一种基于神经网络的柔性直流配电网智能保护系统技术方案

一种基于神经网络的柔性直流配电网智能保护系统，将布置在直流配电网络的分布式发电侧、用户侧及线路的各个传感器采集到的电网数据，传送给信号采集模块后，将其转换为对应的数字信号传送到中央处理器进行分析处理，然后进行数据分类，进行信号特征提取，得到可以实时反映电网运行状态的信息，若是检测到故障信号，即进入实时数据库，并将专家数据库调用到实时数据库中，待诊断出故障类型种类后，采取相应的措施，控制执行系统的跳/合闸动作。本发明专利技术将适合复杂系统的人工智能技术与计算机技术结合，引入了神经网络，通过算法不断更新专家数据库，使对直流配电线路的故障诊断更加高效、准确、可靠，实现针对直流配电线路的智能保护，保障直流配电系统的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于神经网络的柔性直流配电网智能保护系统
本专利技术一种基于神经网络的柔性直流配电网智能保护系统，涉及电力系统中的直流系统故障检测技术与保护措施领域。
技术介绍
柔性直流配电网系统故障一直是电力系统中不容忽视的问题，其中，支路接地和两极间短路是直流系统中较为常见的故障，若不能及时找到并将其排除，在系统出现多点接地时，将造成直流电源短路或保护设备误动作，引起严重后果。目前，大多数直流系统故障保护装置或系统是建立在单片机的基础上实现的，但处于发展初期的柔性直流配电网，在柔性直流配电网系统保护方法而言还没有性能好、可靠性高的保护装置。现今，许多直流系统中仍使用基于交流系统设计制造的断路器来实现保护功能。不同于交流系统，直流电力系统中没有电流过零点，因此，在直流电力系统中采用传统的交流断路器分断直流电弧要困难很多，需要附加电路人工产生电流过零点来分断故障。为解决直流系统的保护问题，各种直流限流器、断路器受到了广泛的研究。当前直流配电线路的接地故障监测主要采用离线方式，即必须在系统断电情况下检测，且需要额外使用较为复杂庞大的仪器，如：在高阻下使用绝缘电阻检测仪或是在低阻下采用接地电阻检测仪进行直接测量，才能检测到线路的接地电阻。这种离线方式相较于成熟的交流输配电网中的继电保护的速动性、选择性、灵敏性、可靠性等优点，效果显得很不理想。因此，研发一种能够有效监测直流配电线路接地故障的系统，有效检测直流微网中发生的各类故障，及时将故障片区隔离在外，以确保直流系统的正常运行，对于提高柔性直流配电网系统保护装置的可靠性、准确率以及直流配网的安全运行具有重大意义。近年来被广泛研究的神经网络具有良好的鲁棒性、容错能力和抗扰动能力，基于神经网络的智能故障分类与线路保护技术不易受系统参数变化的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进现有技术存在的不足，提出一种针对柔性直流配电网中的电气设备及其外部用电设备的基于神经网络的柔性直流配电网智能保护系统，将适合复杂系统的人工智能技术与计算机技术结合，实现针对直流配电线路的智能保护，保障直流配电系统的安全稳定运行。本专利技术采取的技术方案为：一种基于神经网络的柔性直流配电网智能保护系统，包括数据采集与实时数据库系统、数据分析专家系统、执行系统。所述数据采集与实时数据库系统包括传感器模块、信号采集模块、中央处理器、实时数据库；传感器连接信号采集模块，信号采集模块连接中央处理器，中央处理器连接实时数据库。所述传感器模块包括磁场参数传感器、电压传感器、电流传感器、电场参数传感器；电压传感器、电流传感器布置在直流配电网络的分布式发电侧、用户侧及线路的各个环节；磁场参数传感器、电场参数传感器设置在电气设备周围。信号采集模块采集到传感器模块传送的直流配电网络数据后，转换为相应的数字信号，传送到中央处理器进行信号预处理，然后进行数据分类、信号特征提取，得到可以实时反映电网运行状态的信息，然后进入实时数据库。