人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本功能精選(九篇)

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第1篇：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本功能范文

關(guān)鍵詞：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； 小波變換； 目標識別； 數(shù)據(jù)融合

中圖分類號：TN91934 文獻標識碼：A 文章編號：1004373X(2012)10010003

戰(zhàn)場目標識別一直是重要的研究課題，只用正確的識別目標，才能有效地采用克敵制勝的方法。多年以來，科學(xué)家為研究識別目標的方法，投入了大量的精力。最主要的方法是通過目標的外形進行識別，然而這很容易受到目標各種外形特征的影響，而且通過偽裝和遮蔽，大大增加了通過圖像識別目標的難度。另外也可以通過采集目標運動產(chǎn)生的地震動信號對目標進行識別。不同類型地面目標行進產(chǎn)生的地震動信號具有不同的頻率和能量特征［1］。通過數(shù)據(jù)采集得到這些信號，然后利用小波分析，得到地震動信號的特征向量，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器完成目標識別［2］。由于所有的檢測信號都來源于目標本身，不會由于發(fā)射偵測信號被目標識別，屬于被動目標識別方法，大大增加了隱蔽性。通過應(yīng)用最新的信號分析處理方法和識別技術(shù)，能極大地提高識別效果和識別準確率。

1 數(shù)據(jù)采集和信號處理

1.1 測試系統(tǒng)組成

整個測試系統(tǒng)包括震動傳感器、電荷放大器、PXI數(shù)據(jù)采集儀。采集系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。為了提高信號質(zhì)量，在采集之前增加了濾波電路。

所有的數(shù)據(jù)采集都是由PXI數(shù)據(jù)采集儀完成的。它來自地震動傳感器的信號（頻率較高）和頻率為24.8 MHz的RF信號混合調(diào)制。為了減小雜波噪聲，在量化的時候，通過一個低通濾波器將高于2 MHz的信號去除。PXI數(shù)據(jù)采集儀的內(nèi)部包含數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率為1 MHz，設(shè)定采樣2 s的數(shù)據(jù)。采樣得到的數(shù)據(jù)為WAV格式，能夠通過外部音響播放出來。采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成MAT格式后，使用Matlab完成離線信號處理，包括解調(diào)和頻譜計算。

圖1 測試系統(tǒng)構(gòu)成1.2 信號消噪

通過數(shù)據(jù)采集得到的信號通常包含各種噪聲，必須將信號中的噪聲信號去除。在實際工程中，有用信號通常表現(xiàn)為平穩(wěn)信號，包含在低頻部分，而噪聲信號通常包含在高頻部分。為此采用小波降噪的方法，將高頻部分濾除。小波降噪的原理是首先對信號進行小波分解，分解后噪聲包含在高頻分量中，通過門限閾值等形式對小波系數(shù)進行處理，然后對信號進行重構(gòu)，即達到了小波降噪的目的［3］。小波降噪一般分為3個步驟：

（1） 信號的小波分解。選擇一個小波并確定分解的層次，然后進行分解運算。

（2） 小波分解高頻系數(shù)閾值量化。對各個分解尺度的高頻系數(shù)選擇一個閾值進行閾值量化處理。

（3） 一維小波重構(gòu)。根據(jù)小波分解的底層低頻系數(shù)和各層高頻系數(shù)進行一維小波重構(gòu)。

這三個步驟中，最重要的步驟是如何選取閾值和如何進行閾值量化，這直接關(guān)系到信號消噪的質(zhì)量［4］。本文采用的是sym8小波進行了6層分解，并用Heursure軟閾值進行小波系數(shù)閾值量化。

通過對比原始信號(見圖2)和濾波后信號（見圖3）可以看出，濾波后的信號中包含的噪聲信號明顯減少了。這樣就是減少了數(shù)據(jù)量，使后續(xù)的處理更方便，速度更快，結(jié)果更準確，從而達到最佳的識別效果。

圖2 原始信號

圖3 濾波信號2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，ANN），也稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是由大量的神經(jīng)元（Neurons）廣泛連接組成的網(wǎng)絡(luò)，是對人腦的抽象和模擬，實現(xiàn)人腦的基本功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過輸入/輸出數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)、算法和結(jié)構(gòu)模型，其自誕生至今，由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)能力和并行處理大量數(shù)據(jù)等特點，已經(jīng)在智能控制和模式識別等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。尤其是基于誤差信號反向傳播（Error Back Propagation）的多層前饋網(wǎng)絡(luò)(Multiplelayer Feedback Network)，簡稱BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，因其可以以任意精度逼近任意連續(xù)函數(shù)而廣泛應(yīng)用于函數(shù)逼近、模式識別等領(lǐng)域。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般有一個輸入層，一個隱含層（有時有2個或者更多）和一個輸出層［5］。輸入層和輸出層的神經(jīng)元個數(shù)分別是輸入層和輸出層輸入數(shù)據(jù)的維數(shù)，隱含層的層數(shù)和隱含層節(jié)點的個數(shù)要根據(jù)具體情況而定。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型如圖4所示。

圖4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型有n輸入和m輸出。假設(shè)k代表采樣序列，則數(shù)學(xué)上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型代表輸入Xk=(xk1,xk2,…,xkn)T和輸出Yk=(yk1,yk2,…,ykm)T之間的非線性映射，有以下等式：Yk=g(W,Xk)式中：W={wij,i=1,2,…,Ni,j=1,2,…,Nj}是一個權(quán)重矩陣反映層之間的連接；Ni和Nj分別代表i層和j層神經(jīng)元數(shù)目。對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練實際上就是利用訓(xùn)練樣本計算權(quán)重矩陣W。訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算速度會很快，無論問題的復(fù)雜程度如何［6］。

2.2 信號特征分量提取

第2篇：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本功能范文

關(guān)鍵詞： BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；價格預(yù)測；歸一化處理

期貨市場是一個不穩(wěn)定的、非線性動態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)。市場上期貨合約價格的變動受金融、經(jīng)濟、政治及投資者心理等眾多因素的影響，其過程具有非線性、混沌性、長期記憶性等特點。傳統(tǒng)的經(jīng)濟模型大部分是線性模型，具有一定的局限性.而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則能很好地解決這個問題。

一、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理與過程

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（反向傳播網(wǎng)絡(luò)Back Propagation）是一種多層前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其神經(jīng)元的激活函數(shù)是sigmoid函數(shù)，一般為log sigmoid 函數(shù)和tan sigoid 函數(shù)，函數(shù)的圖形是S 型的，其值域是為0到1的連續(xù)區(qū)間。它是嚴格遞增函數(shù)，在線性和非線之間有著較好的平衡性。

1.數(shù)據(jù)歸一化處理

數(shù)據(jù)歸一化方法是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測前對數(shù)據(jù)常做的一種處理方法。數(shù)據(jù)歸一化處理把所有數(shù)據(jù)都使其落在[0，1]或[-1，1]之間，其目的是取消各維數(shù)據(jù)間數(shù)量級差別。避免因為輸入輸出數(shù)據(jù)數(shù)量級差別較大而造成網(wǎng)絡(luò)預(yù)測誤差較大。數(shù)據(jù)歸一化的方法主要有以下兩種。

（1）平均數(shù)方差法，其公式如下：

2.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程

BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程由信號的正向傳播和誤差的反向傳播兩個過程組成。其基本原理是：網(wǎng)絡(luò)先根據(jù)輸出層的誤差來調(diào)整輸出層和隱含層的權(quán)值和閾值，再將部分誤差分配置隱含層，然后根據(jù)誤差來調(diào)整隱含層和輸入層之間的權(quán)值和閾值，并不斷地重復(fù)上述過程，直到網(wǎng)絡(luò)的輸出與目標之間的誤差趨于最小，達到規(guī)定的要求。

一般地，BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法描述為如下步驟。

（1）初始化網(wǎng)絡(luò)及學(xué)習(xí)參數(shù)，如設(shè)置網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)矩陣，給出學(xué)習(xí)速率和神經(jīng)元激活函數(shù)等。

（2）提供訓(xùn)練模式，訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，直到滿足學(xué)習(xí)要求。

（3）前向傳播過程：對給定訓(xùn)練模式輸入，計算網(wǎng)絡(luò)的輸出模式，并與期望模式比較，若有誤差，若執(zhí)行步驟（4），否則，返回步驟（2）。

（4）反向傳播過程：計算同一層單元的誤差，修正權(quán)值和閾值，返回步驟（2）。

二、玉米期貨價格預(yù)測分析

美國是世界上玉米生產(chǎn)大國和消費大國，良好的現(xiàn)貨基礎(chǔ)為美國玉米期貨市場的發(fā)展提供了優(yōu)越條件。其中，以CBOT為代表的美國玉米期貨市場同現(xiàn)貨市場有效接軌，不僅在美國內(nèi)玉米生產(chǎn)流通領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，而且在世界玉米市場上也影響巨大。

發(fā)現(xiàn)價格作為期貨市場的基本功能之一，CBOT作為全球最大的玉米期貨交易市場，其玉米期貨價格的國際影響力是非常巨大的。目前，在國際玉米市場上，玉米貿(mào)易價格的形成和交易活動是以CBOT的玉米期貨價格為中心展開的，該價格是國際玉米貿(mào)易中簽約雙方需要考慮的最重要的依據(jù)之一。美國已經(jīng)通過芝加哥玉米期貨市場取得國際玉米貿(mào)易的定價權(quán)，在國際玉米市場中發(fā)揮著主導(dǎo)作用，并且能夠?qū)Ρ緡推渌麌矣衩桩a(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。

