人工神经网络在高压直流输电系统故障诊断中的应用研究

摘要

该课题所研究的高压直流输电系统故障诊断方法采用了人工神经网络技术,对换流站内所有交直流设备和直流输电系统的运行提供完整的控制、保护和监视,是用以保障系统的自动化运行,并提供调度功能的二次系统.论文基于神经网络的方法,提出并建立了一种用于高压直流输电系统故障诊断的模型,同时对神经网络已经在电力系统中的应用现状和用于故障诊断技术的可行性进行了讨论.首先,论文对目前存在的高压直流输电系统常见故障进行了简要介绍,并分析了其产生的原因和造成的危害,并根据目前高压直流输电工程可靠性的统计与分析,对目前所采用的直流输电系统故障诊断主要理论和方法进行了研究和比较.其次,论文对人工神经网络的理论基础知识进行了介绍,包括人工神经网络的发展应用、技术特点、基本结构、主要学习算法和典型模型,着重分析了RBF网络和自组织特征映射人工神经网络,并研究了Kohonen自组织特征映射网络的矢量量化算法.然后,基于课题研究的方法对电力系统仿真和神经网络算法的要求,对所用到的电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC进行了介绍,并对这一软件与MATLAB工具的结合与应用加以讨论.最后,论文对人工神经网络应用于高压直流输电系统故障诊断进行了仿真研究.论文分析了各种故障的形成机理和基本特点,并分别对单相对地短路故障、两相相间短路故障、两相同时对地短路故障、三相同时对地短路以及直流线路对地短路故障的情况逐一进行了仿真试验,为用于故障的识别的人工神经网络训练和学习提供了大最的样本.在神经网络的选取上,分别采用了RBF 网络和自组织映射神经网络,对样本进行了训练和测试.仿真试验的结果进一步突出了RBF网络和自组织映射网络在模式识别和分类方面具有各自的优势,而神经刚络在高压直流输电系统的故障诊断中具有相当大的应用潜力和前景.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外相关领域研究状况

1.2.1国外相关领域研究状况

1.2.2国内相关领域研究状况

1.3本课题的主要研究内容

1.4本章小节

第二章HVDC系统故障分析

2.1 HVDC系统概述

2.1.1 HVDC系统的发展及应用

2.1.2 HVDC系统的组成

2.1.3高压直流输电与高压交流输电方式的优缺点比较

2.2换流器的基本工作原理

2.3 HVDC系统常见故障

2.3.1常见故障种类及其影响

2.3.2桥臂短路

2.3.3换流桥直流母线短路

2.3.4换相失败

2.3.5误开通和不开通故障

2.4目前高压直流输电工程可靠性分析

2.5 HVDC系统故障诊断主要理论和方法

2.5.1故障诊断技术的发展

2.5.2故障诊断主要理论和方法

2.6本章小节

第三章人工神经网络基本原理与算法

3.1人工神经网络方法的发展和应用前景

3.2人工神经网络技术特点

3.3人工神经网络的基本结构

3.3.1神经元及其特性

3.3.2人工神经网络的基本类型

3.4人工神经网络的典型模型

3.5 RBF人工神经网络

3.6自组纵特征映射人工神经网络

3.6.1竞争型学习

3.6.2 Kohonen自组织特征映射网络

3.6.3学习矢量量化(LVQ)算法

3.7本章小节

第四章仿真软件介绍

4.1电磁暂态分析软件PSCAD/EMTDC

4.2基于PSCAD/EMTDC软件的直流输电系统仿真

4.2.1 PSCAD/EMTDC仿真主程序基本结构

4.2.2 PSCAD/EMTDC中直流输电系统

4.2.3六脉冲桥

4.2.4桥阀的关断逻辑

4.3 PSCAD/EMTDC与Matlab的接口

4.4本章小节

第五章人工神经网络在HVDC系统故障诊断中的仿真研究

5.1正常运行情况仿真

5.1.1整流器交流侧正常情况仿真

5.1.2直流线路正常情况仿真

5.1.3逆变器交流侧正常情况仿真

5.2交流线路短路故障仿真

5.2.1整流侧单相对地短路故障仿真(A相对地短路)

5.2.2逆变侧单相对地短路故障仿真(A相对地短路)

5.2.3相间短路故障仿真(整流侧AB相间短路)

5.2.4两相对地短路故障仿真(整流侧AB相同时对地短路)

5.2.5三相对地短路(整流侧ABC三相对地短路)

5.3直流线路短路故障仿真

5.3.1整流侧直流线路对地短路

5.3.2逆变侧直流线路对地短路

5.4基于神经网络的输电线故障类型识别

5.4.1故障特征的选取

5.4.2训练样本的确定

5.4.3期望的输出

5.4.4神经网络结构的确定

5.4.5神经网络的训练及检验

5.4.6两种神经网络以及LVQ算法的训练效果比较

5.5本章小节

结论

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的论文