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　　電力系統(tǒng)繼電保護是一門綜合性的學(xué)科，在繼電保護技術(shù)發(fā)展到數(shù)字化的今天，各種新原理和新技術(shù)在數(shù)字保護中得到了廣泛的應(yīng)用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)及自適應(yīng)能力，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到繼電保護領(lǐng)域成為研究的熱點，如果將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到實時控制領(lǐng)域，如繼電保護等方面由于它要求比較高的可靠性，所以在具體推向?qū)嶋H應(yīng)用的時候具有一定的難度，其中的困難主要反映在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的范化能力不夠，即訓(xùn)練出來的網(wǎng)絡(luò)不能保證100%的可靠性但是，從國內(nèi)外學(xué)者發(fā)表的論文來看，還是涌現(xiàn)出了大量的研究成果，如用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)距離保護，故障分類，故障定位等，并且己經(jīng)取得了比較好的效果；將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于發(fā)電機的保護，比較少見，如提出了基于差動原理的發(fā)電機定子繞組保護，它采用了兩個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，第一個用來做故障檢測，檢測發(fā)電機是處于正常、外部故障還是內(nèi)部故障狀態(tài)；另外一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用來做故障選相。輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的為發(fā)電機機端和中性點和轉(zhuǎn)子繞組的電流的連續(xù)5個采樣值提出了將計算出來的動作電流和制動電流的采樣值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，并利用基因算法來縮短網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練時間，取得了較好的效果。

　　由不同原理實現(xiàn)的發(fā)電機差動保護，在電力系統(tǒng)故障的時候表現(xiàn)行為是千差萬別的，特別是在電力系統(tǒng)發(fā)生短路性故障，系統(tǒng)處于暫態(tài)和CT飽和流為/d=IZv+Irl，制動電流為時，更是如此；即使相同的原理如比率制動式發(fā)電機差動保護，如果采用不同的數(shù)字濾波器和不同的算法，由于算法對諧波和直流分量的抑制效果不一樣，其在故障的時候表現(xiàn)的行為也不一樣，這就是電力系統(tǒng)保護從理論上應(yīng)100%正確動作，但是實際上正確動作率不高的原因由于繼電保護對保護裝置的基本要求就是可靠性，隨著電力系統(tǒng)裝機容量的不斷大，對裝置的可靠性要求也越來越高；因為電力系統(tǒng)運行情況千變?nèi)f化，現(xiàn)有的經(jīng)驗不可能涵蓋一切可能發(fā)生的故障，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于對以往經(jīng)驗學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上的自學(xué)習(xí)及自適應(yīng)原理，所以使電力系統(tǒng)的運行人員往往都不敢將其投入到實際系統(tǒng)中去運營，并且將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到保護中去后整定方式也和以往的經(jīng)驗不一樣，不能通過訓(xùn)練一個任意結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就完成了保護的整定過程，如何保證訓(xùn)練后的該網(wǎng)絡(luò)一定是可靠的呢，因此將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到實際保護中的關(guān)鍵問題是如何保證可靠性，本文基于以上問題，提出了一種基于常規(guī)保護原理的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)差動保護方案，將常規(guī)的比率差動保護原理和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理充分的結(jié)合，徹底解決了現(xiàn)場人員對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可靠性的擔(dān)1憂因為該保護是基于傳統(tǒng)的差動保護原理的，所以經(jīng)過訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)從可靠性上來講不會比傳統(tǒng)的保護差，并且容易從工程上得到實現(xiàn)2單神經(jīng)元比率制動特性的實現(xiàn)和分析2.1比率制動特性的差保護及單神經(jīng)元的實現(xiàn)原理比率制動特性的原理是傳統(tǒng)保護原理在數(shù)字保護上的改進，它的動作電流不是固定不變的，它隨著外部短路電流的大而大，所以能夠保證外部短路時保護不誤動，同時對內(nèi)部短路又具有較高的靈敏度它的動作特性如所示。

