基于ANFIS的电气线路老化程度在线辨识系统及方法技术方案

基于ANFIS的电气线路老化程度在线辨识系统及方法，该系统包括线路老化程度影响因子信号采集单元、线路老化程度计算单元、计算单元的模型参数学习单元和警报控制单元。线路老化程度计算单元包括信号接收模块、参数修正模块和老化程度计算模块，计算单元的模型参数学习单元包括回报函数计算网络模块、动作评价子网络模块和贪婪动作决策子网络模块。线路老化程度影响因子信号采集单元、线路老化程度计算单元和警报控制单元依次连接；计算单元的模型参数学习单元输入与线路老化程度计算单元输出连接，输出与线路老化程度计算单元输入连接。通过采用ANFIS泛化电气线路各参数关系并在线实时计算老化程度，提高了计算的准确性和效率，保障了电气线路的安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于ANFIS的电气线路老化程度在线辨识系统及方法
本专利技术涉及电力线路自动检测
，特别是一种基于ANFIS的电气线路老化程度在线辨识系统及方法。
技术介绍
随着我国经济的发展和社会的进步，居民和工业用电的需求越来越大，对电网可靠性的要求也越来越强，用电设备的运行应用情况也越来越复杂，且大部分的电力线路的线缆布置于地下或房间相对比较隐蔽的地方，使得其运行中发生的缺陷和老化等不易被发现和测量，而线缆老化使得电线的绝缘层失去绝缘及保护，可能导致电流泄露甚至是线路短路引起火灾。现有的判断电气线路的线缆老化或依靠人工观察判断，或使用兆欧表等普通仪表进行人工离线检测，或通过电力线路的实时温度进行检测，或通过破坏性试验等方法对绝缘老化问题进行评估，例如中国专利CN107942226A公开的一种线路板老化检验箱、中国专利CN110806525A公开了一种隐蔽工程电力线路老化检测系统等。然而上述现有的方法检测结果存在较大主观误差以及需要相关评估人员具备一定的专业知识等问题，或存在对试验仪器设备要求较高、操作耗时费力以及电气线路老化隐患不能及时发现预警等问题。因此，如何实现电气线路老化程度在线检测和实时提醒是现阶段亟需解决的的问题。基于自适应神经网络的模糊推理系统(AdaptiveNetwork-basedFuzzyInferenceSystem，ANFIS)将神经网络与模糊推理有机的结合起来，采用反向传播算法和最小二乘法的混合算法调整前提参数和结论参数，既发挥了神经网络与模糊推理的优点，又弥补了各自的不足，具有很好的自调整、自适应、自组织、自学习能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种基于ANFIS的电气线路老化程度在线辨识系统及方法。本专利技术的技术方案是：基于ANFIS的电气线路老化程度在线辨识系统，包括线路老化程度影响因子信号采集单元、线路老化程度计算单元、计算单元的模型参数学习单元和警报控制单元。所述线路老化程度影响因子信号采集单元包括剩余电流传感器、负荷电压传感器、温度传感器和湿度传感器，用于实时采集电气线路的剩余电流、负荷电压、环境温度和环境湿度。所述线路老化程度计算单元包括信号接收模块、参数修正模块和老化程度计算模块；信号接收模块用于接收线路老化程度影响因子信号采集单元中各传感器采集的电气线路的剩余电流、负荷电压、环境温度和环境湿度信息并输入至老化程序计算模块；参数修正模块用于接收老化计算模型参数学习单元发送的模型修改参数并输入至老化程度计算模块；老化程度计算模块接收信号接收模块输出数据和计算单元的模型参数学习单元的输出数据，采用经离线或在线训练得到的用以泛化表达温度、湿度和绝缘电阻与25℃名义绝缘电阻之间的非线性映射关系的神经模糊网络ANFIS，计算得到线路的老化程度并作为该线路老化程度计算单元的输出。所述计算单元的模型参数学习单元包括回报函数计算网络模块、动作评价子网络模块和贪婪动作决策子网络模块，回报函数计算网络模块的输出端与动作评价子网络模块的第一输入端连接，动作评价子网络模块的输出端与贪婪动作决策子网络模块的输入端连接，贪婪动作决策子网络模块的输出端与动作评价子网络模块的第二输入端连接。