專利名稱：基于神經網絡逆的電容器補償容量和介質損耗的軟測量及在線監測的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于解決配電網智能電容器中難以用傳感器在線實時測量的補償容量、介質損耗這三個關鍵變量的在線估計問題的軟測量方法，及具備電容器參數在線監測功能的配電網智能電容器在線監測系統。
背景技術：
并聯電容器作為一種重要的無功補償設備，在電力系統中應用十分廣泛，其安全運行對于整個電力系統的穩定、正常供電起著非常重要的作用。據資料統計，在線運行電容器各種故障頻發，為此而采取的傳統策略是“時間基準維修”，該策略導致了過多的不必要的停機及維修，耽誤無功補償，同時也無法及時發現帶傷運行的電容器。因此，研制集測量、 診斷等多功能于一體的綜合智能化監測裝置是解決電容器有效運行和故障保護的有力手段。電容器介質損耗及補償容量是表征電容器質量的重要參數，其準確、穩定的測量一直是在線監測技術的一個難點與重點。為解決變量的測量問題，采用基于神經網絡逆系統的軟測量技術。所謂軟測量，就是選擇與被估計變量相關的一組直接可測量變量，構造某種以直接可測變量為輸入、被估計變量為輸出的模型，用計算機軟件來實現的估計。由于人工神經網絡具有逼近復雜非線性函數的能力，它在軟測量領域內的應用所形成的基于神經網絡的軟測量方法，為電容器運行中的關鍵變量的軟測量問題的解決提供了有力的手段。國內外沒有相關的專利和文獻。
發明內容
鑒于上述原因，本發明的一個目的是提供一種配電網智能電容器運行過程變量的神經網絡逆軟測量及軟儀表構造方法，即是一種電容器運行過程非常重要但是難以用傳感器在線實時測量的變量(包括電容器補償容量和電容器介質損耗)的在線估計方法及相應的軟儀表構造方法。本發明的配電網智能電容器運行過程變量的神經網絡逆軟測量方法依據電容器運行過程的模型，選擇確定電容器運行過程在線直接可測的輸入量、在線直接可測的輸出量和需離線分析的不直接可測量；然后再選擇確定電容器運行過程的內含傳感器的主輸入量、輔輸入量和輸出量，并建立內含傳感器的模型(該內含傳感器是一個假想的傳感器，其主輸入量為電容器補償容量X1、電容器介質損耗、；輔輸入量為電容器的運行電流^、電容器溫度U2 ；輸出量為電容器的運行電壓χ3、電網頻率χ4?？烧J為內含傳感器是包含在電容器運行過程中的一個子系統，其主輸入量、輔輸入量與輸出量之間滿足電容器運行過程模型的變量約束關系，但在實際電容器運行過程，中并不存在這樣的一個物理傳感器)；然后采用人工神經網絡，并通過對人工神經網絡的訓練構造神經網絡逆，來實現該內含傳感器逆； 最后將神經網絡逆串接在電容器運行過程之后，實現對電容器補償容量及電容器介質損耗的在線軟測量。本發明的電容器運行過程的在線直接可測的輸入量為電容器的運行電流U1、電容器溫度U2，在線直接可測的輸出量為電容器的運行電壓X3、電網頻率&，需離線分析的不直接可測量為電容器補償容量X1、電容器介質損耗&。本發明電容器運行過程的內含傳感器的主輸入量為電容器補償容量X1、電容器介質損耗& ；輔輸入量為電容器的運行電流Ul、電容器溫度U2 ；輸出量為電容器的運行電壓 X3、電網頻率& ；該內含傳感器可逆；內含傳感器逆的主輸入量為電容器的運行電壓X3、電網頻率A，輔輸入量為電容器的運行電流U1、電容器溫度U2，輸出量電容器補償容量X1、電容器介質損耗&。本發明的人工神經網絡的各權系數通過現場數據采集、離線數據處理、用數據訓練人工神經網絡確定。本發明的具體的神經網絡逆測量方法是首先根據電容器運行過程的模型
權利要求
1.一種電容器參數的神經網絡逆軟測量方法及在線監測，其特征在于通過對神經網絡的訓練確定各權系數構造神經網絡逆系統，來實現對電容器補償容量、電容器介質損耗的測量；智能電容器在線監測系統的現場前置裝置(4)包括并聯電抗器、并聯電容器、電容器套管、避雷器、熔斷器、溫度傳感器、電流互感器、電壓互感器、放電線圈及信號電纜；在線監測系統的信號采集終端( 包括模數轉換器、數字信號處理器、復雜可編程邏輯控制器、報警裝置及人機界面。所述的電壓互感器、電流互感器及溫度傳感器的輸出送至所述的模數轉換器的輸入口，該模數轉換器的輸出接所述數字信號處理器的數據輸入口，所述數字信號處理器的控制輸出接所述報警裝置及所述復雜可編程邏輯控制器的輸入端，該復雜可編程邏輯器件的輸出控制所述斷路器的通斷。所述電抗器與所述電容器并聯連接，構成LC無源濾波器，濾除諧波。
