基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法
【專利摘要】一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法，故障發(fā)生后，終端對實(shí)時(shí)測得的零序暫態(tài)電流運(yùn)用暫態(tài)能量法、小波法、首半波法提取特征向量上傳給主站，輸入到經(jīng)訓(xùn)練后得到權(quán)重參數(shù)的極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，主站啟動(dòng)多信息融合定位算法并輸出區(qū)段定位結(jié)果。由于安裝在線路多個(gè)位置的終端能夠?qū)崟r(shí)檢測到暫態(tài)零序電流信號(hào)，使基于暫態(tài)信息的區(qū)段定位方法能夠應(yīng)用于實(shí)際工程中。該方法受接地位置、接地時(shí)刻、接地過渡電阻等因素的影響較小，利用極限學(xué)習(xí)機(jī)智能融合，對故障后零序電流暫態(tài)信息進(jìn)行綜合分析，融合各種算法以達(dá)到互補(bǔ)的效果。既消除單一定位方法的固有缺陷，又可以充分利用暫態(tài)零序電流特征，準(zhǔn)確確定故障區(qū)段，終端間距越小，定位越準(zhǔn)確。
【專利說明】基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種配電網(wǎng)單相接地故障的區(qū)段定位方法，適用于3?60kV中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)，能夠在單相接地故障發(fā)生時(shí)，準(zhǔn)確定位故障區(qū)段。
【背景技術(shù)】
[0002]小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后需要盡快選出故障線路，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，選線問題已經(jīng)得到了很好的解決，技術(shù)成熟，現(xiàn)有裝置可靠性高。選出故障線路后，需要進(jìn)一步找出故障點(diǎn)所在的區(qū)段，也就是區(qū)段定位問題。
[0003]利用暫態(tài)量定位相比傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分量，故障特征明顯，且可以有效克服消弧線圈的影響。因此利用暫態(tài)量的定位方法優(yōu)于穩(wěn)態(tài)量。隨著終端硬件平臺(tái)的工作能力不斷強(qiáng)大，對暫態(tài)過程的采樣與分析已成為可能。
[0004]極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)是近幾年提出的一種新型單隱層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。具有與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相同的全局逼近性質(zhì)，但其網(wǎng)絡(luò)輸出權(quán)值和隱層神經(jīng)元偏移量是隨機(jī)生成的，只需要設(shè)置隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，由最小二乘法得出輸出權(quán)重即可產(chǎn)生唯一最優(yōu)解。ELM相比傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，具有訓(xùn)練誤差小、泛化性能強(qiáng)、訓(xùn)練速度快等優(yōu)點(diǎn)，目前尚未應(yīng)用到小電流接地系統(tǒng)區(qū)段定位的研究中。
[0005]現(xiàn)有定位方法通常利用單一的故障信息進(jìn)行定位，實(shí)際運(yùn)行時(shí)準(zhǔn)確性低，難以滿足現(xiàn)場需求。目前現(xiàn)場有三種方法進(jìn)行自動(dòng)定位，第一種方法是從PT注入高頻信號(hào)，沿線路檢測該信號(hào)確定故障位置，但是由于線路分布電容對高頻信號(hào)形成通路，因此在經(jīng)電阻接地時(shí)定位不準(zhǔn)確。第二種方法是利用故障指示器的方法，由于故障指示器只能測量相電流，不能測量零序電流，所以對于短路故障效果較好，但是對于單相接地故障定位準(zhǔn)確率很低。第三種方法是安裝內(nèi)置CT的智能開關(guān)，雖然該方法可以測量零序電流，但是市場上運(yùn)行的終端和主站算法簡單，僅僅判斷穩(wěn)態(tài)零序電流是否超過定值，對于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)定位正確率很低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法。該方法充分利用故障后暫態(tài)零序電流特征，故障發(fā)生后，終端對實(shí)時(shí)測得的零序暫態(tài)電流運(yùn)用暫態(tài)能量法、小波法、首半波法提取特征向量上傳給主站，輸入到經(jīng)訓(xùn)練后得到權(quán)重參數(shù)的極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，主站啟動(dòng)多信息融合定位算法并輸出區(qū)段定位結(jié)果。本申請適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，適用于金屬性接地、經(jīng)高阻接地、經(jīng)過渡電阻接地等多種故障情況。
[0007]本申請的技術(shù)方案如下。
[0008]一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法，其特征在于:線路故障發(fā)生后，安裝在線路上的終端對實(shí)時(shí)測得的暫態(tài)零序電流運(yùn)用暫態(tài)能量法、小波法、首半波法提取特征向量上傳給主站，輸入到經(jīng)訓(xùn)練后得到權(quán)重參數(shù)的極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)對故障進(jìn)行定位，輸出線路的故障區(qū)段定位結(jié)果。
