（電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)論文）接地網(wǎng)故障診斷中的蒙特卡羅分析應(yīng)用軟件研制.pdf

s u b j e c t a p p l i c a t i o ns o f t w a r eo fm o n t e c a r l oa p p r o a c hi ng r o u n d i n g g r i d sc o r r o s i o nd i a g n o s i s s p e c i a l t y p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n n a m e l uw d i n s t r u c t o r l i uj i a n w a n g j i a n x i n n iy u n f e n g a b s t r a c t s i g n a t u r e s i g n a t u r e s i g n a t u r e s i g n a t u r e 凱w 薩抽 a n a p p l i c a t i o ns o f t w a r et oe v a l u a t et h eg r o u d i n gg r i dc o r r o s i o nd i a g n o s i sa l g o r i t h m si s d e v e l o p e do nt h ep l a t f o r mo fm a t l a b a m o n t e c a r l ob a s e da p p r o a c hi sa p p l i e dt of o r mt h e t e s t i n gs a m p l e sb yr a n d o m l yc h a n g i n gt h eb r a n c hr e s i s t a n c e sa n dt h ei n i t i a lv a l u e so ft h e d i a g n o s i sa l g o r i t h m s t h ea v e r a g e dv a l u ea n di t ss t a n d a r dd e v i a t i o no fr e l a t i v ea c c u m u l a t e d e r r o ro fb r a n c hr e s i s t a n c e sa r eu s e da st h ei n d e x e sf o re v a l u a t i o n f i v eg r o u n d i n gg r i d c o r r o s i o nd i a g n o s i sa l g o r i t h m sa r ec o m p a r e d s u c ha s t h el i n e a rl e a s ts q u a r ea l g o r i t h m t h e n o n l i n e a rl e a s ts q u a r ea l g o r i t h m t h ei t e r a t i o nl e a s ts q u a r ea l g o r i t h m t h et a b us e a r c hb a s e d a l g o r i t h ma n d t h et a b u s i m p l e xh y b r i da l g o r i t h m a na p p l i c a t i o ns o f t w a r et oe v a l u a t et h et e s t a b i l i t yo ft h eb r a n c h e so fag r o u n d i n gg r i d u n d e rac e r t a i nt e s ts c h e m ei sd e v e l o p e do nt h ep l a t f o r mo fm a t l a b am o n t e c a r l ob a s e d a p p r o a c hi sa p p l i e dt of o r mt h et e s t i n gs a m p l e sb yr a n d o m l yc h a n g i n gt h eb r a n c hr e s i s t a n c e s t h et e s t a b i l i t yi d e n t i f i c a t i o ni sb a s e do nt h es t a t i s t i ca n a l y s i so ft h es i m u l a t e dc o r r o s i o n d i a g n o s i sr e s u l t so ft h eb r a n c h e s t h eb r a n c h e sw i t ht h e i ra v e r a g e d v a l u eo fr e l a t i v e a c c u m u l a t e de r r o rl e s st h a nt h eg i v e nt h r e s h o l da r ed e t e r m i n e da sc l e a rb r a n c h e s t h eo t h e r b r a n c h e sa r eu n c e r t a i n b r a n c h e s a ni m p r o v e dm e t h o db a s e do nam i n i m u ms p a n n i n gt r e e a l g o r i t h mi si n t r o d u c e d w i t hw h i c h n o to n l yt h ec o r r e c t n e s so ft e s t a b