所述警报控制单元包括警报控制器和警报器，警报控制器接收线路老化程度计算单元输出的线路老化程度，所述警报器与警报控制器电连接。本专利技术进一步的技术方案是：所述线路老化程度计算单元输出的老化程度值作为状态，状态通过回报函数计算网络模块得到即时奖励，状态、行为和即时奖励通过动作评价反馈子网络模块完成信度值的计算；贪婪动作决策子网络模块基于该信度值产生行为，即对线路老化程度计算单元的电力电缆老化计算网络参数进行修正；所述动作评价子网络模块的权向量为，在每个时间步，动作评价子网络模块输入电力电缆的老化程度,相应地，该线路老化程度计算单元的实际输出并生成行为，然后依据下一时刻的线路老化程度计算单元输出的老化程度值即状态得到即时奖励，再根据公式：更新二元组的值，其中是未来奖励的重要性，取值范围是封闭区间[0,1]，b表示下一状态使得值最大的行为；然后利用误差信号更新网络的权重为，使网络的实际输出逼近更新后的理想输出，重复以上的过程直至误差信号达到允许范围，的取值范围为大于1的自然数。本专利技术再进一步的技术方案是：根据电力电缆的种类和应用场所不同，所述警报控制器中存储与电力电缆对应的老化程度阈值。本专利技术的另一的技术方案是：应用于前述基于ANFIS的电气线路老化程度在线辨识系统的辨识方法，包括如下步骤，A、测试得到不同老化时间下电力电缆在不同温度、不同湿度下的泄漏电流以及绝缘电阻数据，得到不同老化时间的交联聚乙烯电缆的绝缘电阻随温度和湿度变化的趋势和规律。B、采用神经网络模糊系统表达电力电缆的温度、湿度、绝缘电阻与25℃时的名义绝缘电阻的映射关系。C、用自适应神经网络模糊系统泛化函数泛化电力电缆的温度、湿度、绝缘电阻与25℃时的名义绝缘电阻的映射关系。D、线路老化程度影响因子信号采集单元实时采集电气线路的剩余电流、负荷电压、环境温度和环境湿度线路，并将其输送至线路老化程度计算单元，采用线路老化程度计算单元中的自适应神经网络模糊系统泛化功能在线计算电力电缆的实时名义绝缘电阻，并依据该实时名义绝缘电阻的大小及变化与电力电缆老化之间的关系计算电力电缆的老化程度，并发送至经警报控制单元，警报控制单元根据老化程度发出警示信息。E、计算单元的模型参数学习单元收集新的通过试验或生产实践获得的关于剩余电流、负荷电压、环境温度和环境湿度与电缆名义绝缘电阻之间映射关系的数据作为新的样本，对自适应神经网络模糊系统ANFIS的参数用强化学习函数进行在线修正。本专利技术进一步的技术方案是：所述自适应神经网络模糊系统泛化函数是一个由若干条映射输入和输出变量的模糊规则表达的非线性函数，所述输入模糊变量分别为温度、湿度和绝缘电阻，每个输入模糊变量有三个模糊集，分别用广义钟形隶属函数表征，一个输出变量为名义绝缘电阻，输出变量的模糊集则为常数型；所述强化学习函数是一个由多个神经元构成的深度Q学习神经网络，该神经网络有状态和动作两个输入变量和一个输出变量，状态变量经过两级神经元全连接层与动作变量经过单级神经元全连接层累加后再依次经过单级神经元全连接层和单级单神经元全连接层后输出。本专利技术与现有技术相比具有如下特点：（1）本专利技术采用信号感知和传输处理技术实现对电力线路的老化状况进行在线实时检测，即综合线路剩余电流、负荷电流、环境温度、湿度等物理量的瞬时量值和变化趋势，及其与电力电缆绝缘性能的内在联系，建立自适应神经网络模糊推理系统ANFIS，依据线路及环境的状态在线自适应计算线路的老化程度，并实时修正线路老化的参数值，提高了电气线路老化计算的准确性和计算效率。（2）本专利技术能够对在电气线路老化的实时在线监测结果的基础上，及时预警因电气线路老化而导致的线路老化隐患，提高了电气线路的稳定性和安全性。