[0009]一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
[0010](I)安裝在線路多個(gè)位置的終端實(shí)時(shí)檢測安裝位置處的暫態(tài)零序電流；
[0011](2)當(dāng)任一終端檢測的零序電壓幅值超過預(yù)設(shè)的啟動(dòng)值后，所有終端立刻準(zhǔn)確捕捉零序電壓超過啟動(dòng)值前I個(gè)周期和超過啟動(dòng)值后2個(gè)周期的暫態(tài)零序電流信號(hào)；
[0012](3)各終端運(yùn)用暫態(tài)能量法、小波法、首半波法對3個(gè)周期的暫態(tài)零序電流信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，分別提取出各算法的零序電流特征數(shù)據(jù)，并將其上傳給主站；
[0013](4)主站接收到各終端傳來的各算法的暫態(tài)零序電流信號(hào)后，根據(jù)提取的零序電流特征數(shù)據(jù)確定極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)；
[0014](5)訓(xùn)練極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)網(wǎng)絡(luò)，選各條線路發(fā)生金屬性接地、經(jīng)高阻接地、在B相電壓相角為0°、30°、45°、60°、90°時(shí)分別發(fā)生過渡電阻為200 Ω、400 Ω、2000 Ω、4000 Ω的間歇性弧光接地后通過步驟(3)得到的各算法暫態(tài)零序電流特征數(shù)據(jù)作為極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)的訓(xùn)練樣本的輸入向量Xi, i=l，2，".Ν，Ν為輸入樣本數(shù)，訓(xùn)練樣本的輸出向量為yj; j=l, 2，…m，m表示區(qū)段數(shù)，y」為O或1，0表示非故障區(qū)段，I表示故障區(qū)段；訓(xùn)練完成后，保存輸出權(quán)重;
[0015](6)將現(xiàn)場實(shí)際故障特征數(shù)據(jù)作為實(shí)際輸入樣本用訓(xùn)練后的極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位，網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果即為現(xiàn)場實(shí)際故障的區(qū)段定位結(jié)果。
[0016]本發(fā)明還進(jìn)一步優(yōu)選以下技術(shù)方案:
[0017]在步驟(4)中確定極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)包括以下內(nèi)容:
[0018]①確定輸入輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)
[0019]極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)P就是η個(gè)終端檢測到的上述3類特征數(shù)據(jù)，即輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)Ρ=3η ；
[0020]極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本的輸出向量為m個(gè)區(qū)段的定位結(jié)果yj;其中，j=l，2，…m，y」為O或I ;
[0021]②確定隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)
[0022]隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式確定:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法，其特征在于:線路故障發(fā)生后，安裝在線路上的終端對實(shí)時(shí)測得的暫態(tài)零序電流運(yùn)用暫態(tài)能量法、小波法、首半波法提取特征向量上傳給主站，輸入到經(jīng)訓(xùn)練后得到權(quán)重參數(shù)的極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)對故障進(jìn)行定位，輸出線路的故障區(qū)段定位結(jié)果。
2.一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (O安裝在線路多個(gè)位置的終端實(shí)時(shí)檢測安裝位置處的暫態(tài)零序電流； (2)當(dāng)任一終端檢測的零序電壓幅值超過預(yù)設(shè)的啟動(dòng)值后，所有終端立刻準(zhǔn)確捕捉零序電壓超過啟動(dòng)值前I個(gè)周期和超過啟動(dòng)值后2個(gè)周期的暫態(tài)零序電流信號(hào)； (3)各終端運(yùn)用暫態(tài)能量法、小波法、首半波法對3個(gè)周期的暫態(tài)零序電流信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，分別提取出各算法的零序電流特征數(shù)據(jù)，并將其上傳給主站； (4)主站接收到各終端傳來的各算法的暫態(tài)零序電 流信號(hào)后，根據(jù)提取的零序電流特征數(shù)據(jù)確定極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)； (5)訓(xùn)練極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)網(wǎng)絡(luò)，選各條線路發(fā)生金屬性接地、經(jīng)高阻接地、在B相電壓相角為O。