基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓開關(guān)選相控制器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種配用液壓機構(gòu)的SF6斷路器控制器，具體為一種基于人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)的高壓開關(guān)選相控制器及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 配液壓機構(gòu)的SF6斷路器廣泛應(yīng)用在220kV電壓等級及以上的高壓電網(wǎng)中。SF6 斷路器在進行分合閘操作時，容易產(chǎn)生很高的操作過電壓和涌流，例如在關(guān)合電容器組時， 斷路器接收合閘命令的時刻是隨機的，斷路器在合閘操作時其觸頭兩端電壓大多數(shù)情況下 不為零，觸頭之間在合閘瞬間會產(chǎn)生最大可達50倍穩(wěn)態(tài)值的高頻涌流，給電力系統(tǒng)和用戶 設(shè)備造成嚴(yán)重危害，解決這一問題的最佳方法是采用選相操作的方法。即選擇合理的電壓 /電流相位進行分/合閘操作。
[0003] 以并聯(lián)電容器組的操作為例，當(dāng)觸頭兩端電壓為零時合閘，涌流會大大減輕，理論 上涌流峰值只有穩(wěn)態(tài)值的1.6倍。當(dāng)斷路器分閘時，在電流過零熄滅時，如果保證觸頭間有 足夠的熄弧間距以承受恢復(fù)電壓，則重?fù)舸┑膸茁蕰@著降低。
[0004] 高壓選相開關(guān)可以選擇最有利的電壓/電流相位進行合/分閘操作以有效降低開 關(guān)操作對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊。高壓開關(guān)選相操作的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確預(yù)知其分/合閘動作時間， 然而高壓開關(guān)的動作時間受環(huán)境溫度、控制電壓、充氣壓力、機構(gòu)儲能水平以及操作間歇時 間（idletime)等多種因素影響。這些因素對開關(guān)動作時間的影響極其復(fù)雜且同時作用， 根本無法建立它們之間的解析表達式，而當(dāng)變化參數(shù)多于兩個時，用插值法進行描述也成 為不可能。目前業(yè)界通常的做法是采用插值法，只考慮對開關(guān)動作時間影響最大的兩個因 素一一環(huán)境溫度和控制電壓對動作時間的影響。然而這實在是舍棄控制精度的無奈之舉， 無法完全滿足工程實際的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓開關(guān)選相控制器及方法，利用人工神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)描述影響選相開關(guān)動作時間的諸多因素與開關(guān)動作時間之間的關(guān)系，滿足了工程實 際對高壓開關(guān)選相操作控制精度的要求。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] 一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓開關(guān)選相控制器，包括微控制器MCU以及與微控制 器MCU連接的電流/電壓過零點檢測模塊、控制電壓檢測模塊、溫度傳感器，以及通訊模塊； 所述電流/電壓過零點檢測模塊及控制電壓檢測模塊通過光耦與微控制器MCU連接，所述 微控制器通過通訊模塊獲取高壓選相開關(guān)的儲能水平及充氣壓力；當(dāng)控制器接到分/合閘 指令后，微控制器MCU通過相應(yīng)功能模塊獲取環(huán)境溫度、操作電壓、儲能水平、充氣壓力，以 及間歇時間，隨后，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算斷路器的分/合閘時間并據(jù)此計算出使開關(guān)操 作沖擊降至最小的最佳分/合閘指令發(fā)出時刻，最后當(dāng)捕捉到電壓/電流過零點后，等待 一段時間，該在分/合閘時刻發(fā)出分/合閘命令。
[0008] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述電流/電壓過零點檢測模塊的輸入端進一步連 接有霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器用以捕獲輸電系統(tǒng)的電壓和電流信號，進而獲得高 壓開關(guān)的過零點電壓/電流。
[0009] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用三層結(jié)構(gòu)，第一層為輸入層，包 括環(huán)境溫度、控制電壓、充氣壓力、儲能水平及間歇時間，第二層為隱層，采用高斯基函數(shù)作 為激活函數(shù)，第三層為輸出層，為分閘和合閘時間。
[0010] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述微控制器MCU的輸出端電連接有分合閘線圈驅(qū)動 模塊，用以控制高壓開關(guān)的動作。
[0011] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述微控制器MCU通過光耦連接分合閘線圈驅(qū)動模 塊。
[0012] 一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓開關(guān)選相控制器的控制方法，包括以下步驟：
[0013] (1)高壓開關(guān)發(fā)送分合閘命令給微控制器；
[0014] (2)微控制器采集環(huán)境溫度、控制電壓、充氣壓力、儲能水平及間歇時間，將該五個 參數(shù)作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，計算得出斷路器的固有合閘時間T。和分閘時間T。；
[0015] (3)根據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算得出的斷路器固有合閘時間T。和分閘時間T。計算斷 路器接收到電壓/電流過零點信號后需要等待的時間Tw;
[0016] (4)微控制器搜索到高壓開關(guān)的電壓/電流過零點信號后，等待1；時間，發(fā)送分閘 或合閘指令，控制高壓開關(guān)分/合與最佳之電壓/電流相位，使開關(guān)操作對電網(wǎng)的沖擊將至 最小。
[0017] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，分閘時的等待時間Tw根據(jù)公式Tw=N?T 計算；合閘時的等待時間Tw根據(jù)公式Tw=N?TZ_-T。計算，其中，N為正整數(shù)，T。為交流 的半波時間，Tarcing為期望的最佳燃弧時間。
[0018] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算斷路器的分/合閘時間的方法 為：
[0019] 第一層輸入層節(jié)點數(shù)N= 5,即有5個輸入變量，分別是環(huán)境溫度、控制電壓、充氣 壓力、儲能水平及間歇時間，用Xk(k= 1，2, 3, 4, 5)表示；第三層輸出層節(jié)點數(shù)M= 2,即有 2個輸出變量：分閘和合閘時間，用Yji=2)表示；第二層隱層采用高斯基函數(shù)作為激活 函數(shù)，其輸出用'(j=1，2,…，L)表示，L為隱含層節(jié)點數(shù)；隱含層函數(shù)采用高斯型徑向 基函數(shù)，并進行歸一化處理；假設(shè)P為樣本個數(shù)，給定輸入為％ (u=l，2，…，P)，隱含 層給定輸出為1^.(u=l，2,…，P)，輸出層給定輸出為K(u=l，2,…，P)，則隱含層 輸出為：其中，<=exp[-去為高斯型徑向基函數(shù)，Cjk= / -/=! ' 2±=1C j (4，(^2，...，(^，(^)1為隱含層節(jié)點基函數(shù)的中心，0^%隱含層節(jié)點基函數(shù)的寬度，^；為 歸一化的徑向基函數(shù)，N為正整數(shù)；
[0020] 輸出層節(jié)點的輸出為擴=1%^Wij為隱含層節(jié)點與輸出層節(jié)點之間的連接權(quán) 值。
[0021] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練按照以下步驟進行：
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