本文研究所采取的樣本來自WIND資訊金融終端，以2008年07月-2015年10月的CBOT的玉米期貨為研究對象。共計100組樣本數(shù)據(jù)，將其中92組數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)。8組作為分析樣本。本文從影響全球玉米的供需平衡的角度出發(fā)，從期初庫存、產(chǎn)量、進口、飼料消費、國內(nèi)消費總計、出口、期末庫存、總供給、貿(mào)易量共九個因素進行分析研究，對玉米期貨的價格進行預(yù)測。利用MATLAB軟件訓(xùn)練生成BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并進行預(yù)測，將隱含層神經(jīng)元設(shè)為20個，訓(xùn)練次數(shù)為100次，訓(xùn)練精度為0.00005。最后得到結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算得出的預(yù)測值與實際值絕對誤差相對較小，這說明通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型產(chǎn)生的預(yù)測結(jié)果的精確度較高。具有較強的實用性。但是由于玉米期貨除了受到供需因素的影響外，同時還受金融、經(jīng)濟、政治及投資者心理等眾多因素的影響。所以本文的結(jié)果還帶有一定的局限性。若把上述因素考慮進去，其精確度可能進一步提高。

三、結(jié)語

本文采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對美國玉米期貨的價格進行了研究。使用了多因素BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，對玉米期貨的價格進行預(yù)測，得到了擬合度在較高的預(yù)測值。這說明BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可以對玉米期貨價格走勢進行有效預(yù)測。通過預(yù)測，可以對投資者的投資行為進行指導(dǎo)，從而達到規(guī)避風險而獲取較好的經(jīng)濟利益。

參考文獻：

第3篇：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本功能范文

關(guān)鍵詞：智能傳感器；回歸分析法；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；遺傳算法；模擬退火算法

中圖分類號：TP212.6 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）02-00-03

0 引 言

隨著研究技術(shù)的不斷深入及數(shù)字化和虛擬儀器的快速發(fā)展，科技與發(fā)展更多的成為時代主旋律。在這個信息化時代，人們的社會活動將主要依靠對各種信息資源的有效利用。為適應(yīng)社會的進步，滿足人們的日常需求，傳感器漸漸成形，且越來越多的深入到現(xiàn)代科技和生活中。

傳感器是指對系統(tǒng)特性和性能指標起決定作用的一種儀器。如果把計算機比喻為處理和識別信息的“大腦”，把通信系統(tǒng)比喻為傳遞信息的“神經(jīng)系統(tǒng)”，那么傳感器就是感知和獲取信息的“感覺器官”。傳感器能夠感受或響應(yīng)規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為某種可用輸出信號的器件和裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成[1]。它是人們獲取自然領(lǐng)域中信息的主要途徑與工具，是現(xiàn)代科學(xué)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，是信息系統(tǒng)的源頭，是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，發(fā)展迅猛。傳感器技術(shù)同計算機技術(shù)與通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱，許多國家已將其與通信技術(shù)和計算機技術(shù)放置于同等重要的位置。

現(xiàn)代傳感器技術(shù)具有巨大的應(yīng)用潛力，廣泛的開發(fā)空間和廣闊的發(fā)展前景。從最初的傳統(tǒng)傳感器逐漸發(fā)展為現(xiàn)在的智能傳感器。智能傳感器系統(tǒng)的實現(xiàn)是在傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、信號處理、網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并隨這些技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。為了更大程度發(fā)揮傳感器的性能，并提高傳感器的精度，將多種傳感器與回歸方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等計算智能方法和數(shù)據(jù)融合等信息處理方法相結(jié)合，廣泛應(yīng)用于越來越復(fù)雜的檢測中，同時還實現(xiàn)了自校準等功能。

1 傳感器技術(shù)的發(fā)展

傳感器技術(shù)誕生于20世紀中期，與當時的計算機技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)相比，傳感技術(shù)的發(fā)展呈落后趨勢，不少先進成果仍停留在實驗研究階段，并沒有投入到實際生產(chǎn)與應(yīng)用中。然而，隨著各國相關(guān)信息化產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，以日本和歐美等國家地區(qū)為代表的傳感器研發(fā)及其相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已在國際市場中逐步占據(jù)了較為重要的地位[2]。

我國早在20世紀60年代開始涉足傳感器制造業(yè)，由于技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，研發(fā)水平不高，大多引用國外的芯片進行改造和加工，自主研發(fā)的產(chǎn)品較少。經(jīng)過從“六五”到“九五”的國家攻關(guān)，我國在傳感器研究開發(fā)、設(shè)計、制造、可靠性改進等方面獲得較為明顯的進步，初步建立了傳感器研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的綜合體系。

一個傳統(tǒng)的傳感器測量一個物理、生物或者化學(xué)參數(shù)，例如位移、加速度、壓力、溫度、濕度、氧氣或一氧化碳含量可將其轉(zhuǎn)換成一個電壓或電流信號[3]。傳統(tǒng)意義上的傳感器的技術(shù)發(fā)展趨勢主要有以下兩方面：

（1）傳感器本身的基礎(chǔ)研究，即研究新型傳感器；

（2）和電子技術(shù)、計算機技術(shù)及通信技術(shù)組合在一起的傳感器系統(tǒng)的研究，即將新材料、新工藝與多種技術(shù)相結(jié)合，并向集成化、智能化及網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

2 智能傳感器概述

2.1 智能傳感器定義

智能傳感器在本質(zhì)上應(yīng)定義為基于人工智能理論，利用微處理器實現(xiàn)智能處理功能的傳感器[4]。它不僅可以對信號進行檢測、分析、處理，也在一定程度上具備了人類的記憶、思維、交流能力，它集傳統(tǒng)傳感器與微處理器于一體并賦予其智能化功能。所謂的智能包括三個層次，即生物智能、人工智能和計算機智能。

（1）生物智能由人腦的物理化學(xué)過程體現(xiàn)出來，其物質(zhì)基礎(chǔ)是有機物；

（2）人工智能則是非生物的，基礎(chǔ)是人類的知識和傳感器測量得到的數(shù)據(jù)；

（3）計算智能是由計算機軟件和現(xiàn)代數(shù)學(xué)計算方法實現(xiàn)的，其基礎(chǔ)是數(shù)值方法和傳感器測量得到的數(shù)據(jù)。

2.2 智能傳感器的優(yōu)點與功能

相比傳統(tǒng)傳感器，智能傳感器主要有以下基本功能：

（1）具有自校準和故障自診斷功能；

（2）具有數(shù)據(jù)存儲、邏輯判斷和信息處理功能；

（3）具有組態(tài)功能，使用靈活；

（4）具有雙向通信和標準化數(shù)字輸出功能；

（5）人―機對話功能。

智能傳感器具有靈敏度和測量精度高、量程寬、可靠性與穩(wěn)定性高、信噪比與分辨率高、自適應(yīng)性強、性價比高等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于航天、國防、科技、生產(chǎn)等各領(lǐng)域中。

2.3 智能算法及其在智能傳感器中的應(yīng)用

某些傳感器的特性可以預(yù)先用數(shù)學(xué)模型表示，但很多傳感器特性卻無法明確表達。在這種情況下，與其通過經(jīng)驗對電路網(wǎng)絡(luò)作復(fù)雜的調(diào)整，不如對傳感器特性作數(shù)學(xué)描述。就目前研究而言，基于計算智能方法的智能信息處理主要包括回歸方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進化計算、模糊邏輯等計算智能方法和小波分析、數(shù)據(jù)融合等信息處理方法。各種智能算法具有以下共同特點：

（1）具有不確定性，因為大多考慮了隨機因素，不少計算過程實際是在計算機上做隨機過程的模擬；

（2）大多具有自適應(yīng)機制的動力體系或隨機動力體系，有時在計算過程中體系結(jié)構(gòu)還在進行不斷的調(diào)整；

（3）不具有特殊性，針對通用的一般目標而設(shè)計；

（4）不少算法在低維或簡單的情況下顯得“笨”，但到了高維復(fù)雜情形中就具有很強的適應(yīng)性[5]。

高敏[6]等建立了二位回歸方程，應(yīng)用回歸分析設(shè)計了硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電流傳感器的實時溫度補償。史麗萍[7]等利用最小二乘法和切比雪夫不等式對傳感器數(shù)據(jù)進行回歸分析，得出了@兩種方法誤差較小且分布均勻，可被應(yīng)用于傳感器測試的結(jié)論。趙敏[8]等在設(shè)定溫度下對傳感器進行數(shù)據(jù)輸入，并標定輸出數(shù)據(jù)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對輸出數(shù)據(jù)進行分析，得出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可對標定的溫度數(shù)據(jù)和非標定的數(shù)據(jù)進行處理的結(jié)論。郝云芳[9]等運用遺傳算法對傳感器自校正方程中的待定常數(shù)進行計算，可準確反映出傳感器的設(shè)計和實際信息的測定要求。陳華根[10]等對模擬退火算法的定位原理和定位應(yīng)用進行了分析，得出模擬退火算法可以較好地應(yīng)用于GPS定位的結(jié)論。

2.3.1 回歸分析法

回歸分析是以概率論與數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)，主要對隨機現(xiàn)象統(tǒng)計資料進行分析和推斷，用來確定兩種或兩種以上變量間相互依賴的定量關(guān)系，是數(shù)理統(tǒng)計中常用的方法之一。按照設(shè)計自變量的多少，可以分為一元回歸和多元回歸分析；按照自變量和因變量之間的關(guān)系類型，可以分為線性回歸分析和非線性回歸分析。

在一元線性回歸中，假定因變量y是隨機變量，自變量x是可以精確觀察或嚴格控制的一般變量，建立回歸方程y=β0+β1x+ε，其中β0、β1為回歸系數(shù)，ε為隨機變量，也稱為剩余誤差。一元線性回歸問題的主要問題是依據(jù)（x，y）的n組觀測數(shù)據(jù)（xi，yi）（i=1，2，…，n）給出回歸系數(shù)β0、β1的估計值b0、b1，同時對β1做統(tǒng)計檢驗，以便指出這些估計的可靠程度，并在此基礎(chǔ)上進行預(yù)測與控制等。

