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

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

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)運行1～2小時，而不必立即跳閘，但為了防止故障進一步擴大成兩點或多點接地故障，應及時發(fā)出信號，及時消除故障。但在現(xiàn)場運行中，單一故障選線方法的準確度較低，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)絡是模擬人類生理上的神經(jīng)機制的計算模型，其中一種典型網(wǎng)絡，也是最為成熟的一種網(wǎng)絡為多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡又稱BP（Back propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡。BP網(wǎng)絡在電力系統(tǒng)的各個領域有了廣泛的應用，但在小電流接地選線中還沒有較為成熟的應用，這是由小電流接地選線的故障特點及 BP網(wǎng)絡容易陷入局部極小點以及學習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確率。

1 算法原理及網(wǎng)絡模型
　　遺傳算法[2]是一種新型的，根植于自然遺傳學和計算機科學的優(yōu)化方法。其本質是將優(yōu)勝劣汰、適者生存的原理及遺傳機理抽象出來，形成了一種非常使于計算機實現(xiàn)的算法。遺傳算法的計算過程是將實際的優(yōu)化問題編碼為染色體，實際問題的目標函數(shù)則用染色體的適應函數(shù)表示、在隨機產生一群染色體的基礎上，根據(jù)各染色體的適應函數(shù)進行繁殖、交叉、變異等遺傳操作，產生下一代染色體。適應函數(shù)值的大小決定了該染色體被繁殖的機率，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，將遺傳算法與BP網(wǎng)絡結合起來，不僅能發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡的泛化的映射能力，而且，使神經(jīng)網(wǎng)絡具有很快的收斂性以及較強的學習能力。遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡結合主要有兩種方式：一是用于網(wǎng)絡訓練，即學習網(wǎng)絡的連接權值；二是學習網(wǎng)絡的拓撲結構。本文主要將遺傳算法用于神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練。
　　BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型如圖1所示：BP網(wǎng)絡分輸入層、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系。信號在網(wǎng)絡中是單方向向前傳播的。

　　BP網(wǎng)絡的每一層連接權值都可以通過學習來調整，未經(jīng)遺傳優(yōu)化的BP網(wǎng)絡的權值調整請見參考文獻[1]。
　　在遺傳優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡中，層與層之間的連接權值用1、0表示，相連為1，不相連為0。在神經(jīng)網(wǎng)絡訓練時，首先列出神經(jīng)網(wǎng)絡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值編碼成二進制碼串表示的個體，隨機地生成這些碼串的群體，進行常規(guī)的遺傳算法優(yōu)化計算。將碼串解碼構成神經(jīng)網(wǎng)絡，計算所有訓練樣本通過此神經(jīng)網(wǎng)絡產生的平均誤差可以確定每個個體的適應度。具體過程見圖2。這樣，可以很好地解決神經(jīng)網(wǎng)絡容易陷入局部最小的問題，并且可以大大提高神經(jīng)網(wǎng)絡的學習能力。