所述数据分析专家系统由神经网络构成的专家数据库、计算机组成，该系统包括网络拓扑算法、系统优化规划理论，通过人工神经网络，进行推理和判断，模拟人类专家作决策的过程，数据分析专家系统在实时数据库里提取到信息以后，马上对线路故障的状态进行判断，然后调用各种专家数据库进行比对运算，然后推理判断，最后得出一系列的决策信息；所述执行系统接受数据分析专家系统的决策指令后，迅速按照指令安排的各种操作及其一定的操作顺序执行操作，包括重新设置各种继电器、限流装置等保护器件的整定值，开关跳闸、合闸，从而实现网络的重构，以及重构后启动针对新网络的保护。所述信号采集模块采用电能测量芯片CS5463，用于接收电压传感器、电流传感器、磁场参数传感器、电场参数传感器传输的模拟信号，再将其转换为对应的数字信号。所述中央处理器采用SITRASDPU96处理器，其安装在每个馈线柜低压室，当发生故障，其接收到信号采集模块传送过来的故障信号后，对配电网络的状态进行判断与分析，然后调用实时数据库。所述实时数据库用于中央处理器与数据分析专家系统的对接，即中央处理器和数据分析专家系统组成一个相互交流的平台，当实时数据库接收到中央处理器传送过来的故障信号后，实时数据库会马上调取各种专家数据库，在此平台进行比对、分析、判断与推理过程。所述执行系统包括断路器，执行系统通过无线通讯模块连接中央处理器，中央处理器通过无线通讯模块发送信号给执行系统，执行系统控制相应断路器的动作。一种基于神经网络的柔性直流配电网智能保护方法，将布置在直流配电网络的分布式发电侧、用户侧及线路的各个传感器采集到的电网数据，传送给信号采集模块后，将其转换为对应的数字信号传送到中央处理器进行分析处理，然后进行数据分类，进行信号特征提取，得到可以实时反映电网运行状态的信息，若是检测到故障信号，即进入实时数据库，并将专家数据库调用到实时数据库中，待诊断出故障类型种类后，采取相应的措施，控制执行系统的跳/合闸动作。本专利技术一种基于神经网络的柔性直流配电网智能保护系统，将适合复杂系统的人工智能技术与计算机技术结合，引入了神经网络，通过算法不断更新专家数据库，使对直流配电线路的故障诊断更加高效、准确、可靠，实现针对直流配电线路的智能保护，保障直流配电系统的安全稳定运行。附图说明图1为柔性柔性直流配电网智能保护系统结构框图。图2为直流配电线路故障处理流程图。图3为直流配电系统拓扑结构图。图4为人工神经网络的结构图；其中11-跳闸信号，12-整定值调整信号，13-合闸信号。具体实施方式下面结合实施例及附图表，对本专利技术做进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。一种基于神经网络的柔性直流配电网智能保护系统，包括数据采集与实时数据库系统、数据分析专家系统、执行系统。数据采集与实时数据库系统是用于电力系统状态的监测及测量，以传感器为主要元件构成，将其布置在配电网络的分布式发电侧、用户侧及线路的各个环节。主要应用到的传感器有电压传感器3，电流传感器4，和针对电气设备周围存在的电磁场测量的电场参数传感器5、磁场参数传感器2等。这些传感器采集了电网各个点包括分布式能源并网侧、用户侧及线路的数据后，传送到中央处理器7进行一些信号的预处理，包括降噪、去杂、抗干扰等，然后进行数据分类，进行信号特征提取，包括时域、频域分析，得到可以实时反映电网运行状态的信息，然后进入实时数据库8，形成智能保护系统的下一个环节地实现的数据基础。数据采集与实时数据库系统主要由各种传感器、信号采集模块6、中央处理器7、实时数据库8四个部分构成。其中，信号采集模块6采用电能测量芯片CS5463：具有高精度、高性价比、功耗低的特性。用于接收电压传感器3、电流传感器4、磁场参数传感器2传输的模拟信号，再将其转换为对应的数字信号。其电能测量芯片CS5463包含两路及以上的模数转换通道，本专利技术中采用三条模数转换通道的CS5463，分别对应于电压传感器3、电流传感器4和磁场参数传感器2的接入，从而保证了对三个模拟信号采样的同步性，避免了因某一个采样值采样延迟导致的电网运行参数计算的延迟和错误。