多元線性回歸分析主要有以下幾個主要步驟：

（1）根據(jù)研究的目的和內(nèi)容確定被解釋變量和解釋變量，正確選擇分析變量是得出正確結(jié)論的前提和基礎(chǔ)；

（2）模型的設(shè)定，模型設(shè)定根據(jù)研究的對象與相應(yīng)的理論加以確定；

（3）參數(shù)估計；

（4）模型的檢驗和修正；

（5）模型的運用。

回歸分析方法可以與智能傳感器數(shù)學(xué)模型結(jié)合使用，以傳感器測得的輸入值或輸出值作為擬合多項式的自變量，通過建立包括待消除的非目標參量在內(nèi)的函數(shù)解析式，來消除非目標參量對傳感器的影響，這樣就可對數(shù)據(jù)進行需要的處理，實現(xiàn)非線性補償[11]。高敏等[6]在測溫系統(tǒng)中，用溫度傳感器對霍爾電流傳感器的工作溫度進行實時監(jiān)測，用二維回歸分析法建立起被測電流、霍爾電流傳感器輸出電壓和其工作溫度三者之間的函數(shù)關(guān)系，并存儲于單片機中，結(jié)合電路實現(xiàn)對該電流傳感器的實時補償，構(gòu)成一個具有溫度補償功能的電流傳感測試系統(tǒng)，在一定程度上提高了傳感器的測量精度和自適應(yīng)能力。同時，在一個受限的測試系統(tǒng)中，與其對電路網(wǎng)絡(luò)做復(fù)雜的調(diào)整，不如對傳感器特性做數(shù)學(xué)描述，如回歸分析等[7]。

2.3.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)起源于生物學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)，是由簡單的處理單元（神經(jīng)元）大量并行分布而組成的處理機。它使用大量神經(jīng)元處理信息，而神經(jīng)元按層次結(jié)構(gòu)的形式組織，每層神經(jīng)元以加權(quán)的方式與其它層神經(jīng)元聯(lián)接，采用并行結(jié)構(gòu)和并行處理機制，因而網(wǎng)絡(luò)具有很強的容錯性以及自學(xué)習(xí)、自組織及自適應(yīng)能力，能夠模擬復(fù)雜的非線性映射，具有多種典型的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，信息是前向傳播的，而誤差是反向傳播的，即誤差的調(diào)整過程是從最后的輸出層依次向之前各層逐漸進行。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的這些特性和強大的非線性處理能力，恰好滿足了多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)處理的要求，故近年來得到了較快的發(fā)展和一定應(yīng)用[8，12]。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用于傳感器技術(shù)中，對多傳感器數(shù)據(jù)進行融合，在一定程度上提高了傳感器的穩(wěn)定性和準確性[13]。有時為了滿足不同的測量需要，也提出了多種改進基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的校正方法。例如用于檢測瓦斯?jié)舛鹊耐咚箓鞲衅?，其輸入與輸出之間存在著較嚴重的非線性，實際應(yīng)用中一般采用分段線性化校正的方法，這在一些檢測精度要求較高的場合中往往達不到實際需求，因此必須進行高精度的線性化校正。劉剛[14]提出了一種基于改進型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的瓦斯傳感器的非線性校正方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的非線性映射能力，通過實驗數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)逐步調(diào)節(jié)層間的連接權(quán)，逼近反非線性函數(shù)，利用該函數(shù)傳感器可實現(xiàn)按非線性特性輸出系統(tǒng)的被測量值。在位移傳感系統(tǒng)中，為了提高精度與穩(wěn)定性，有效抑制溫度漂移，可以把位移傳感器的輸出與溫度傳感器的輸出進行數(shù)據(jù)融合。朱海梅[15]提出一種基于RBF網(wǎng)絡(luò)（徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）的多傳感器數(shù)據(jù)融合方法，把位移傳感器和溫度傳感器的輸出送入融合中心，通過RBF網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，得到穩(wěn)定的位移輸出。

2.3.3 遺傳算法

遺傳算法是一種概率性自適應(yīng)迭代尋優(yōu)過程。它從某一隨機產(chǎn)生的或是特定的初始群體（父體）出發(fā)，按照一定的操作規(guī)則，如選擇、交叉、變異等，不斷進行迭代計算，并根據(jù)不同個體的適應(yīng)度保留優(yōu)良淘汰次品，即便所定義的適應(yīng)值函數(shù)是不連續(xù)的、非規(guī)則的，也能引導(dǎo)搜索過程向最優(yōu)解逼近。

目前，最小二乘法作為一種較為成熟的軟件校正，為了克服它得不到全局最優(yōu)解且有可能造成矩陣方程出現(xiàn)病態(tài)而破壞其方法有效性的特點[16]，郝云芳等[9]把遺傳算法應(yīng)用于擬合傳感器的特性方程，求解智能傳感器自校正系統(tǒng)中的待定常數(shù)值，它可以很好地解決當噪音存在時，傳統(tǒng)自校正系統(tǒng)求解過程中方程遇到矩陣的病態(tài)問題，從而實現(xiàn)傳感器特性的線性化。對于輸入輸出關(guān)系是本質(zhì)非線性的傳感器，沈毅等[17]提出了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的紙漿濃度傳感器非線性估計和動態(tài)標定方法，錢光耀等[18]采用混合遺傳算法模型擬合其輸出特性，這些均表明，當環(huán)境條件發(fā)生變化時，只要測量幾組數(shù)據(jù)對，該方法可自動重新訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，獲得新的多項式系數(shù)，實現(xiàn)濃度傳感器的非線性估計和在線動態(tài)標定。

在理想情況下，多傳感器、多目標靜態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)選用遺傳算法也是可行的，很有應(yīng)用前景。王寧等[19]采用多傳感器對數(shù)目未知的目標進行檢測，并通過遺傳算法來解決靜態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題，且關(guān)聯(lián)成功率較高。因此，遺傳算法是一種能在復(fù)雜空間中進行魯棒搜索的方法，可以解決許多傳統(tǒng)優(yōu)化方法難以解決的問題。

2.3.4 模擬退火算法

模擬退火算法是模擬物理熱力學(xué)中固體退火原理的一種全局優(yōu)化算法。在對固體退火過程研究的啟示下，以組合優(yōu)化問題和固體退火過程之間存在的相似性為基礎(chǔ)，把Metropolis接受試蛞入優(yōu)化過程中，通過恰當控制被稱為溫度參數(shù)的下降過程實現(xiàn)模擬退火，從而得到全局的近似最優(yōu)解，該算法適用于解大型組合優(yōu)化問題的技術(shù)。

模擬退火的實質(zhì)是進行兩次循環(huán)運算，內(nèi)循環(huán)是在同一溫度下的多次擾動產(chǎn)生不同模型狀態(tài)，并按照Metropolis概率接受準則接收新模型，因此內(nèi)循環(huán)以模型擾動次數(shù)控制。外循環(huán)包括溫度下降的模擬退火、算法迭代次數(shù)的遞增和算法停止的條件，因此外循環(huán)基本是由迭代次數(shù)控制的[10]。

模擬退火算法的應(yīng)用廣泛，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在國防、環(huán)境監(jiān)測、空間探索、醫(yī)療衛(wèi)生、精細農(nóng)業(yè)、交通管理、制造業(yè)、反恐抗災(zāi)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[20]。有學(xué)者巧妙地將二者結(jié)合使用，取得了良好的效果。李玉增等[21]提出一種新的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位算法，并通過仿真驗證了該算法具有良好的效果。趙仕俊等[22]在對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的基礎(chǔ)上采用模擬退火算法作為后期優(yōu)化，提高了定位精度，且設(shè)計簡單、計算量小，適用性較好。在壓力傳感器的測控系統(tǒng)中，為了消除非目標參量對壓力傳感器輸入―輸出特性的影響，樊曉宇等[23]采用遺傳模擬退火算法對壓力傳感器非線性特性進行了改善，實現(xiàn)了智能抑制干擾和溫度補償，因此其可靠性好、測量精度高。

3 結(jié) 語

智能傳感器已廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品加工、精密儀器制造、高科技產(chǎn)品生產(chǎn)等行業(yè)，例如機器人的研發(fā)就與高科技傳感器密不可分，智能傳感器可以收集周圍環(huán)境信息并發(fā)送指令給機器人，從而控制它的活動；在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，智能傳感器可控制商品的各類指標，以提高產(chǎn)品質(zhì)量；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，傳感器已被應(yīng)用于各類醫(yī)學(xué)儀器中，用以測量人體血液、內(nèi)臟、骨骼、神經(jīng)等各方面的指標，為醫(yī)生確診提供依據(jù)，使廣大患者受益，提高人們的健康水平；在日常生活中，各種由智能傳感器制造的先進家用電器不斷問世，更加方便了人們的生活。當代智能傳感器技術(shù)正在向著虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化方面發(fā)展，并與計算機技術(shù)和芯片技術(shù)緊密結(jié)合，應(yīng)用于各個方面，目前研發(fā)適用于各種特殊條件下的智能傳感器將仍是學(xué)術(shù)界一項重要的任務(wù)。

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第4篇：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本功能范文

【關(guān)鍵詞】 電力系統(tǒng) 繼電保護 發(fā)展趨勢

1、引言

電力系統(tǒng)繼電保護是保證電力系統(tǒng)安全運行、提高經(jīng)濟效益的有效技術(shù)。計算機控制技術(shù)成功運用到電力系統(tǒng)繼電保護中,使得未來繼電保護技術(shù)發(fā)展趨勢具有計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特點。