i l i t ye v a l u a t i o ni s r e m a r k a b l yi n c r e a s e d b u ta l s ot h ec a l c u l a t i o no ft e s t a b i l i t ye v a l u a t i o ni so b v i o u s l yr e d u c e d s o m ei n s t a n c e sa r ea n a l y z e dt os h o wt h a tt h ed e v e l o p e ds o f t w a r ei sc o r r e c t i na c c o r d a n c ew i t ht h et o u c h a b l en o d e sd e v i a t i o np r o b l e m s t h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r et o a n a l y z et h ei n f l u e n c e so ft o u c h a b l en o d e sd e v i a t i o no nt h ea c c u r a c yo fd i a g n o s i sa n dt h e t e s t a b i l i t yo fg r o u n d i n gg r i d sc o r r o s i o nd i a g n o s i si sd e v e l o p e d t h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r ei s a l s ob a s e do nam o n t e c a r l oa p p r o a c ha n di sd e v e l o p e do nt h ep l a t f o r mo fm a t l a b k e yw o r d s g r o u n d i n g 鰣d sc o r r o s i o nd i a g n o s i s m o n t e c a r l oa p p r o a c h t e s t a b i l i t y e v a l u a t i o nm i n i m u m s p a n n i n gt r e ea l g o r i t h mp r o g r a m m i n g t h e s i s a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 主要符號及其代表意義 主要符號及其代表意義 彳 接地網(wǎng)的降階關(guān)聯(lián)矩陣 接地網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù) 曰 接地網(wǎng)的支路數(shù) 足 支路電阻對角線矩陣 g 節(jié)點(diǎn)電導(dǎo)矩陣 節(jié)點(diǎn)注入電流向量 璣 可及節(jié)點(diǎn)電壓向量 a r 支路電阻增量向量 m 靈敏度矩陣 璣 可及節(jié)點(diǎn)電壓增量向量 必 a r 的最優(yōu)解估計(jì)向量 r 支路電阻設(shè)計(jì)值向量 k 支路電阻診斷結(jié)果向量 璣 可及節(jié)點(diǎn)電壓量測向量 d 鏞 第k 次迭代時(shí)可及節(jié)點(diǎn)的電壓估計(jì)向量 d 咖 第k 次迭代時(shí)可及節(jié)點(diǎn)的電壓增量估計(jì)向量 r 第k 次迭代時(shí)支路的電阻向量 k 可及節(jié)點(diǎn)間電壓量測向量 礦 可及節(jié)點(diǎn)間電壓估計(jì)向量 矽 實(shí)際接地網(wǎng)支路電阻的最大可能取值與其最小可能取值之比 k 樣本個數(shù) n b 考察范圍內(nèi)接地網(wǎng)的支路數(shù) 互 支路電阻診斷結(jié)果的相對誤差均值 主要符合及其代表意義 孑 支路電阻診斷結(jié)果的相對誤差標(biāo)準(zhǔn)差 t 接地網(wǎng)故障診斷算法所需的平均診斷時(shí)間 e s 相對累積誤差均值對初值的敏感性 s s 相對累積誤差均值的標(biāo)準(zhǔn)差對初值的敏感性 1 設(shè)置的閾值 i i x l l x 的二階范數(shù) 待測試接地網(wǎng)的支路電阻對角線矩陣 2 西要料技丈學(xué) 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性說明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及 其取得研究成果 盡我所知 除了文中加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文巾不包含 其他人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得西安科技大學(xué) 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料 與我 同丁作的同志對本研究所 做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意 學(xué)位論文作者簽名 尹偉 日期 泖7 c f 沖 學(xué)位論文知識產(chǎn)權(quán)聲明書 本人完全了解學(xué)校有關(guān)保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定 即 研究牛在校攻讀學(xué)位期間 論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬于西安科技大學(xué) 學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或 機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 本人允許論文被查閱和借閱 學(xué)?？