2.如權利要求1所述電容器參數的神經網絡逆軟測量方法，其特征在于依據電容器運行過程(1)的模型，選擇確定電容器運行過程(1)在線直接可測的輸入量、在線直接可測的輸出量和需離線分析的不直接可測量；然后再選擇確定電容器運行過程的(1)內含傳感器的主輸入量、輔輸入量和輸出量，并建立內含傳感器的模型；然后采用人工神經網絡，并通過對人工神經網絡的訓練構造神經網絡逆(3)，來實現該內含傳感器逆；最后將神經網絡逆(3)串接在電容器運行過程(1)之后，實現對電容器補償容量及電容器介質損耗的在線軟測量。
3.如權利要求2所述電容器參數的神經網絡逆軟測量方法，其特征在于電容器運行過程(1)的內含傳感器( 的主輸入量為電容器補償容量&、電容器介質損耗& ；輔輸入量為電容器的運行電流U1、電容器溫度U2 ；輸出量為電容器的運行電壓x3、電網頻率& ；該內含傳感器( 可逆；內含傳感器逆的主輸入量為電容器的運行電壓X3、電網頻率&，輔輸入量為電容器的運行電流U1、電容器溫度U2，輸出量電容器補償容量X1、電容器介質損耗&。
4.如權利要求1、2所述電容器參數的神經網絡逆軟測量方法的軟儀表構造方法，其特征在于采用數字信號處理器構造神經網絡軟儀表，其中，內含傳感器O)的輔輸入量，即電容器的運行電流U1、電容器溫度U2接數字信號處理器的輸入端，內含傳感器O)的輸出量電容器的運行電壓X3、電網頻率X4接數字信號處理器的輸入端。數字信號處理器程序包括主程序和兩個中斷服務子程序；數字信號處理器主程序先對數據進行初始化，然后進入數據顯示與故障診斷的循環；主程序數據顯示與故障診斷期間， 按一定時間間隔運行軟測量中斷服務子程序，如果出現故障則運行異常中斷服務子程序; 軟測量中斷服務子程序的處理流程為先對主程序進行現場保護，然后通過互感器、傳感器和模數轉換器轉換采集電壓、電流、溫度和頻率數據，再對數據進行濾波處理，對濾波后的數據進行神經網絡逆運算，將得到的結果輸出到人機界面的存儲器中，最后恢復現場并返回主程序。
5.如權利要求1所述的配電網智能電容器在線監測系統，其特征在于所述現場前置裝置中的電容器與放電線圈相連接，放電線圈通過信號電纜與信號采集終端連接。
6.如權利要求1所述的配電網智能電容器在線監測系統，其特征在于所述電流互感器及電壓互感器通過信號電纜與信號采集終端連接。
7.如權利要求1所述的配電網智能電容器在線監測系統，其特征在于所述溫度傳感器通過信號電纜與信號采集終端連接，溫度傳感器采用DS18B20數字溫度傳感器完成對電容器溫度以及環境溫度的采集。
8.如權利要求1所述的配電網智能電容器在線監測系統，其特征在于所述信號電纜都為屏蔽傳輸電纜。
9.如權利要求1所述的配電網智能電容器在線監測系統，其特征在于所述數字信號處理器采用TMS320F2812DSP芯片；所述復雜可編程邏輯器件采用CY37064VP100-143AC芯片； 所述數字信號處理器的數據總線與所述復雜可編程邏輯器件的數據總線、模數轉換器的數據總線相連；所述數字信號處理器的復位端口與所述復雜可編程邏輯器件的復位端口、模數轉換器的復位端口相連。
10.如權利要求1所述的配電網智能電容器在線監測系統，其特征在于所述報警裝置包括聲光顯示器。
11.如權利要求1所述的配電網智能電容器在線監測系統，其特種征在于所述LC無源濾波器參數固定，濾除系統中的5次諧波。
全文摘要
本發明涉及一種配電網智能電容器運行過程變量的神經網絡逆軟測量及軟儀表構造方法，是一種解決電容器運行過程中難以用傳感器在線實時測量的變量的在線估計方法。依據電容器運行過程模型，建立內含傳感器的模型，構造串接在電容器運行過程之后的神經網絡逆實現內含傳感器逆，最終實現對電容器補償容量和介質損耗的在線軟測量。神經網絡逆采用數字信號處理器實現。本發明還涉及一種配電網智能電容器在線監測系統。系統包括在線監測系統的現場前置裝置和信號采集終端，傳感器檢測電容器單元上相應的物理量，數模轉換后送給數字信號處理器來做出故障判斷，由編程邏輯器件的輸出控制斷路器的通斷。該系統靈敏可靠，保障了智能電容器的安全運行。
文檔編號G01R27/26GK102331528SQ20111019314
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月12日 優先權日2011年7月12日
發明者劉國海, 葉小松, 吳振飛, 廖志凌, 梅從立, 邢鳴 申請人:江蘇鎮安電力設備有限公司
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