我國繼電保護學(xué)科、技術(shù)、繼電器制造和人才隊伍培養(yǎng)從無到有,在小活吸收國外先進繼電保護設(shè)備和運行技術(shù)的基礎(chǔ)上,建成了一支具有深厚理論功底和豐富運行經(jīng)驗的繼電保護隊伍。經(jīng)過60年的發(fā)展和探索,我國已經(jīng)建成了繼電保護研究、設(shè)計、加工制造、運行維護和教學(xué)的完整體系。

2、我國繼電保護的發(fā)展現(xiàn)狀

上世紀60年代到80年代是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代。其中天津大學(xué)與南京電力自動化設(shè)備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護,運行于葛洲壩500kV線路上,結(jié)束了500kV線路保護完全依靠從國外進口的時代。在20世紀70年代中,基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列,逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用仍處于主導(dǎo)地位,這是集成電路保護時代。

3、 電力系統(tǒng)繼電保護發(fā)展趨勢

3.1 計算機化

按照著名的摩爾定律,芯片上的集成度每隔18―24個月翻一番。其結(jié)果是不僅計算機硬件的性能成倍增加,價格也在迅速降低。微處理機的發(fā)展主要體現(xiàn)在單片化及相關(guān)功能的極大增強,片內(nèi)硬件資源得到很大擴充,單片機與DSP芯片二者技術(shù)上的融合,運算能力的顯著提高以及嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信芯片的出現(xiàn)及應(yīng)用等方面。這些發(fā)展使硬件設(shè)計更加方便,高性價比使冗余設(shè)計成為可能,為實現(xiàn)靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創(chuàng)造了條件。

我國在2000年220kV及以上系統(tǒng)的微機保護率為43.99%,線路微機保護占86%,到2003年底,220kV以上系統(tǒng)的微機保護已占到70.29%,線路的微機化率達到97.6%。實際運行中,微機保護的正確動作率要明顯高于其他保護,一般比平均正常動作率高0.2―0.3個百分點。

繼電保護裝置的計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高,除了保護基本功能外,還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間,快速的數(shù)據(jù)處理功能,強大的通信功能,與其他保護、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以供享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力、高級語言編程等。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)保護是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微機保護相結(jié)合的產(chǎn)物,通過計算機網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)各種保護功能,如線路保護、變壓器保護、母線保護等。網(wǎng)絡(luò)保護的最大好處是數(shù)據(jù)共享,可實現(xiàn)本來由高頻保護、光纖保護才能實現(xiàn)的縱聯(lián)保護。另外,由于分站保護系統(tǒng)采集了該站所有斷路器的電流量、母線電壓量,所以很容易就可實現(xiàn)母線保護,而不需要另外的母線保護裝置。

電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)型繼電保護是一種新型的繼電保護,是微機保護技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。它建立在計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)以及微機保護技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上。網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)中網(wǎng)省級、省市級和市級主干網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),以及分站系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)均可采用簡單、可靠的總線結(jié)構(gòu)、星形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)等。分站保護系統(tǒng)在整個網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)中是最重要的一個環(huán)節(jié)。分站保護系統(tǒng)有2種模式:一是利用現(xiàn)有微機保護;另一個是組建新系統(tǒng),各種保護功能完全由分站系統(tǒng)保護管理機實現(xiàn)。由于繼電保護在電網(wǎng)中的重要性,必須采取有針對性的網(wǎng)絡(luò)安全控制策略,以確保網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)的安全。

3.3 智能化

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展及計算機在電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用,新的控制原理和方法不斷被應(yīng)用于計算機繼電保護中,近年來人工智能技術(shù)如專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 、遺傳算法、模糊邏輯、小波理論等在電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用,從而使繼電保護的研究向更高的層次發(fā)展,出現(xiàn)了引人注目的新趨勢。例如電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)了用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)來實現(xiàn)故障類型的判別、故障距離的測定、方向保護、主設(shè)備保護等。在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題,距離保護很難正確作出故障位置的判別,從而造成誤動或拒動;如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,經(jīng)過大量故障樣本的訓(xùn)練,只要樣本集中充分考慮了各種情況,則在發(fā)生任何故障時都可正確判別。

3.4 綜合自動化

現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為改變變電站目前監(jiān)視、控制、保護和計量裝置及系統(tǒng)分割的狀態(tài)提供了優(yōu)化組合和系統(tǒng)集成的技術(shù)基礎(chǔ)。高壓、超高壓變電站正面臨著一場技術(shù)創(chuàng)新。實現(xiàn)繼電保護和綜合自動化的緊密結(jié)合,它表現(xiàn)在集成與資源共享、遠方控制與信息共享。以遠方終端單元(RTU)、微機保護裝置為核心,將變電所的控制、信號、測量、計費等回路納入計算機系統(tǒng),取代傳統(tǒng)的控制保護屏,能夠降低變電所的占地面積和設(shè)備投資,提高二次系統(tǒng)的可靠性。

綜合自動化系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)二次系統(tǒng)各專業(yè)界限和設(shè)備劃分原則,改變了常規(guī)保護裝置不能與調(diào)度(控制) 中心通信的缺陷,給變電所自動化賦予了更新的含義和內(nèi)容,代表了變電所自動化技術(shù)發(fā)展的一種潮流。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,功能更全、智能化水平更高、系統(tǒng)更完善的超高壓變電所綜合自動化系統(tǒng),必將在中國電網(wǎng)建設(shè)中不斷涌現(xiàn),把電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行提高到一個新的水平。

第5篇：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本功能范文

【關(guān)鍵詞】 發(fā)電廠SVM模型數(shù)據(jù)辨別避免誤動

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)突飛猛進,電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化程度越來越高,傳統(tǒng)的電壓控制技術(shù)逐漸被自動化的電壓控制技術(shù)所替代和升級,控制的精度得到較大幅度的提高。

1 發(fā)電廠控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和問題

從目前全球角度來看,絕大多數(shù)發(fā)電巨頭的電壓控制已經(jīng)都完全應(yīng)用了AVC(自動電壓控制技術(shù)),大大提高了控制的水平和質(zhì)量,也大大降低了人工的投入。從國內(nèi)電力系統(tǒng)來看,根據(jù)我國電力體制的特點,電壓自動控制由兩端控制的模式進行控制,即時省級電壓調(diào)度中心的自動電壓控制主站和發(fā)電企業(yè)終端的自動電壓控制子站,在自動控制的方式上,采取了三級的階梯控制。從華東地區(qū)分析,位于發(fā)電企業(yè)終端的電壓控制系統(tǒng),經(jīng)過升級改造,已經(jīng)具備了遠程測報、遠程信息傳遞、遠程控制調(diào)節(jié)等電壓遠程控制的基本功能,在發(fā)電企業(yè)內(nèi)部控制上,常見的是自動采集各機組運行的電壓變動、電流變動和企業(yè)自己母線的電壓變動、發(fā)電機組的有功和無功狀態(tài)參數(shù)。在電壓自動控制系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集是最為核心的環(huán)節(jié),也就是說,數(shù)據(jù)采集的準確率和可靠度是電壓自動控制的生命線。從華東地區(qū)的幾個大型電廠的實際運行情況來看,電壓自動控制系統(tǒng)還存在很多問題,如電流互感器運行不盡人意,最為突出的就是數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)誤碼,一級傳遞一級以后,給整體的電壓自動控制系統(tǒng)造成偏差,繼而造成自動保護裝置觸發(fā)動作,此類誤動就必然會導(dǎo)致供電系統(tǒng)電壓的較大波動,危害是不容忽視的。

自動控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的源頭發(fā)生問題,就會導(dǎo)致全系統(tǒng)的誤動,因此,對數(shù)據(jù)采集中的糾偏和及時發(fā)現(xiàn)和辨別顯得至關(guān)重要。目前,從華東地區(qū)的發(fā)電企業(yè)來看,為防止AVC誤動,都采取了一些針對措施,如:將常規(guī)的數(shù)據(jù)判斷和辨別方法過渡到人工智能仿生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式,效果也是立竿見影的,但是,由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式需要巨量的數(shù)據(jù)處理,計算和處理數(shù)據(jù)比較滯后,而電力系統(tǒng)最大的特點就是不間斷運行,高度強調(diào)的是時間,為此,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并不是最好的糾偏系統(tǒng)。需要尋找和研究一種零延時的超高速度超高精度的源頭數(shù)據(jù)識別系統(tǒng),支持向量機((Support Vector Machine))就應(yīng)運而生,這是一種全新的方法,目前在全球各個領(lǐng)域都得到了告訴和廣發(fā)的發(fā)展,在統(tǒng)計學(xué)和回歸分析中早已是揚名海內(nèi)外,特別在處理小數(shù)據(jù)量、多維度模式和非線性設(shè)別中具有了得天獨厚的優(yōu)勢。由于發(fā)電機組的電壓輸出是非線性的、多維度的,因此,可以采用支持向量機對采集的數(shù)據(jù)進行把關(guān),能及時高效地解決問題。

2 支持向量機的數(shù)學(xué)模型

支持向量機SVM作為一種可訓(xùn)練的機器學(xué)習(xí)方法,依靠小樣本學(xué)習(xí)后的模型參數(shù)進行導(dǎo)航星提取,可以得到分布均勻且恒星數(shù)量大為減少的導(dǎo)航星表,它是在統(tǒng)計學(xué)的理論基礎(chǔ)上演變出來的,將結(jié)構(gòu)風險最小化處理回歸分析和實時統(tǒng)計模式,優(yōu)勢是不言而喻的,對于發(fā)電企業(yè)來說,是投入小收益大的明智之舉。

2.1 支持向量機的算法特點

(1)非線性映射是SVM方法的理論基礎(chǔ),SVM利用內(nèi)積核函數(shù)代替向高維空間的非線性映射;(2)對特征空間劃分的最優(yōu)超平面是SVM的目標,最大化分類邊際的思想是SVM方法的核心;(3)支持向量是SVM的訓(xùn)練結(jié)果,在SVM分類決策中起決定作用的是支持向量。因此,模型需要存儲空間小,算法魯棒性強;(4)無序任何前提假設(shè),不涉及概率測度。