　　率制動區(qū)和速斷區(qū)，當(dāng)制動電流小于拐點電流Ig時動作電流為一個常數(shù)Iq啟動電流；當(dāng)制動電流大于拐點電流的時候，動作電流隨制動電流的長而沿著一條直線長；當(dāng)動作電流大于差動速斷電流時，反應(yīng)了故障情況嚴(yán)重，保護將無時延地動作出口。其動作方程如下：以流向發(fā)電機的方向為電流的正方向，差動電其中發(fā)電機中性點的二次CT電流為In，機端的二次CT電流為IT，曲線的拐點電流I，曲線的啟動電流Iq，曲線的斜率Ks以流入發(fā)電機為的電流正方向由以上動作方程可以分析得到，該方程實際上實現(xiàn)了一個模式分類器的功能，將/d和（/z-/g）組成的二維平面空間分成兩類：即動作區(qū)和不動作區(qū)。因為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模式識別方面具有很強的能力，所以以上分類特性曲線完全可以由一個單神經(jīng)元組成的感知器來實現(xiàn)在實際的保護整定中一般都是根據(jù)保護運行的經(jīng)驗，來決定該比率制動曲線的斜率Ks，在將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入差動保護后，以往整定的經(jīng)驗也將繼續(xù)發(fā)揮作用，如可以根據(jù)經(jīng)驗Ks值，作為該單神經(jīng)元的權(quán)系數(shù)的初始值。本實例實現(xiàn)并訓(xùn)練了一個由單神經(jīng)元實現(xiàn)的分類器，獲得差動特性的比率制動部分。

　　根據(jù)發(fā)電機差動保護的整定原則，需要整定差動保護的曲線拐點電流/g，曲線的啟動電流/q本次試驗通過常規(guī)差動保護的整定原則先將/g/q兩個參數(shù)固定，將動作電流和神經(jīng)元的連接權(quán)值固定設(shè)置為常數(shù)1，此時該單神經(jīng)元的參數(shù)就只剩下比率制動部分的曲線斜率Ks，再根據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練方法來尋找比率制動曲線的最佳斜率Ks，由所示可以看出，該感知器的輸出方程就是差動保護的比率制動部分的方程。更進一步的研究還應(yīng)該是/g和/q也通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程來獲取，并且網(wǎng)絡(luò)采用多層結(jié)構(gòu)，傳遞函數(shù)為非線性特性，以此獲得由于CT等二次回路設(shè)備誤差產(chǎn)生的不平衡電流特性曲線的最佳逼近，得到非線性的制動性能具有比率制動特性的單神經(jīng)元根據(jù)實際收集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和仿真的數(shù)據(jù)來構(gòu)成訓(xùn)練樣本，并通過一定學(xué)習(xí)算法來訓(xùn)練該單神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值Ks收斂到一個合適的值由現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)和仿真的數(shù)據(jù)可以得到很多個Ig）（記為知）及輸出的動作信號作為目標(biāo)組成的樣本對，由這些樣本對組成了該單神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的樣本空間。

　　2.2基于常規(guī)保護原理的感知器差動保護訓(xùn)練由可以看出，神經(jīng)元的輸入加權(quán)和為：傳遞函數(shù)/取為階躍函數(shù)，神經(jīng)元的輸出值為：定義單神經(jīng)元的誤差函數(shù)為：其中N為樣本數(shù)目；k代表某一個樣本。

　　由上式可以看出，當(dāng)樣本集確定以后，該單神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的誤差僅僅為比率制動系數(shù)的函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的過程就是通過樣本的學(xué)習(xí)，調(diào)整權(quán)值系數(shù)Ks使得誤差平方和函數(shù)達到最小。

　　根據(jù)感知器網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)規(guī)則可以得到：給定初始Ks值，可以根據(jù)常規(guī)保護的整定經(jīng)驗將初始Ks取為Q5；輸出t（導(dǎo)師信號，如果內(nèi)部故障，t= 1，如果外部故障或正常情況，t=0）；（5）計算神經(jīng)元的實際輸出；（8）修正Ks的值5）轉(zhuǎn)到2）直到Ks對一切樣本均穩(wěn)定不變?yōu)橹?單神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和仿真3.1學(xué)習(xí)樣本的獲取以三峽機組為例，構(gòu)造一個實際的發(fā)電機變壓器系統(tǒng)，參數(shù)如下所示。

