遺傳優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在小電流接地系統(tǒng)故障選線中的應(yīng)用

如何準(zhǔn)確地檢測出故障線路一直是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的重要研究課題。本文將遺傳優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到故障選線中，并將多種電氣量綜合，進(jìn)行故障選線。相比于以往的判別方法，此法大大提高了故障選線的準(zhǔn)確性。
　　關(guān)鍵詞：故障選線 遺傳算法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

Fault line selection in small current grounding power system with the artificial neutral network optimized by genetic algorithmic

Dou Hongji Yao Tingting Liu Linxing

(Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094)

　　ABSTRACT：How to detect the fault line quickly and accurately is an important subject in electronic system protective relaying. In this paper, with the using of artificial neutral network optimized by Genetic Algorithmic and fusing all kinds of fault information the veracity of the fault line selection in small current grounding power system has great improved.
　　KEYWORD：Fault feeder detection Genetic algorithmic—GA Artificial neutral network－ANN

0 引言
　　小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，由于故障點(diǎn)的電流很小，而且三相之間的線電壓仍然保持對稱，在一般情況下，都允許再繼續(xù)運(yùn)行1～2小時，而不必立即跳閘，但為了防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地故障，應(yīng)及時發(fā)出信號，及時消除故障。但在現(xiàn)場運(yùn)行中，單一故障選線方法的準(zhǔn)確度較低，原因在于：小電流接地系統(tǒng)零序阻抗大，并受故障接地過渡阻抗的影響，故障電流小，故障線路與非故障線路的區(qū)別不明顯；受各種干擾因素的影響，故障選線裝置測量到的故障特征量(如零序電流、零序功率方向等)具有很大的模糊性和不確定性。
　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬人類生理上的神經(jīng)機(jī)制的計算模型，其中一種典型網(wǎng)絡(luò)，也是最為成熟的一種網(wǎng)絡(luò)為多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)又稱BP（Back propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。BP網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)的各個領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，但在小電流接地選線中還沒有較為成熟的應(yīng)用，這是由小電流接地選線的故障特點(diǎn)及 BP網(wǎng)絡(luò)容易陷入局部極小點(diǎn)以及學(xué)習(xí)能力有限所共同決定的。針對此問題，本文提出將遺傳優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于故障選線中，通過對故障時的各種特征量的綜合判別，來大幅度提高故障選線的準(zhǔn)確率。

1 算法原理及網(wǎng)絡(luò)模型
　　遺傳算法[2]是一種新型的，根植于自然遺傳學(xué)和計算機(jī)科學(xué)的優(yōu)化方法。其本質(zhì)是將優(yōu)勝劣汰、適者生存的原理及遺傳機(jī)理抽象出來，形成了一種非常使于計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的算法。遺傳算法的計算過程是將實(shí)際的優(yōu)化問題編碼為染色體，實(shí)際問題的目標(biāo)函數(shù)則用染色體的適應(yīng)函數(shù)表示、在隨機(jī)產(chǎn)生一群染色體的基礎(chǔ)上，根據(jù)各染色體的適應(yīng)函數(shù)進(jìn)行繁殖、交叉、變異等遺傳操作，產(chǎn)生下一代染色體。適應(yīng)函數(shù)值的大小決定了該染色體被繁殖的機(jī)率，從而反映了適者生存的原理。
　　遺傳算法能夠收斂到全局最優(yōu)解，而且遺傳算法的魯棒性強(qiáng)，將遺傳算法與BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，不僅能發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化的映射能力，而且，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很快的收斂性以及較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合主要有兩種方式：一是用于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，即學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值；二是學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文主要將遺傳算法用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練。
　　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示：BP網(wǎng)絡(luò)分輸入層、隱含層和輸出層，層與層之間采用全互連方式，在同一層單元之間不存在連接關(guān)系。信號在網(wǎng)絡(luò)中是單方向向前傳播的。

　　BP網(wǎng)絡(luò)的每一層連接權(quán)值都可以通過學(xué)習(xí)來調(diào)整，未經(jīng)遺傳優(yōu)化的BP網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值調(diào)整請見參考文獻(xiàn)[1]。
　　在遺傳優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，層與層之間的連接權(quán)值用1、0表示，相連為1，不相連為0。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時，首先列出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所有可能存在的神經(jīng)元，將這些神經(jīng)元所有可能存在的連接權(quán)值編碼成二進(jìn)制碼串表示的個體，隨機(jī)地生成這些碼串的群體，進(jìn)行常規(guī)的遺傳算法優(yōu)化計算。將碼串解碼構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，計算所有訓(xùn)練樣本通過此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的平均誤差可以確定每個個體的適應(yīng)度。具體過程見圖2。這樣，可以很好地解決神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容易陷入局部最小的問題，并且可以大大提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力。