2.2 支持向量機的非線性回歸算法

支持向量機的非線性回歸算法的基本原理是在數(shù)據(jù)采集的樣本(a1b1),(a2b3),…,(ambm),ai∈R,bi∈R中,尋找一個特定的函數(shù)B=wtΔ(a)+c,作為一個可以融合的參照,其中m為樣本數(shù)據(jù)的量,w為m維向量,Δ(a)是尋找的非線性函數(shù),c為閥值。

在支持向量機中,需要最小化這個數(shù)值:

w:是參量,值越大邊界越明顯C代表懲罰系數(shù),即如果某個x是屬于某一類,但是它偏離了該類,跑到邊界上后者其他類的地方去了,C越大表明越不想放棄這個點,邊界就會縮小代表:松散變量。

但問題似乎還不好解,又因為SVM是一個凸二次規(guī)劃問題,凸二次規(guī)劃問題有最優(yōu)解,于是問題轉(zhuǎn)換成下列形式(KKT條件):

(1)

這里的ai是拉格朗日乘子(問題通過拉格朗日乘法數(shù)來求解)

對于(a)的情況,表明ai是正常分類,在邊界內(nèi)部(我們知道正確分類的點yi×f(xi)>=0)

對于(b)的情況,表明了ai是支持向量,在邊界上對于(c)的情況,表明了ai是在兩條邊界之間而最優(yōu)解需要滿足KKT條件,即滿足(a)(b)(c)條件都滿足以下幾種情況出現(xiàn)將會出現(xiàn)不滿足:

yiui

yiui>=1但是ai>0則是不滿足的而原本ai=0

yiui=1但是ai=0或者ai=C則表明不滿足的,而原本應(yīng)該是0

所以要找出不滿足KKT的這些ai,并更新這些ai,但這些ai又受到另外一個約束,即

因此,我們通過另一個方法,即同時更新ai和aj,滿足以下等式

就能保證和為0的約束。

利用yiai+yjaj=常數(shù),消去ai,可得到一個關(guān)于單變量aj的一個凸二次規(guī)劃問題,不考慮其約束0

(2)

表示舊值,然后考慮約束0

(4)

對于

那么如何求得ai和aj呢？

對于ai,即第一個乘子,可以通過剛剛說的那幾種不滿足KKT的條件來找,第二個乘子aj可以找滿足條件

(5)

b的更新:

在滿足條件:下更新 (6)

最后更新所有ai,y和b,這樣模型就出來了,然后通過函數(shù):

(7)

3 支持向量機的輸入?yún)?shù)確定

第6篇：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本功能范文

【關(guān)鍵詞】繼電保護現(xiàn)狀發(fā)展

一、繼電保護發(fā)展現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護技術(shù)得天獨厚，在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個歷史階段。

建國后，我國繼電保護學(xué)科、繼電保護設(shè)計、繼電器制造工業(yè)和繼電保護技術(shù)隊伍從無到有，在大約10年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。50年代，我國工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設(shè)備性能和運行技術(shù)［1］，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經(jīng)驗的繼電保護技術(shù)隊伍，對全國繼電保護技術(shù)隊伍的建立和成長起了指導(dǎo)作用。阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術(shù)，建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。因而在60年代中我國已建成了繼電保護研究、設(shè)計、制造、運行和教學(xué)的完整體系。這是機電式繼電保護繁榮的時代，為我國繼電保護技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

自50年代末，晶體管繼電保護已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代。其中天津大學(xué)與南京電力自動化設(shè)備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護，運行于葛洲壩500kV線路上［2］，結(jié)束了500kV線路保護完全依靠從國外進口的時代。

在此期間，從70年代中，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用仍處于主導(dǎo)地位，這是集成電路保護時代。在這方面南京電力自動化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護起了重要作用［3］，天津大學(xué)與南京電力自動化設(shè)備廠合作研制的集成電路相電壓補償式方向高頻保護也在多條220kV和500kV線路上運行。

我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究［4］，高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用［5］，揭開了我國繼電保護發(fā)展史上新的一頁，為微機保護的推廣開辟了道路。在主設(shè)備保護方面，東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的發(fā)電機失磁保護、發(fā)電機保護和發(fā)電機?變壓器組保護也相繼于1989、1994年通過鑒定，投入運行。南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動化設(shè)備廠合作研制的微機相電壓補償式方向高頻保護，西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護也相繼于1993、1996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機型的微機線路和主設(shè)備保護各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果?？梢哉f從90年代開始我國繼電保護技術(shù)已進入了微機保護的時代。

二、繼電保護的未來發(fā)展

繼電保護技術(shù)未來趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。

1計算機化

隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展，微機保護硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制的微機線路保護硬件已經(jīng)歷了3個發(fā)展階段：從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機保護問世，不到5年時間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機保護也是從8位CPU，發(fā)展到以工控機核心部分為基礎(chǔ)的32位微機保護。

南京電力自動化研究院一開始就研制了16位CPU為基礎(chǔ)的微機線路保護，已得到大面積推廣，目前也在研究32位保護硬件系統(tǒng)。東南大學(xué)研制的微機主設(shè)備保護的硬件也經(jīng)過了多次改進和提高。天津大學(xué)一開始即研制以16位多CPU為基礎(chǔ)的微機線路保護，1988年即開始研究以32位數(shù)字信號處理器(DSP)為基礎(chǔ)的保護、控制、測量一體化微機裝置，目前已與珠海晉電自動化設(shè)備公司合作研制成一種功能齊全的32位大模塊，一個模塊就是一個小型計算機。采用32位微機芯片并非只著眼于精度，因為精度受A/D轉(zhuǎn)換器分辨率的限制，超過16位時在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受的；更重要的是32位微機芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。CPU的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是32位的，具有存儲器管理功能、存儲器保護功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存(Cache)和浮點數(shù)部件都集成在CPU內(nèi)。

電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高，除了保護的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強大的通信能力，與其它保護、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC機的功能。在計算機保護發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺小型計算機作成繼電保護裝置。由于當時小型機體積大、成本高、可靠性差，這個設(shè)想是不現(xiàn)實的?，F(xiàn)在，同微機保護裝置大小相似的工控機的功能、速度、存儲容量大大超過了當年的小型機，因此，用成套工控機作成繼電保護的時機已經(jīng)成熟，這將是微機保護的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機保護裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機加以改造作成的繼電保護裝置。這種裝置的優(yōu)點有：(1)具有486PC機的全部功能，能滿足對當前和未來微機保護的各種功能要求。(2)尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機保護裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強，可運行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。(3)采用STD總線或PC總線，硬件模塊化，對于不同的保護可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴展。

繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進一步提高繼電保護的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟效益和社會效益，尚須進行具體深入的研究。

2網(wǎng)絡(luò)化

計算機網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個工業(yè)領(lǐng)域，也為各個工業(yè)領(lǐng)域提供了強有力的通信手段。到目前為止，除了差動保護和縱聯(lián)保護外，所有繼電保護裝置都只能反應(yīng)保護安裝處的電氣量。繼電保護的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強有力的數(shù)據(jù)通信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護的概念，這在當時主要指安全自動裝置。因繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務(wù))，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。顯然，實現(xiàn)這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當前的技術(shù)條件下是完全可能的。

對于一般的非系統(tǒng)保護，實現(xiàn)保護裝置的計算機聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確。對自適應(yīng)保護原理的研究已經(jīng)過很長的時間，也取得了一定的成果，但要真正實現(xiàn)保護對系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運行和故障信息，只有實現(xiàn)保護的計算機網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點。

對于某些保護裝置實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)，也能提高保護的可靠性。天津大學(xué)1993年針對未來三峽水電站500kV超高壓多回路母線提出了一種分布式母線保護的原理［6］，初步研制成功了這種裝置。其原理是將傳統(tǒng)的集中式母線保護分散成若干個(與被保護母線的回路數(shù)相同)母線保護單元，分散裝設(shè)在各回路保護屏上，各保護單元用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，每個保護單元只輸入本回路的電流量，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳送給其它所有回路的保護單元，各保護單元根據(jù)本回路的電流量和從計算機網(wǎng)絡(luò)上獲得的其它所有回路的電流量，進行母線差動保護的計算，如果計算結(jié)果證明是母線內(nèi)部故障則只跳開本回路斷路器，將故障的母線隔離。在母線區(qū)外故障時，各保護單元都計算為外部故障均不動作。這種用計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的分布式母線保護原理，比傳統(tǒng)的集中式母線保護原理有較高的可靠性。因為如果一個保護單元受到干擾或計算錯誤而誤動時，只能錯誤地跳開本回路，不會造成使母線整個被切除的惡性事故，這對于象三峽電站具有超高壓母線的系統(tǒng)樞紐非常重要。

由上述可知，微機保護裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護性能和可靠性，這是微機保護發(fā)展的必然趨勢。

3保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化

在實現(xiàn)繼電保護的計算機化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)上的一個智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實現(xiàn)保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化。

目前，為了測量、保護和控制的需要，室外變電站的所有設(shè)備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化的計算機裝置，就地安裝在室外變電站的被保護設(shè)備旁，將被保護設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計算機網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾?，F(xiàn)在光電流互感器(OTA)和光電壓互感器(OTV)已在研究試驗階段，將來必然在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在采用OTA和OTV的情況下，保護裝置應(yīng)放在距OTA和OTV最近的地方，亦即應(yīng)放在被保護設(shè)備附近。OTA和OTV的光信號輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號后，一方面用作保護的計算判斷；另一方面作為測量量，通過網(wǎng)絡(luò)送到主控室。從主控室通過網(wǎng)絡(luò)可將對被保護設(shè)備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。1992年天津大學(xué)提出了保護、控制、測量、通信一體化問題，并研制了以TMS320C25數(shù)字信號處理器(DSP)為基礎(chǔ)的一個保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化裝置。