中央处理器7采用SITRASDPU96，具有高精度、高性价比、高可靠性等特性。其作为直流保护方面的微控制器系统，带有集成自动测试和自动重合闸的功能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于神经网络的柔性直流配电网智能保护系统，包括数据采集与实时数据库系统、数据分析专家系统、执行系统；其特征在于：所述数据采集与实时数据库系统包括传感器模块、信号采集模块(6)、中央处理器(7)、实时数据库(8)；传感器连接信号采集模块(6)，信号采集模块(6)连接中央处理器(7)，中央处理器(7)连接实时数据库(8)；所述传感器模块包括磁场参数传感器(2)、电压传感器(3)、电流传感器(4)、电场参数传感器(5)；电压传感器(3)、电流传感器(4)布置在直流配电网络(1)的分布式发电侧、用户侧及线路的各个环节；磁场参数传感器(2)、电场参数传感器(5)设置在电气设备周围；信号采集模块(6)采集到传感器模块传送的直流配电网络(1)数据后，转换为相应的数字信号，传送到中央处理器(7)进行信号预处理，然后进行数据分类、信号特征提取，得到可以实时反映电网运行状态的信息，然后进入实时数据库(8)；所述数据分析专家系统由神经网络构成的专家数据库(9)、计算机(10)组成，该系统包括网络拓扑算法、系统优化规划理论，通过人工神经网络，进行推理和判断，模拟人类专家作决策的过程，数据分析专家系统在实时数据库(8)里提取到信息以后，马上对线路故障的状态进行判断，然后调用各种专家数据库(9)进行比对运算，然后推理判断，最后得出一系列的决策信息；所述执行系统接受数据分析专家系统的决策指令后，迅速按照指令安排的各种操作及其一定的操作顺序执行操作，包括重新设置各种继电器、限流装置等保护器件的整定值，开关跳闸、合闸。...

【技术特征摘要】
1.一种基于神经网络的柔性直流配电网智能保护系统，包括数据采集与实时数据库系统、数据分析专家系统、执行系统；其特征在于：所述数据采集与实时数据库系统包括传感器模块、信号采集模块(6)、中央处理器(7)、实时数据库(8)；传感器连接信号采集模块(6)，信号采集模块(6)连接中央处理器(7)，中央处理器(7)连接实时数据库(8)；所述传感器模块包括磁场参数传感器(2)、电压传感器(3)、电流传感器(4)、电场参数传感器(5)；电压传感器(3)、电流传感器(4)布置在直流配电网络(1)的分布式发电侧、用户侧及线路的各个环节；磁场参数传感器(2)、电场参数传感器(5)设置在电气设备周围；信号采集模块(6)采集到传感器模块传送的直流配电网络(1)数据后，转换为相应的数字信号，传送到中央处理器(7)进行信号预处理，然后进行数据分类、信号特征提取，得到可以实时反映电网运行状态的信息，然后进入实时数据库(8)；所述数据分析专家系统由神经网络构成的专家数据库(9)、计算机(10)组成，该系统包括网络拓扑算法、系统优化规划理论，通过人工神经网络，进行推理和判断，模拟人类专家作决策的过程，数据分析专家系统在实时数据库(8)里提取到信息以后，马上对线路故障的状态进行判断，然后调用各种专家数据库(9)进行比对运算，然后推理判断，最后得出一系列的决策信息；所述执行系统接受数据分析专家系统的决策指令后，迅速按照指令安排的各种操作及其一定的操作顺序执行操作，包括重新设置各种继电器、限流装置等保护器件的整定值，开关跳闸、合闸。2.根据权利要求1所述一种基于神经网络的柔性直流配电网智能保护系统，其特征在于：信号采集模块(6)采用电能测量芯片CS5463，用于接收电压传感器(3)、电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：马辉，熊舟，程江洲，鄢圣阳，朱偲，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42