、30°、45°、60°、90°時(shí)分別發(fā)生過渡電阻為200 Ω、400 Ω、2000 Ω、4000 Ω的間歇性弧光接地后通過步驟(3)得到的各算法暫態(tài)零序電流特征數(shù)據(jù)作為極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)的訓(xùn)練樣本的輸入向量Xi，i=l，2，…N，N為輸入樣本數(shù)，訓(xùn)練樣本的輸出向量為yj;j=l, 2，…m，m表示區(qū)段數(shù)，&為O或1，0表示非故障區(qū)段，I表示故障區(qū)段；訓(xùn)練完成后，保存輸出權(quán)重β i ; (6)將現(xiàn)場實(shí)際故障特征數(shù)據(jù)作為實(shí)際輸入樣本用訓(xùn)練后的極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位，網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果即為現(xiàn)場實(shí)際故障的區(qū)段定位結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法，其特征在于: 在步驟(3)中各終端利用暫態(tài)能量法提取的特征數(shù)據(jù)為暫態(tài)能量數(shù)值比，暫態(tài)能量法為提取故障發(fā)生后一個(gè)周期內(nèi)零序電壓以及暫態(tài)零序電流取乘積求和，即: 8 = Συο.^(I)
η 其中S表示各終端的暫態(tài)能量值，η表示一個(gè)周期內(nèi)采樣數(shù)； 定義第i個(gè)終端的暫態(tài)能量值Si與所有終端暫態(tài)能量絕對值總和Ss的比SiZSz為暫態(tài)能量數(shù)值比，其中，暫態(tài)能量值Si含極性，即其值有正負(fù)之分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法，其特征在于: 在步驟(3)中各終端利用小波法提取的特征數(shù)據(jù)為小波幅值比，對故障線路上各終端暫態(tài)零序電流信號(hào)根據(jù)mallet算法將頻率二分為高頻細(xì)節(jié)分量和低頻近似分量，提取250-500HZ的高頻細(xì)節(jié)分量進(jìn)行重構(gòu)，定義250-500HZ頻帶總能量為: =Eki0(^)J2(2)
η 式中:ε i為第i終端250-500HZ頻帶總能量，ω,) (η)為第(1，k)子頻帶下單節(jié)點(diǎn)重構(gòu)后的重構(gòu)系數(shù)，小波包分解后共有k個(gè)子頻帶數(shù)，I表示k個(gè)子頻帶數(shù)中第I個(gè)子頻帶，η表示250-500ΗΖ范圍內(nèi)頻帶總數(shù)； 定義第i終端250-500ΗΖ頻帶總能量ε i與所有終端在該頻帶下總能量總和ε Σ的比ε J ε Σ為小波幅值比。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法，其特征在于: 在步驟(3)中各終端利用首半波法提取的特征數(shù)據(jù)為首半波幅值比，取故障發(fā)生后前半個(gè)周期的零序電流信號(hào)，采樣頻率為4kHZ，將第i終端提取的首半波幅值Ii與所有終端首半波幅值的絕對值總和I Σ的比IiA [定義為首半波幅值比。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或5所述的基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法，其特征在于: 在步驟(4)中確定極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)包括以下內(nèi)容: ①確定輸入輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù) 極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)P就是η個(gè)終端檢測到的上述3類特征數(shù)據(jù)，即輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)Ρ=3η ； 極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本的輸出向量為m個(gè)區(qū)段的定位結(jié)果yj;其中，j=l，2，…m，yj為O或I ; ②確定隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù) 隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式確定:
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的多信息融合區(qū)段定位方法，其特征在于: 在步驟(5)中訓(xùn)練ELM網(wǎng)絡(luò)包括以下步驟: ①給定數(shù)據(jù)集Z={ Cxi, tj)Xi e Rn, tj e Rm，i=l，2，…N，j=l，2，…m}作為訓(xùn)練輸入樣本，將各終端在各種接地故障下的暫態(tài)零序電流特征數(shù)據(jù)讀入訓(xùn)練樣本的輸入向量Xi, tj為訓(xùn)練樣本實(shí)際輸出值； ②設(shè)定初始隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)L和訓(xùn)練輸入樣本數(shù)量N，極限學(xué)習(xí)機(jī)算法通過訓(xùn)練輸入樣本訓(xùn)練單隱層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，確定網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重參數(shù)，實(shí)際樣本選取現(xiàn)場實(shí)際故障；③隨機(jī)選擇輸入連接權(quán)值％和隱含層節(jié)點(diǎn)偏移值bi;選擇激活函數(shù)為sigmoid函數(shù):

IΦ) = -~—⑷
I + e ④計(jì)算隱含層節(jié)點(diǎn)輸出矩陣H，按照公式:
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK103941156SQ201410152641
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】齊鄭, 張慧汐, 饒志, 李志 , 李硯, 蔡志偉 申請人:華北電力大學(xué), 北京丹華昊博電力科技有限公司