4智能化

近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始［7］。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動或拒動；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時都可正確判別。其它如遺傳算法、進化規(guī)劃等也都有其獨特的求解復(fù)雜問題的能力。將這些人工智能方法適當結(jié)合可使求解速度更快。天津大學(xué)從1996年起進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式繼電保護的研究，已取得初步成果［8］?？梢灶A(yù)見，人工智能技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域必會得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。

三、結(jié)束語

建國以來，我國電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)經(jīng)歷了4個時代。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機技術(shù)、通信技術(shù)的進步，繼電保護技術(shù)面臨著進一步發(fā)展的趨勢。國內(nèi)外繼電保護技術(shù)發(fā)展的趨勢為：計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化，這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務(wù)，也開辟了活動的廣闊天地。

參考文獻

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第7篇：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本功能范文

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護；技術(shù)；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TD611+.2 文獻標識碼：A

繼電保護技術(shù)是維持電力系統(tǒng)平穩(wěn)運行的一項核心技術(shù)。在電力系統(tǒng)運行過程中，電氣元件一旦出現(xiàn)故障，將嚴重影響電力系統(tǒng)的正常運行，斷電不可避免，這將對居民正常的生產(chǎn)生活造成非常嚴重的影響。繼電保護系統(tǒng)以繼電保護技術(shù)作為支撐能夠在第一時間準確的判斷出電氣元件的故障所在地，并對電力元件的故障及時的做出反應(yīng)，向值班人員做出示警，并且能夠準確、迅速地將電力系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)故障的電氣元件與整個電力系統(tǒng)相隔離。保護電力系統(tǒng)內(nèi)部不受故障的影響造成損失。同時對提高故障排除工作的效率，保障電力系統(tǒng)的正常運行發(fā)揮著積極的作用。

1 現(xiàn)階段我國繼電保護技術(shù)發(fā)展的基本情況

隨著我國供電事業(yè)的不斷發(fā)展，我國繼電保護技術(shù)為了滿足保護電力系統(tǒng)正常運行的基本要求，而順應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢而不斷向前發(fā)展。近年來隨著電子信息技術(shù)以及計算機技術(shù)的在繼電保護系統(tǒng)中的運用，極大的提高了繼電保護系統(tǒng)的智能化與自動化，符合繼電保護系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢?？偟膩碚f我國繼電保護系統(tǒng)在長時間的發(fā)展過程中先后經(jīng)歷了四個發(fā)展階段。

我國最早運用熔斷器來實施繼電保護，這種裝置動作精度較差，而且與其它保護技術(shù)同時使用時不容易進行配合，斷流能力受技術(shù)水平的影響受到一定的限制。同時，該項保護設(shè)備的應(yīng)用對供電系統(tǒng)的恢復(fù)使用也有一定程度的影響。隨著供電事業(yè)的發(fā)展這種繼電保護裝置逐步被取消，繼而產(chǎn)生的是一種電磁型電流繼電器，這種繼電器在傳統(tǒng)熔斷器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，對電流的保護明顯高于熔斷器。

20世紀以來我國繼電保護隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展經(jīng)歷了長達一個世紀的漫長發(fā)展進程。以第一代機電型感應(yīng)式電流繼電器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用為標志，各種新型的繼電保護裝置相繼被應(yīng)用到電力系統(tǒng)當中，最具有代表性的是行波保護裝置。這種裝置在電力系統(tǒng)中的運用充分的體現(xiàn)了光纖技術(shù)與電力保護系統(tǒng)的完美結(jié)合。繼電保護系統(tǒng)的發(fā)展真實的反應(yīng)了我國科學(xué)技術(shù)的不斷進步。

隨著我國供電事業(yè)的進一步發(fā)展，對繼電保護工作也提出了更高的要求，繼電保護裝置在電力系統(tǒng)內(nèi)部必須具有較強的靈敏性、速度性、選擇性以及可靠性，只有這樣的繼電保護裝置，才能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)故障做出準確及時的反應(yīng)，并在最短的時間內(nèi)將電力系統(tǒng)故障清除。為了使電力保護裝置滿足這四項基本要求，從事繼電保護工作的人員做出了極大的努力，極大的促進了繼電保護技術(shù)的發(fā)展。

上世紀中期電力系統(tǒng)領(lǐng)域開始致力于晶體管繼電保護裝置的開發(fā)與研究，并在今后的30多年里取得了顯著成果。20實際80年代為滿足電力保護系統(tǒng)發(fā)展的根本需求，集成電路靜態(tài)繼電保護技術(shù)研制成功，晶體管保護技術(shù)在繼電保護系統(tǒng)中被逐步取代。集成電路靜態(tài)繼電保護技術(shù)在上世紀90年代前期取得了巨大的發(fā)展，別廣泛的運用到繼電保護系統(tǒng)中。

隨著電子計算機技術(shù)的研制成功以及應(yīng)用，各國紛紛展開了計算機繼電保護裝置的研究，我國也在上世紀70年代開始了該項技術(shù)的研究，并且覺得了巨大的研究成果。1984 年以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的第一套輸電線路微機距離保護樣機研制成功，它的成功是我繼電保護工作領(lǐng)域的重大突破，將被載入史冊。在短短的幾年時間內(nèi)我國又研制出了第二代微機線路保護裝置，這種裝置目前被廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)當中。對維護電力系統(tǒng)內(nèi)部的高壓線路、低壓網(wǎng)絡(luò)以及各種不同類型的電氣設(shè)備都具有非常顯著的保護效果，基本實現(xiàn)了繼電保護裝置的四項基本要求。

現(xiàn)階段，隨著科學(xué)技術(shù)與繼電保護系統(tǒng)的相互結(jié)合，計算機、電子信息技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，我國繼電保護系統(tǒng)將不斷由人工化向智能化方向轉(zhuǎn)變，我國繼電保護工作將取得巨大的發(fā)展成就，電力系統(tǒng)將得到最全面的保護，我國電力事業(yè)在繼電保護系統(tǒng)的保護下，將不斷為廣大電力用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

2 我國繼電保護技術(shù)未來的發(fā)展趨勢

科學(xué)技術(shù)是繼電保護技術(shù)發(fā)展的重要支撐力量，21世紀隨著我國供電系統(tǒng)的進一步發(fā)展，人們生長生活對電力能源需求的進一步提高，我國供電事業(yè)將在未來擁有更為廣闊的發(fā)展空間。繼電保護事業(yè)為滿足電力系統(tǒng)的維護需求，將繼續(xù)向前發(fā)展，微機保護裝置在電力市場需求與發(fā)展的推動下，將向更為高端的領(lǐng)域發(fā)展，未來繼電保護技術(shù)的發(fā)展趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡(luò)信息化，智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。

2.1 計算機化發(fā)展

隨著電力工業(yè)化的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高。除了保護的基本功能外；還應(yīng)該具備有長期存放大容量故障信息和數(shù)據(jù)的空間；強大的通信和快速處理數(shù)據(jù)的功能；與其它保護裝置、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)共享全系統(tǒng)運行和故障信息的數(shù)據(jù)的能力；高級語言編程等，這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC 機的功能。因此， 繼電保護裝置的微機化、計算機化成為不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。

2.2 網(wǎng)絡(luò)信息化發(fā)展

計算機網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)的通信工具已成為信息時代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會生活發(fā)生了根本性的變化。它深刻地影響著各個工業(yè)領(lǐng)域，也為各個工業(yè)領(lǐng)域提供了強有力的通信手段。因此，繼電保護的作用不僅限于限制事故的影響范圍和切除故障元件,還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，這就要求每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個保護單元和重合閘裝置在分析這些數(shù)據(jù)和信息的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動作。這樣，繼電保護裝置得到的系統(tǒng)的故障信息越多，對故障地點、故障距離的檢測和故障性質(zhì)的判斷就越準確，這樣大大提高了繼電保護的性能和可靠性。

2.3智能化發(fā)展

上世紀末，人工智能技術(shù)被引入繼電保護系統(tǒng)當中，并發(fā)揮了重要的作用，人工智能技術(shù)的應(yīng)用開啟了我國繼電保護工作新的篇章。在人工智能技術(shù)領(lǐng)域中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制理論在繼電保護系統(tǒng)內(nèi)部的應(yīng)用較為普遍，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種非線性映射的方法能夠化解異常復(fù)雜通過普通計算手段很難求解的非線性問題，電力系統(tǒng)內(nèi)部自動控制裝置中的很多問題，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都可以解決。人工智能技術(shù)為我國繼電保護領(lǐng)域的智能化發(fā)展注入了新鮮的血液。

總結(jié)

我國電力系統(tǒng)的正常運行離不開繼電保護技術(shù)的支撐與維護，我國繼電保護技術(shù)隨著電力事業(yè)的發(fā)展先后經(jīng)歷的四個發(fā)展階段。我國繼電保護技術(shù)的發(fā)展歷史與我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是相互促進與共同發(fā)展的過程。在電子信息技術(shù)以及計算機技術(shù)等現(xiàn)代化的智能技術(shù)的推動下，我國繼電保護系統(tǒng)將迎來新的發(fā)展契機，為保障我國電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運行提供更為有力的保障，促進我國供電事業(yè)的科學(xué)發(fā)展。

參考文獻

[1]張秋增.淺談電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].科技資訊，2009，(04).

