 信 息 制
6、 约 了 模 型 准 确 度 的 进 一 步 改善。相 比 于 上 述 故 障 诊 断 方 法,基 于 人 工 神 经 网 络 的故 障 诊 断 方 法 学 习 能 力 很 强,只 要 样 本 充 足 可 靠,就 能得 到 正 确 的 结 果,该 方 法 具 有 高 容 错、强 泛 化 等 特 点,近 些 年 来 在 电 网 故 障 诊 断 中 得 到 了 深 入 的 研 究。基 于 人 工 神 经 网 络 的 故 障 诊 断 方 法 是 以 电 网 发 生故 障 时 候 的 信 息 为 样 本 对 模 型 进 行 训 练,运 用 该 算 法良 好 的 自 适 应 能 力 和 非 线 性 映
7、射 能 力,得 出 相 应 的 故障 诊 断 规 则,使 输 入 与 输 出 之 间 建 立 起 映 射 关 系,保 证能 准 确 地 诊 断 出 电 网 故 障。文 献 中 较 为 详 尽 地阐 述 了 使 用 反 向 传 播(,)神 经 网 络实 现 电 网 故 障 快 速 定 位 的 算 法 流 程 以 及 各 项 参 数 的 设定 方 式,并 验 证 了 该 方 法 的 有 效 性,但 存 在 学 习 效 率 不高、训 练 过 程 可 能 会 陷 入 局 部 最 优,且 没 有 关 注 故 障 后继 电 保 护 系 统 的 不 正 确 动 作。文 献 中 在 神 经 网络 训 练 过
8、程 中 利 用 动 量 系 数 来 优 化 连 接 权 值 的 收 敛,同 时 也 为 显 著 提 高 网 络 的 学 习 效 率,采 用 自 适 应 学 习系 数 调 整 算 法。文 献 中 在 神 经 网 络 训 练 过 程中,分 别 采 取 遗 传 算 法 和 混 沌 粒 子 群 算 法 进 行 优 化 来降 低 网 络 的 学 习 误 差,提 高 故 障 诊 断 的 容 错 性。文 献 中 提 出 了 一 种 基 于神 经 网 络 的 电 网 故 障诊 断 方 法,主 要 是 为 应 对 电 网 发 生 故 障 时 的 时 变 现 象。该 神 经 网 络 能 够 反 应 系 统 动 态
9、 性 能 并 能 保 存 相 关 数据,提 高 故 障 诊 断 的 准 确 性、实 时 性。上 述 模 型 为 提 高 电 网 故 障 诊 断 的 可 信 度,从 不 同角 度 出 发 建 模 并 取 得 了 一 些 成 果,但 却 忽 略 了 对 故 障后 继 电 保 护 系 统 的 评 价:继 电 保 护 系 统 动 作 评 价 有 着重 要 实 用 价 值,它 主 要 解 决 怎 样 能 提 高 调 度 中 心 信 号的 准 确 性 和 压 缩 报 警 信 息。通 过 评 价 可 获 知 哪 些保 护 以 及 断 路 器 存 在 拒 动、误 动 的 风 险,这 些 设 备 就 不能 再
10、继 续 投 入 运 行,及 时 维 护 或 者 替 换 这 些 保 护 设 备,有 利 于 电 力 系 统 可 靠 安 全 的 运 行。针 对 评 价 继 电 保 护 系 统 动 作 行 为,目 前 的 研 究 还比 较 少,文 献 中 在 诊 断 出 故 障 元 件 后,通 过 将 警报 信 息 与 电 网矩 阵 进 行 对 比 来 评 价 保 护 和 断 路 器的 动 作 逻 辑,但 该 方 法 无 法 对 不 正 确 动 作 的 发 生 进 行量 化。基 于 此,本 文 提 出 可 评 价 保 护 系 统 动 作 行 为 的 双重神 经 网 络 电 网 故 障 诊 断 模 型。该 模 型
11、 采 取 分 阶段 实 施 故 障 诊 断 的 方 法,第阶 段 可 根 据 数 据 采 集 与监 控 系 统(,)提 供 的 报 警 信 息 来 判 断 故 障 发 生 的 位 置,第阶 段 根 据 从系 统 接 收 的 报 警 信 息 以 及 第阶段 诊 断 出 的 故 障 元 件 来 量 化 评 价 保 护 系 统 的 动 作 行为,使 得 故 障 诊 断 系 统 功 能 更 完 善。算 例 仿 真 结 果 表明 了 该 改 进 模 型 的 正 确 性。神 经 网 络神 经 网 络,是 一 个 根 据 误 差 来 实 现算 法 训练 的 多 层 前 馈 型 神 经 网 络。目 前,作 为
12、 一 个 使 用 较 为成 熟 和 普 遍 的 人 工 神 经 网 络,它 能 够 建 立 起 由 输 入 到输 出 之 间 的 任 意 复 杂 的 非 线 性 映 射,泛 化 能 力 相 当强 大。神 经 网 络 一 般 由 含 有 若 干 个 神 经 元 的 输 入 层、输 出 层 以 及 一 个 或 多 个 隐 藏 层 组 成,层 间 通 过 神 经 元的 权 连 接 进 行 联 系。最 基 本、最 具 有 典 型 特 征 的神 经 网 络 如 图所 示,具 有层 网 状 结 构。神 经 网络 的 学 习 训 练 过 程 主 要 涉 及 网 络 的 正 向 传 播 和 反 向 调整个 部