　　實際的發(fā)電機變壓器組構(gòu)成圖分別模擬發(fā)電機的內(nèi)部各種相間短路故障，以及外部不同短路電抗的相間短路故障故障電流經(jīng)過二次CT傳變后，得到中性點側(cè)和機端的電流，然后計算得制動電流和動作電流的數(shù)據(jù)值樣本中同時還應(yīng)該包括發(fā)電機正常運行時的電流數(shù)據(jù)；考慮到實際的運行經(jīng)驗，還應(yīng)該把實際工程中用來整定差動保護的數(shù)據(jù)作為樣本放到樣本集合中去；更進一步的還應(yīng)把該發(fā)電機的歷次的故障錄波的電流數(shù)據(jù)加入到樣本集合中去。

　�。�1）外部相間短路的仿真在利用Matlab軟件仿真外部相間短路故障的時候，考慮到CT變比的離散性，變比設(shè)置大小可大致相等，但略微有一點差別，這樣就可以模擬二次回路的穩(wěn)態(tài)不平衡過程；考慮到暫態(tài)不平衡電流，設(shè)置CT的時間常數(shù)可以略微不一樣，這樣就可以模擬二次回路暫態(tài)不平衡過程；同時考慮到短路電流過大時CT會飽和，CT采用兩段折線特性的磁化特性來模擬CT的飽和。

　　（2）內(nèi)部匝間短路故障數(shù)據(jù)的獲取內(nèi)部短路故障數(shù)據(jù)由東南大學(xué)編制的多回路分析方法獲得故障條件：發(fā)電機空載運行沒有接入系統(tǒng)，也障的塍是比較的明顯在內(nèi)部爨和外截故障blis！定的物理意義使翻神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理的差動保護net機提供短路電流；同時還應(yīng)包括發(fā)電機聯(lián)入系統(tǒng)時，帶負荷情況下面的內(nèi)部短路故障數(shù)據(jù)；帶過渡電阻短路時候的故障數(shù)據(jù)以下列出了在不同條件下的故障情況：A相1分支和B相1分支的相間短路短路點從1平移到36；得到36組樣本數(shù)據(jù)；A相1分支和B相1分支之間的短路，A固定在中性點，B移動，得到36組數(shù)據(jù)；的短路，短路點從1平移到36，得到36組數(shù)據(jù)；間的短路，短路點從1平移到36，得到36組數(shù)據(jù)；中性點附近的帶電阻短路，電阻為0.誤差函數(shù)圖（橫軸為Ks）從樣本點的分布來看，內(nèi)部故障和外部故3.2訓(xùn)練結(jié)果選擇和分析當(dāng)神經(jīng)元訓(xùn)練完成后，因為網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值系數(shù)具有很明顯的物理意義，所以可根據(jù)訓(xùn)練的結(jié)果畫出該差動繼電器的動作特性，根據(jù)得到動作特性可以人工地評判網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果的好壞，如果訓(xùn)練的結(jié)果有明顯的問題，即與通常的運行經(jīng)驗不符，就拒絕接受；然后仔細分析訓(xùn)練樣本，查找樣本中有沒有明顯不良的數(shù)據(jù)樣本，使樣本集變成一個線性不可分的問題，把該不良樣本從樣本集合中剔除。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和保護的整定值對應(yīng)一致，人們可以分析它的訓(xùn)練結(jié)果以決定取舍，只有將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理與工程實際問題相互有機地結(jié)合，才能將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論知識運用到實際工程中去。從原理上來看，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種結(jié)構(gòu)互聯(lián)的思想，支配它的還是數(shù)學(xué)上的一些優(yōu)化方法不能僅僅通過一個任意結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得輸入輸出的非線性映射，并以此來獲該問題的解決方案，也就是說要解開神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值賦予一定的物理意義，把我們平常解決問題的方法中的參數(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值對應(yīng)起來，把這些參數(shù)的獲取歸結(jié)為一個訓(xùn)練過程，并能夠加以擴展和引伸，這樣就可以充分地利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和它的學(xué)習(xí)訓(xùn)練方法傳遞函數(shù)為階躍函數(shù)，也可以取線性函數(shù)或者非線性函數(shù)，但是采用不同的傳遞函數(shù)后可以得到不同的制動曲線，可以從數(shù)學(xué)上分析得到，采用階躍函數(shù)的單神經(jīng)元的制動曲線為線性的。采用上述結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值都給賦予了架構(gòu)在常規(guī)差動保護的原理之上，易于被現(xiàn)場人員接受可以看出，即使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)沒有經(jīng)過訓(xùn)練，由經(jīng)驗整定的初值也能保證該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)差動保護正常地工作，因為實際上它就是一個常規(guī)的比率制動特性的差動保護一旦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練收斂后，Ks的值將更加符合實際的情況如果更加進一步的改善神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，加隱層節(jié)點數(shù)，就可以得到非線性的制動曲線，使制動曲線更加接近于差動回路的不平衡電流我們都知道，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一個隱含層的神經(jīng)元就是代表了一個決策邊界，如果我們加隱含層的接點數(shù)，就類似于產(chǎn)生一個分段線性的比率制動曲線，經(jīng)過訓(xùn)練后網(wǎng)絡(luò)的決策邊界更加接近于CT二次回路的誤差曲線工程中比率制動特性的差動保護一般采用兩段特性的曲線，但也有采用三段式特性曲線的，第三段折線對防止CT飽和造成的差動保護誤動有一定的效果，且各種不同的制動曲線對于防止CT飽和所造成的差動保護誤動效果是不一樣的根據(jù)以上結(jié)論可以看出，如果我們采用由一條由人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)非線性制動曲線，對差動保護的性能將會更有明顯的提高。