第8篇：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本功能范文

關(guān)鍵詞：變電站；繼電保護；基本原理；瑕疵；完善

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）30-0103-02

在變電站的電力供應(yīng)過程中，電力系統(tǒng)的檢修和維護尤為重要，同時也是為電力系統(tǒng)提供持之以恒供電能力的一個重要渠道，在檢修和維護中，繼電保護則為重中之重，所謂的繼電保護就是指在研究電力系統(tǒng)發(fā)生故障或者電力運行出現(xiàn)問題的情況下，在發(fā)展的過程中主要用有觸電接觸點的繼電器來檢修和保護電力系統(tǒng)以及發(fā)電機、變壓器、輸電線路等基本元件，使這些電路設(shè)備免受損害的一種具有針對性強的電力保護措施，在這種保護的基本原理中，用電力設(shè)備中最小的代價維護、檢修其中的最大量的元件，達到檢修成本最小的目的，同時也是對高科技元素的一種有效利用。這與我們通常所說的電力保護有所不同，它的基本任務(wù)是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，利用最短的時間實現(xiàn)最大區(qū)域內(nèi)的電力保護，其自動將故障設(shè)備從整個電力系統(tǒng)中切斷或者由智能設(shè)備發(fā)出通報，使得維修人員迅速發(fā)現(xiàn)故障根源，減輕電路故障引起的危險。

1 變電站繼電保護作用與基本組成

2 變電站繼電保護的現(xiàn)狀及問題

首先，人工智能手段的引入。人工智能體系引入繼電保護過程中是對變電站系統(tǒng)管理的一大進步。如專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN等被廣泛地應(yīng)用于非線性問題障礙的排除上，我們知道，電力系統(tǒng)的繼電保護是一種較為典型的離散控制方式，它分布于電路系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)中，對于電路的正常或者故障狀態(tài)都能進行常態(tài)評估，這也是進行保護的關(guān)鍵步驟。由于AI的邏輯能力以及邏輯思維的存在，AI已經(jīng)成為在線評估的重要工具，在現(xiàn)實的電力系統(tǒng)的應(yīng)用中也表現(xiàn)得越發(fā)頻繁。與此同時，變壓器保護、發(fā)電機保護以及自動重合閘保護等領(lǐng)域也對此進行了廣泛的應(yīng)用。但是在繼電保護的電力應(yīng)用中，人工智能手段的引入無疑也存在可靠與否等方面的考驗或者說存在該方面的弊端，不得不引起電力研究領(lǐng)域的重視。

其次，繼電保護系統(tǒng)與高科技領(lǐng)域緊密結(jié)合。在電力系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)化的電力保護技術(shù)也已經(jīng)成為主導(dǎo)，也就是說在進行電力保護的過程中實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，把現(xiàn)有的高科技手段應(yīng)用于電力測量、控制、保護以及通信一體化的數(shù)據(jù)傳輸方面，這都對電力保護起到了翻天覆地的變化。如數(shù)字變電站內(nèi)光互感器、智能終端、GOOSE、SV等新技術(shù)的應(yīng)用，在變電站內(nèi)的繼電保護方面應(yīng)用高科技手段，大大減少了電路運行的危險性，使得各個需要保護的單元與重合閘裝置在分析和處理數(shù)據(jù)上相互協(xié)調(diào)，達到匹配，即實現(xiàn)網(wǎng)格化管理，這雖然實現(xiàn)了變電站內(nèi)繼電保護的基本目的，但是這種技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域還處于初始階段，很多關(guān)鍵技術(shù)還不成熟，不能成為主流，對國外先進技術(shù)的引入成為繼電保護的一大問題。

最后，微機系統(tǒng)在繼電保護中被大量使用。微機已經(jīng)在20世紀開始大規(guī)模應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在變電站內(nèi)的繼電保護方面也應(yīng)用頻繁。微機進行保護主要的優(yōu)點在于先進的計算能力和邏輯處理能力，能夠提高繼電保護的性能，近些年來，為了強化這種穩(wěn)定性和敏銳性，必然就出現(xiàn)了對微機保護的改進措施，但是隨著科技的發(fā)展，電力系統(tǒng)內(nèi)引入微機保護的效率應(yīng)該引起重視，如果滯后于微機技術(shù)的發(fā)展，繼電保護就無實效性可言。

3 完善變電站內(nèi)繼電保護的基本思路

變電站內(nèi)的小功率機器的繼電保護在現(xiàn)階段已經(jīng)引起了足夠的重視，如何實現(xiàn)繼電保護的長效性、科學(xué)性，是一個亟需解決的課題，隨著多年來的電力維修和保護的實踐，總結(jié)出如下幾點繼電保護的基本思路：

首先，完善繼電保護的可靠性與速度性。這種可靠主要體現(xiàn)在保護裝置的可靠性方面，也就是說在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，保護裝置能夠及時有效地反映出電力所出現(xiàn)的具體問題，速度既體現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)故障方面，還體現(xiàn)在維修速度方面，不能夠出現(xiàn)誤差，同時不能對整個電力系統(tǒng)的運作有較大的影響。電力系統(tǒng)是一個多元素構(gòu)成的有機整體，機構(gòu)相對復(fù)雜，并且在適用上各個元件所體現(xiàn)的價值壽命是不同的，因此可靠性顯得尤為重要，要對各種設(shè)備的基本功能進行完善修整，實現(xiàn)操作無誤差。

其次，繼電保護實現(xiàn)選擇性與靈敏性。在變電站的繼電保護中，選擇性是指在發(fā)生故障時，系統(tǒng)有選擇地將元件與故障系統(tǒng)隔離分開，使之不受到更大的損害，不受損害的部分仍然能夠繼續(xù)工作，這個過程既要求選擇性，同時也要求靈敏性，需要對受到損害的元件與未受損害的元件進行區(qū)分，并使之與系統(tǒng)有效隔離，實現(xiàn)系統(tǒng)的完整性運轉(zhuǎn)，避免不必要的損失，快速保護動作時間在0.06～2.12s之間，最快可達0.01～0.04s。

最后，實現(xiàn)科技貫穿于整個繼電保護過程。以上文中我們了解到，繼電保護需要在高科技支撐下進行運作，也只有這樣的運作能夠?qū)ψ冸娬倦娏ο到y(tǒng)的維護有一定的作用，對于吸收繼電保護的先進科技是實現(xiàn)繼電保護的有效途徑，也是實現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展的巨大支撐。

4 結(jié)語

變電站的繼電保護是電力傳輸系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，其工作的穩(wěn)定性，需要我們對變電站安全運行以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定進行全面掌握，對繼電保護的上述研究只是其中的一個弱小方面，加強變電站的繼電保護需要對整個電力產(chǎn)業(yè)以及電力科技的發(fā)展有較為熟悉的掌握，使得繼電保護能夠成為變電站電力系統(tǒng)維護的一個重要舉措，同時也是我們電力行業(yè)發(fā)展的一個重要使命。

參考文獻

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[3] 艾恒.繼電保護裝置初析[J]，中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2011，（7）.

第9篇：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本功能范文

TRIZ包含三個基本工具：系統(tǒng)矛盾分析、效應(yīng)知識庫和物質(zhì)—場分析。系統(tǒng)矛盾表現(xiàn)為改善一個系統(tǒng)特征卻惡化了另一個系統(tǒng)特征，系統(tǒng)矛盾分析用TRIZ矛盾矩陣的39個工程參數(shù)描述該矛盾，然后用40條發(fā)明原理解決并翻譯為原矛盾的現(xiàn)實解。效應(yīng)知識庫用物理、化學(xué)、生物等領(lǐng)域中的有關(guān)原理和規(guī)律解決創(chuàng)新問題。物質(zhì)—場分析將功能分為兩種物質(zhì)和一種場，兩種物質(zhì)通過場相互作用形成產(chǎn)品功能。一般地，TRIZ解決問題的過程：首先將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)換為TRIZ問題，然后用TRIZ工具解獲得TRIZ解，最后將TRIZ解翻譯為現(xiàn)實問題的解。

如圖1所示。為指導(dǎo)企業(yè)開發(fā)環(huán)保產(chǎn)品和流程，世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會(Worldbusinesscouncilforsustainabledevelopment,WBCSD)提出了7個生態(tài)效率要素：①減少產(chǎn)品和服務(wù)的材料密集度(A)；②減少產(chǎn)品和服務(wù)的能源密集度(B)；③減少有毒物的擴散(C)；④提高原料的可回收性(D)；⑤促使可再生資源的永續(xù)使用(E)；⑥提高產(chǎn)品的耐用性(F)；⑦增加商品的服務(wù)密集度(G)。

CHEN等總結(jié)了WBCSD7個生態(tài)效率要素和TRIZ39個工程參數(shù)之間的關(guān)系，建立了工程參數(shù)與生態(tài)效率要素關(guān)聯(lián)表，如表1所示。以上學(xué)者和研究人員從多個角度研究了TRIZ在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用，從已有方法和成果來看，還存在一些可改進之處，譬如可充分利用歷史設(shè)計案例，分析失效專利以直接采用，進行專利規(guī)避以避免法律風險，系統(tǒng)化創(chuàng)新方法以減少設(shè)計的盲目性等。

集成TRIZ的產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計過程

針對以上生態(tài)設(shè)計方法的不完善之處，有必要提出一個系統(tǒng)的、創(chuàng)新的生態(tài)設(shè)計方法。本文利用TRIZ技術(shù)工具能夠系統(tǒng)性、創(chuàng)新性地解決生態(tài)設(shè)計矛盾的優(yōu)勢，提出了集成TRIZ的產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計過程框架，如圖2所示。主要步驟：首先，獲取客戶需求，在專利庫和案例庫中搜索匹配歷史產(chǎn)品設(shè)計，若匹配成功則直接選為備選方案，若沒有類似設(shè)計則提取技術(shù)特性并轉(zhuǎn)化為生態(tài)設(shè)計工程特性，從關(guān)聯(lián)表找出相應(yīng)的工程參數(shù)；然后運用矛盾矩陣、效應(yīng)知識庫或物質(zhì)—場分析方法進行求解；最后，評價生成的多個備選方案，確定最優(yōu)解。