以下结合附图和具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于ANFIS的电气线路老化程度在线辨识系统，其特征是：包括线路老化程度影响因子信号采集单元、线路老化程度计算单元、计算单元的模型参数学习单元和警报控制单元；/n所述线路老化程度影响因子信号采集单元包括剩余电流传感器、负荷电压传感器、温度传感器和湿度传感器，用于实时采集电气线路的剩余电流、负荷电压、环境温度和环境湿度；/n所述线路老化程度计算单元包括信号接收模块、参数修正模块和老化程度计算模块；信号接收模块用于接收线路老化程度影响因子信号采集单元中各传感器采集的电气线路的剩余电流、负荷电压、环境温度和环境湿度信息并输入至老化程序计算模块；参数修正模块用于接收老化计算模型参数学习单元发送的模型修改参数并输入至老化程度计算模块；老化程度计算模块接收信号接收模块输出数据和计算单元的模型参数学习单元的输出数据，采用经离线或在线训练得到的用以泛化表达温度、湿度和绝缘电阻与25℃名义绝缘电阻之间的非线性映射关系的神经模糊网络ANFIS，计算得到线路的老化程度并作为该线路老化程度计算单元的输出；/n所述计算单元的模型参数学习单元包括回报函数计算网络模块、动作评价子网络模块和贪婪动作决策子网络模块，回报函数计算网络模块的输出端与动作评价子网络模块的第一输入端连接，动作评价子网络模块的输出端与贪婪动作决策子网络模块的输入端连接，贪婪动作决策子网络模块的输出端与动作评价子网络模块的第二输入端连接；/n所述警报控制单元包括警报控制器和警报器，警报控制器接收线路老化程度计算单元输出的线路老化程度，所述警报器与警报控制器电连接。/n...

【技术特征摘要】
1.基于ANFIS的电气线路老化程度在线辨识系统，其特征是：包括线路老化程度影响因子信号采集单元、线路老化程度计算单元、计算单元的模型参数学习单元和警报控制单元；
所述线路老化程度影响因子信号采集单元包括剩余电流传感器、负荷电压传感器、温度传感器和湿度传感器，用于实时采集电气线路的剩余电流、负荷电压、环境温度和环境湿度；
所述线路老化程度计算单元包括信号接收模块、参数修正模块和老化程度计算模块；信号接收模块用于接收线路老化程度影响因子信号采集单元中各传感器采集的电气线路的剩余电流、负荷电压、环境温度和环境湿度信息并输入至老化程序计算模块；参数修正模块用于接收老化计算模型参数学习单元发送的模型修改参数并输入至老化程度计算模块；老化程度计算模块接收信号接收模块输出数据和计算单元的模型参数学习单元的输出数据，采用经离线或在线训练得到的用以泛化表达温度、湿度和绝缘电阻与25℃名义绝缘电阻之间的非线性映射关系的神经模糊网络ANFIS，计算得到线路的老化程度并作为该线路老化程度计算单元的输出；
所述计算单元的模型参数学习单元包括回报函数计算网络模块、动作评价子网络模块和贪婪动作决策子网络模块，回报函数计算网络模块的输出端与动作评价子网络模块的第一输入端连接，动作评价子网络模块的输出端与贪婪动作决策子网络模块的输入端连接，贪婪动作决策子网络模块的输出端与动作评价子网络模块的第二输入端连接；
所述警报控制单元包括警报控制器和警报器，警报控制器接收线路老化程度计算单元输出的线路老化程度，所述警报器与警报控制器电连接。


2.如权利要求1所述的基于ANFIS的电气线路老化程度在线辨识系统，其特征是：所述线路老化程度计算单元输出的老化程度值作为状态，状态通过回报函数计算网络模块得到即时奖励，状态、行为和即时奖励通过动作评价反馈子网络模块完成信度值的计算；贪婪动作决策子网络模块基于该信度值产生行为，即对线路老化程度计算单元的电力电缆老化计算网络参数进行修正；所述动作评价子网络模块的权向量为，在每个时间步，动作评价子网络模块输入电力电缆的老化程度,相应地，该线路老化程度计算单元的实际输出并生成行为，然后依据下一时刻的线路老化程度计算单元输出的老化程度值即状态得到即时奖励，再根据公式：更新二元组的值，其中是未来奖励的重要性，取值范围是封闭区间[0,1]，b表示下一状态使得值最大的行为，然后利用误...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠泽，章琪朗，李月华，刘鹏，
申请(专利权)人：诸暨市迪朗物联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33