13、 分:正 向 传 播 是 输 入 信 息 传 到 输 入 层,再 到 隐藏 层,最 后 传 到 输 出 层;若 正 向 传 播 计 算 的 输 出 与 期 望的 输 出 之 间 存 在 误 差,则 将 误 差 信 号 进 行 反 向 传 播,利用 梯 度 下 降 法 来 调 整 权 值 和 阈 值,直 到 输 出 满 足 要 求。这 样 当 学 习 训 练 过 程 完 成 后,就 可 获 得 一 个 稳 定 的 网络 结 构 和 相 对 应 的 连 接 权 值,就 可 一 次 又 一 次 地 对 未知 信 息 样 本 进 行 预 测。文 献 中 详 尽 地 介 绍 了神 经 网 络 的 学 习
14、 算 法。图 神 经 网 络 结 构双 重神 经 网 络 双 重神 经 网 络 故 障 诊 断 系 统 结 构电 网 的 故 障 诊 断 通 常 是 由系 统 提 供 保 护和 断 路 器 信 息,并 通 过 对 信 息 的 处 理 来 判 别 电 力 系 统中 故 障 元 件 位 置、故 障 类 型 和 保 护 系 统 不 正 确 动 作 的装 置。其 中,故 障 元 件 的 识 别 是 关 键,现 阶 段 基 于神 经 网 络 的 故 障 诊 断 模 型 大 部 分 都 是 以 此 为 目 标,专第卷注 提 高 元 件 是 否 故 障 的 可 信 度。故 障 诊 断 过 程 远 远 不只
15、识 别 故 障 元 件,及 时 判 别 不 正 确 动 作 的 保 护 装 置 也是 诊 断 环 节 中 不 可 缺 少 的 一 环。继 电 保 护 装 置 能 否 正 确、快 速 切 除 故 障,直 接 影 响着 电 力 系 统 的 稳 定 运 行,继 电 保 护 的 些 许 错 误,有 极 大可 能 对 电 网 的 稳 定 运 行 造 成 重 大 影 响,严 重 的 还 可 能会 造 成 系 统 崩 溃。及 时 评 价 保 护 系 统 动 作 行 为,就可 及 时 发 现 保 护 系 统 装 置 是 否 存 在 拒 动、误 动 的 风 险,让 相 关 人 员 尽 快 处 理 这 些 不 正
16、 常 的 继 电 保 护 装 置,使得 继 电 保 护 装 置 处 于 正 常 运 行 状 态,保 证 系 统 安 全 可靠 的 运 行。基 于 现 有 研 究 思 路,在 识 别 故 障 元 件,神 经 网络 故 障 诊 断 模 型 已 相 对 成 熟。本 文 将 在 此 基 础 上 采 取分 阶 段 诊 断 的 方 法 来 达 到 识 别 故 障 元 件、判 别 不 正 确动 作 装 置 的 目 的。诊 断 系 统 结 构 如 图所 示。图故 障 诊 断 系 统 结 构 在 实 时 故 障 诊 断 之 前,要 完 成 对 改 进 模 型 的 学 习、训 练。根 据 电 网 的 部 分 故
17、障 样 本 信 息,完 成 两 个神 经 网 络 模 块 的 学 习 训 练 过 程。其 中 第重神 经网 络 是 以 保 护 系 统 的 动 作 信 息 作 为 输 入(“”为 保 护或 断 路 器 动 作,“”为 未 动 作),故 障 元 件 信 息 作 为 输出(“”为 元 件 发 生 故 障,“”为 未 发 生)。第重神 经 网 络 是 以 保 护 系 统 动 作 信 息 以 及故 障 元 件 信 息 作 为 输 入,保 护 系 统 不 正 确 的 动 作 信 息作 为 输 出,为 可 区 分 保 护 系 统 动 作 行 为 的种 动 作 情况:正 确 动 作、误 动 和 拒 动,在
18、训 练 过 程 中,正 确 动 作 用“”表 示,误 动 用“”表 示,拒 动 用“”来 表 示。分 别 对 第、重神 经 网 络 进 行 训 练,可 得 到实 现 理 想 输 出 结 果 时 对 应 的 神 经 网 络 结 构 以 及 神 经 元之 间 的 连 接 权 值 和 阈 值。当 电 网 故 障 发 生 后,首 先 应 该 提 取系 统收 集 到 的 警 报 信 息,随 后 进 行 分 析 与 预 处 理:对 收 集 到的 警 报 信 息 进 行 分 组、归 并,将 其 转 换 为 诊 断 系 统 能 识别 的 二 进 制 数,其 中“”为 动 作 的 保 护 或 断 路 器 信 息
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- 评价 保护 系统 动作 行为 双重 神经网络 电网 故障诊断 模型
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