1檢索案例和失效專利

歷史產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計案例是企業(yè)重要的無形資產(chǎn)，蘊含于失效專利中的創(chuàng)新觀點和實用價值并未喪失。注重知識的重用，利用歷史案例和失效專利直接進行生態(tài)設(shè)計，可以大大提高設(shè)計效率，避免資源浪費。歷史案例可以是企業(yè)自主創(chuàng)新設(shè)計的產(chǎn)品，也可以是手冊、專著和網(wǎng)絡(luò)信息等文獻資源中出現(xiàn)的案例。失效專利可從中國失效專利光盤數(shù)據(jù)庫或國家知識產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站獲取。對于國外專利，則需要通過世界專利索引檢索并檢查是否申請中國專利。從產(chǎn)品功能角度看，客戶的產(chǎn)品需求一般可以分為基本功能需求和附加功能需求，其中都可能含有一定的生態(tài)、綠色需求。直接獲取的客戶產(chǎn)品需求具有模糊性和不規(guī)范性，需要對其進行簡單的處理才能進行檢索。處理的方法主要是關(guān)鍵詞分詞提取，如節(jié)能、靜音、安全等。檢索的方法有關(guān)鍵詞檢索、組合檢索，結(jié)果按相似度、相關(guān)性順序排列。

關(guān)鍵詞在文本中的重要程度以權(quán)重表示，按照TF-IDF公式計算式中，wik為詞tk在文本矢量Di中的權(quán)重，fik為詞tk在文本矢量Di中的詞頻，N為文本矢量空間中文本的總數(shù)，Nk為文本矢量空間中出現(xiàn)詞tk的文本數(shù)，M為文本矢量空間中所有有效詞項(去除中文停用詞)的總數(shù)，wik∈。若設(shè)領(lǐng)域本體對象間的相關(guān)度(由領(lǐng)域?qū)＜医o定)即關(guān)系權(quán)值為wrk∈，則檢索結(jié)果與檢索詞的相關(guān)度為

2構(gòu)建矛盾矩陣

在沒有歷史案例和失效專利可利用的情況下，需要設(shè)計新的生態(tài)產(chǎn)品。首先，利用TRIZ的技術(shù)進化規(guī)律進行趨勢分析，大致推斷產(chǎn)品未來的技術(shù)系統(tǒng)進化方向，為生態(tài)設(shè)計提供思路。進化潛力雷達圖是分析進化趨勢的有用工具，如圖3所示。

雷達中心是進化原點，最是進化極限，在每個進化路徑上標出技術(shù)現(xiàn)狀，連接起來圍成的灰色區(qū)域即為當前技術(shù)系統(tǒng)范圍，其余區(qū)域為進化潛力范圍。產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計應(yīng)立足現(xiàn)有技術(shù)，向進化潛力范圍逐步擴展，率先推出采用新技術(shù)的產(chǎn)品以占領(lǐng)市場或獲取高額利潤。然后通過質(zhì)量功能配置、生態(tài)質(zhì)量功能配置(QFDforenvironment,QFDE)將客戶需求映射為工程技術(shù)特性和生態(tài)設(shè)計工程特性并按照WBCSD的7個生態(tài)效率要素進行歸類。當需要考慮的生態(tài)效率參數(shù)較多時，利用層次分析法(判斷矩陣的要素由WBCSD7個生態(tài)要素組成)獲得生態(tài)效率參數(shù)。為了簡化矛盾矩陣以便于求解，同時為集中技術(shù)力量改善產(chǎn)品生態(tài)特性，按照以下算法獲得最需要改善的生態(tài)效率參數(shù)。

設(shè)每個生態(tài)效率要素中的生態(tài)設(shè)計工程特性個數(shù)為wi(i=1,2,…,7)，層次分析法的輸出值為ui，則取ri≥1所對應(yīng)的生態(tài)效率參數(shù)作為需要改善的由此參照表1確定TRIZ工程參數(shù)，構(gòu)建TRIZ矛盾矩陣，然后使用TRIZ提供的方法進行求解。

3運用TRIZ工具求解

TRIZ提供了三種技術(shù)工具：矛盾矩陣、效應(yīng)知識庫和物質(zhì)—場分析。若從上述分析可以獲得矛盾矩陣，則使用矛盾矩陣的發(fā)明原理求解，否則采用效應(yīng)知識庫和物質(zhì)—場分析求解。輔助設(shè)計系統(tǒng)知識庫中存儲大量生態(tài)產(chǎn)品設(shè)計案例，已按照案例中使用的TRIZ工具仔細分類。因此，不論使用何種工具，都可以給出相應(yīng)的使用該工具求解的實例，詳細解釋抽象的發(fā)明原理和使用指導(dǎo)，激發(fā)設(shè)計人員靈感。

求解矛盾矩陣時，若存在多對矛盾，首先由矛盾矩陣找到各對矛盾相應(yīng)的發(fā)明原理，然后找出其中出現(xiàn)頻率相對較高的發(fā)明原理，使用這些發(fā)明原理求解的成功率和效率會比較高。同時，求解得到的設(shè)計方案可能會使某些必需功能弱化，為此還需要進行功能檢驗，只有滿足基本功能需求的方案才能列入備選方案。若不能滿足，則還需要重新求解，將基本功能工程參數(shù)作為求解前提，直到得到滿意解。此外，還需要檢索專利庫，將已申請專利的備選方案排除，進行專利規(guī)避。

4生態(tài)設(shè)計方案的評價

按照以上方法和步驟獲取的生態(tài)產(chǎn)品設(shè)計方案可能會有多個，需要對它們進行評價，從中選取較優(yōu)的方案。簡單的評價方法可以從成本、交貨期、質(zhì)量、服務(wù)和生態(tài)性等幾個方面進行綜合評價，適用的數(shù)學(xué)方法有層次分析法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、模糊集法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。詳細的評價方法則涵蓋生命周期評價(Lifecycleassessment,LCA)或生態(tài)足跡(Ecologicalfootprint,EF)等指標。

應(yīng)用案例

1構(gòu)建計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)

集成TRIZ的產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計是一個復(fù)雜、系統(tǒng)、循環(huán)往復(fù)的過程，不是一次性的工作。設(shè)計過程需要調(diào)動企業(yè)不同領(lǐng)域的資源，包括人力、技術(shù)和信息資源，并且要不斷監(jiān)控和評價執(zhí)行過程，修改原來的分析和選擇。為此，設(shè)計一個支持集成TRIZ的產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計的計算機輔助系統(tǒng)，提供大量信息和知識支撐，輔助設(shè)計人員工作，有效提高設(shè)計效率。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

(1)知識檢索。產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫存儲與生態(tài)設(shè)計案例產(chǎn)品有關(guān)的數(shù)據(jù)，如材料、尺寸、圖紙等；知識庫存儲設(shè)計標準、設(shè)計手冊、法律法規(guī)、TRIZ參數(shù)闡釋等知識；專利庫存儲從中國、美國、日本、歐洲等專利局網(wǎng)站上下載的專利數(shù)據(jù)。知識檢索從產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、知識庫、專利庫中檢索產(chǎn)品數(shù)據(jù)、生態(tài)設(shè)計案例、相關(guān)專利、TRIZ工程參數(shù)和發(fā)明原理等信息和知識，為生態(tài)設(shè)計提供知識支持。

(2)數(shù)據(jù)存儲。按產(chǎn)品類別將獲取的客戶需求整理存儲，用作客戶需求統(tǒng)計分析，讓設(shè)計人員更好地傾聽顧客的聲音。將CAD軟件繪制的概念設(shè)計草圖或手繪草圖掃描后存儲在數(shù)據(jù)庫中，便于保存和查詢，為后續(xù)的初步設(shè)計和詳細設(shè)計提供參考依據(jù)。

(3)計算分析。該系統(tǒng)可輔助設(shè)計人員進行AHP計算(圖5)以獲取最需要改善的生態(tài)效率要素；進行專利統(tǒng)計分析獲取技術(shù)進化趨勢；進行簡單的設(shè)計方案評價以選取最優(yōu)方案。

2實例

摩擦片差速器是一種高摩擦自鎖式差速器，結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)，常用于轎車和輕型貨車上，如大眾高爾夫轎車即采用這種差速器。當一側(cè)車輪滑轉(zhuǎn)或車轉(zhuǎn)彎時，由于轉(zhuǎn)速差和軸向力的作用，主、從動摩擦片滑轉(zhuǎn)同時產(chǎn)生摩擦力矩。因此摩擦片需要良好的耐磨性和較少的質(zhì)量。

假設(shè)需要設(shè)計一種新的摩擦片，結(jié)合TRIZ技術(shù)進化規(guī)律和專利、文獻進行技術(shù)趨勢分析可以得出：接觸面材料的創(chuàng)新和發(fā)展是摩擦片發(fā)展的主要內(nèi)容，接觸面材料以前采用駝毛皮、皮革帶、木塊等，然后采用青銅、鋼等金屬，現(xiàn)在多采用以石棉為基礎(chǔ)的編織材料，未來將采用有機材料(如芳綸)、金屬陶瓷材料(由金屬基體、陶瓷和劑組成的多元復(fù)合材料)。按照WBCSD的分類，良好的耐磨性即F，較小的質(zhì)量即A。對照表1，相應(yīng)的TRIZ工程參數(shù)分別為23、26和15。TRIZ矛盾矩陣如表2所示。從表2中得出，發(fā)明原理“03.局部質(zhì)量”出現(xiàn)次數(shù)最高，求解時應(yīng)重點考慮。如摩擦片采用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計，接觸面的一層采用輕質(zhì)復(fù)合耐磨材料，另一層則只需要保持力學(xué)性能，如圖6所示。

結(jié)論