梢詫⒈緦W(xué) 位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃描 等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文 同時(shí)本人保證 畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課 題再撰寫的文章一律注明作者單位為西安科技大學(xué) 保密論文待解密后適用本聲明 學(xué)位論文作者簽名 聲偉 舯刻慳馬習(xí)每 1 年j 尹月7 日 1 緒論 1 1 選題的意義 1 緒論 接地就是將電氣設(shè)備的某些部分 電力系統(tǒng)的某點(diǎn)與大地相連 提供故障電流及雷 電流的泄流通道 穩(wěn)定電位 提供零電位參考點(diǎn) 以確保電力系統(tǒng) 電氣設(shè)備的安全運(yùn) 行 同時(shí)確保電力系統(tǒng)運(yùn)行人員及其他人員的人身安全l l 電力系統(tǒng)交流電氣裝置的接地按其功能可分為基本的三類 工作接地 防雷接地和 保護(hù)接地 而接地的目的是利用地作為傳導(dǎo)電流回路的一個元件 從而在正常 事故或 遭受雷擊的情況下將電氣連接處的電位固定在某一允許的范圍內(nèi) 以保證人身和設(shè)備安 全 維護(hù)系統(tǒng)和設(shè)施安全可靠地運(yùn)行1 2 j 發(fā) 變電站的接地網(wǎng)是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要措施 構(gòu)成接地網(wǎng)的導(dǎo)體 埋設(shè)在地下 常因施工時(shí)焊接不良 漏焊 接地短路電流電動力的作用等原因 特別是 土壤多年的嚴(yán)重腐蝕 使接地網(wǎng)均壓導(dǎo)體之間存在電氣連接不良的情況 使接地網(wǎng)接地 性能變壞 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí) 可能造成地電位異常升高或分布不均 除給運(yùn)行人 員安全帶來嚴(yán)重威脅外 還可能因反擊或電纜皮環(huán)流使二次設(shè)備的絕緣遭到破壞 高壓 竄入控制室 引起檢測或控制設(shè)備發(fā)生誤動作或拒動而擴(kuò)大事故 帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失 和社會影響 我國每年因接地事故造成的損失十分巨大 3 1 9 8 1 年3 月廣東員村變電站員文線綠相刀閘雷擊閃絡(luò)接地 3 5 k v 孝1 2 電壓互 感器刀閘和員文線黃 紅相刀閘同時(shí)損壞 部分接地網(wǎng)在相間短路時(shí)燒斷 地電位升高 高壓竄入二次回路 擊穿電纜1 0 多條 并損壞一些繼電器 電度表等 群1 主變的3 5k v 線圈也在事故中損壞 4 j 1 9 8 1 年廣西合山電廠1 1 0k v 開關(guān)站內(nèi)a 相母線側(cè)的支柱瓷瓶在雨霧中閃絡(luò) 造成 弧光接地 a 相接地發(fā)展成兩相短路 最后發(fā)展成三相短路 損壞二次電纜 端子排及 二次設(shè)備 一臺1 0 萬k w 發(fā)電機(jī)損壞 造成全廠停電的重大事故 事故擴(kuò)大的主要原 因是接地引下線在地表以下幾十公分處腐蝕嚴(yán)重 4 1 9 8 5 1 9 8 6 年兩年間湖北省胡集 潛江 武鋼等三個2 2 0k v 變電所因接地不良將 變電所內(nèi)弧光短路事故擴(kuò)大為全站停電和設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞事故 4 1 9 9 1 年浙江電網(wǎng)一個1 1 0k v 變電所發(fā)生了3 5k v 開關(guān)站接地短路 由于接地裝置 存在問題 使一次系統(tǒng)事故擴(kuò)大n 次系統(tǒng) 造成全所停電1 3 個小時(shí) 一 二次設(shè)備 大量損壞 4 1 9 9 4 年四川華瑩山發(fā)電廠因變壓器中性點(diǎn)接地不良 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生污閃時(shí) 造成變壓 器 發(fā)電機(jī)嚴(yán)重?zé)龤У膼盒允鹿?損失十分嚴(yán)重1 4 j 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 9 9 9 年太原供電局新店變電所1 0 k v 開關(guān)柜爆炸起火 造成1 1 0 k v 2 2 0 k v 系統(tǒng)接 地 主變及主控制室設(shè)備全部燒損 因電壓降低致使華北電網(wǎng)9 臺機(jī)組停運(yùn) 電網(wǎng)周波 曾一度降低至4 9 3 8 h z t 糾 國內(nèi)接地網(wǎng)一般采用扁鋼制成 常年埋設(shè)在地下 容易發(fā)生不同程度的腐蝕 變形 甚至斷裂 工程上對接地網(wǎng)性能好壞的檢測一般通過測量接地電阻的大小來判斷 但卻 無法了解接地網(wǎng)的腐蝕和斷點(diǎn)情況 地面上的設(shè)備一般通過接地引下線與接地網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò) 交叉點(diǎn)相連 但并非所有接地網(wǎng)絡(luò)交叉點(diǎn)都可以通過接地引下線引出 作為可及節(jié)點(diǎn) 實(shí)際中只有少數(shù)的可及節(jié)點(diǎn)可以被利用 因此工程人員就不能準(zhǔn)確獲取接地網(wǎng)腐蝕信 息 這樣就給接地網(wǎng)腐蝕故障診斷帶來了極大的困難 