　　4用多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的非線性制動特性的發(fā)電機差動保護以上單神經(jīng)元方案僅僅只是利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了比率制動特性的差動保護，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非常好的非線性映射能力，如果僅這樣利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就失去了實際的工程意義，充其量也只是用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法來獲取最佳的比率制動特性的保護，證明了將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和差動保護結(jié)合起來是可行的，并沒有用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的全部優(yōu)良的特性，所以進一步的研究就是利用多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的非線性制動特性的差動保護。

　　由上述單神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分析可知，加一個隱層的神經(jīng)元就相當(dāng)于加一個分類邊界，把神經(jīng)元的節(jié)點改為非線性傳遞函數(shù)，就相當(dāng)于把分類直線改為分類曲線，能強神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對問題的表達能力如實現(xiàn)了一個三層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)差動保護，其中第一個神經(jīng)元主要代表了無制動區(qū)；第二個中間神經(jīng)元主要代表相應(yīng)的制動區(qū)；第三個神經(jīng)元主要代表相應(yīng)的速斷區(qū)給權(quán)值賦予圖上所示的初值，并加入不等約束條件把權(quán)值限制在一定的區(qū)域由圖多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性制動曲線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法采用BP算法，但由于該網(wǎng)絡(luò)中因為某些權(quán)值代表了一定的物理意義，某些權(quán)值是固定不變的，并且相應(yīng)的權(quán)值具有一定的取值范圍，要受到實際經(jīng)驗的約束，如何將這些不等式約束條件加入到被定義的誤差函數(shù)中去，并且網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)的選取也需要進一步的研究，所以需要將通用的BP算法加以改進才能夠使甩今后將主要在這些方面展開進一步的研宄5結(jié)論文中首先分析了采用單神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的比率制動特性的縱差保護的可行性，并做了仿真試驗。從仿真試驗的結(jié)果可以看出，采用單神經(jīng)元感知器實現(xiàn)差動保護的比率制動特性是可行的，能夠獲得最佳的比率制動特性分析表明，將傳統(tǒng)保護原理中的具體參數(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)值對應(yīng)起來，把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值賦予一定的物理意義，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)良的訓(xùn)練算法獲得最佳的權(quán)值系數(shù)，由表2可以看出，由于負荷的不對稱導(dǎo)致10kV線路電流不對稱程度嚴(yán)重，如：支路1的B相電流為19.385AA相電流為12 673A，B相電流高于A相電流53%若按對稱潮流計算（表4）該支路的三相電流均為15.802A，此時B相實際電流可能高于該計算值22由表3可以看出三相潮流計算結(jié)果與實際測量值比較接近電流的計算值與實測值最大偏差為3.6%，最小偏差為1. 04*，平均偏差為3.28%此偏差程度可以由狀態(tài)估計得到校正。

　　5結(jié)論本文提出的配電網(wǎng)絡(luò)三相潮流計算方法的原理簡單、收斂穩(wěn)定、計算速度快，能夠滿足實時計算的要求實例研究表明在我國10kV配電線路中電流不對稱的情況嚴(yán)重，因此配電自動化SCADA中的實時潮流計算應(yīng)該采用三相潮流計算方法