而工程上一般都是在發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng) 電阻不合格后 通過大面積開挖查找接地網(wǎng)斷點(diǎn)和腐蝕段 這種方法帶有盲目性 工作 量極大 還影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行 綜上所述 在不斷電和不對接地網(wǎng)進(jìn)行大范圍開挖的情況下進(jìn)行接地網(wǎng)腐蝕故障診 斷 對于正確地掌握接地網(wǎng)的運(yùn)行狀況 及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并采取相應(yīng)措施 保護(hù)電力系統(tǒng) 工作人員人身和財(cái)產(chǎn)安全 保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義 社會價(jià)值 和經(jīng)濟(jì)價(jià)值 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外學(xué)者對接地技術(shù)的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果 并且廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐的 各個領(lǐng)域 接地網(wǎng)性能評估方面的研究成果主要集中在三個方面 一是針對接地參數(shù)的 分析與計(jì)算 主要集中于對接地電阻及電位分布的測量 二是對接地網(wǎng)設(shè)計(jì) 安裝和維 護(hù)方面的研究 三是對接地網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無損檢測與腐蝕故障診斷 在直流電流激勵下 接地網(wǎng)導(dǎo)體間的分布電感和分布電容可以被忽略 理論上可以 將接地網(wǎng)等效為純電阻網(wǎng)絡(luò) 將可以測量的接地引下線節(jié)點(diǎn)定義為可及節(jié)點(diǎn) 接地網(wǎng)腐 蝕故障診斷的常用方法就是在直流電流源激勵情況下 通過測量接地網(wǎng)可及節(jié)點(diǎn)間的電 壓 根據(jù)電路網(wǎng)絡(luò)理論和適當(dāng)?shù)母g故障診斷算法求解接地網(wǎng)各條導(dǎo)體的實(shí)際電阻值 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷示意圖如圖1 1 所示 2 1 緒論 斟 l 流源激 幾壁 i i t tl t i t t t t t i t t t t t 一接地引下線 廠 f 7 圖1 1 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷示恿圖 國外對于接地網(wǎng)性能評估方面的研究起步較早 在計(jì)算方法 分析軟件和試驗(yàn)方法 上已經(jīng)取得了很多成果 但是由于國外接地網(wǎng)導(dǎo)體大多使用銅制材料 具有較強(qiáng)的抗腐 蝕性 而國內(nèi)的接地網(wǎng)導(dǎo)體大多采用扁鋼制成 很容易發(fā)生腐蝕 因此對于接地網(wǎng)腐蝕 故障診斷方面的研究主要集中在國內(nèi) 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷主要是通過電磁場分析法或 參數(shù)識別法來進(jìn)行的 多年來國內(nèi)很多學(xué)者在該領(lǐng)域已經(jīng)取得了眾多成果 文獻(xiàn) 6 提出了一種基于復(fù)鏡象法的模擬計(jì)算變電站接地網(wǎng)的方法 并在此基礎(chǔ)上開 發(fā)了變電站接地系統(tǒng)模擬計(jì)算軟件 適用于多層大地模型中任意結(jié)構(gòu)的接地網(wǎng) 文獻(xiàn) 7 分析了接地網(wǎng)損壞的原因 指出接地網(wǎng)腐蝕是很多重大電氣事故的主要原因 之一 文獻(xiàn) 8 提出了一種基于矩量法的接地網(wǎng)頻域性能分析的數(shù)值計(jì)算方法 文獻(xiàn) 9 提出了一種接地網(wǎng)故障的無傷檢測方法 通過比較接地網(wǎng)可及測試點(diǎn)間的電 壓測量值與其無故障時(shí)的電壓計(jì)算值判定接地網(wǎng)故障 并利用神經(jīng)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)故障定位 文獻(xiàn) l o 和文獻(xiàn) 1 1 分別通過探測地面磁場和電勢差獲取接地網(wǎng)支路斷裂的位置信 息 解決了接地網(wǎng)斷裂故障的定位問題 文獻(xiàn) 1 2 基于特勒根定理 將原始接地網(wǎng) 未腐蝕 和實(shí)際接地網(wǎng) 腐蝕后 的支 路電壓和電流進(jìn)行互換 并通過測量可及節(jié)點(diǎn)間的電阻建立故障方程 從而得出接地網(wǎng) 各條導(dǎo)體的實(shí)際電阻 文獻(xiàn) 1 3 和文獻(xiàn) 1 4 采用參數(shù)識別法 應(yīng)用電路網(wǎng)絡(luò)理論知識推導(dǎo)出反映導(dǎo)體電阻 變化對可及節(jié)點(diǎn)電壓影響的靈敏度矩陣 在此基礎(chǔ)上建立了故障診斷方程 以接地網(wǎng)能 量損耗最小為目標(biāo)函數(shù) 采用單純形法求解導(dǎo)體電阻變化增量 采用多激勵法對多次測 量的診斷結(jié)果進(jìn)行擇優(yōu)選擇 有效地排除偽故障 文獻(xiàn) 1 5 將接地網(wǎng)等效為純電阻網(wǎng)絡(luò) 運(yùn)用電路網(wǎng)絡(luò)理論及最優(yōu)化技術(shù) 建立基于 靈敏度矩陣的故障診斷方程組 通過m a t l a b 中的非負(fù)最小二乘函數(shù)求解欠定方程組 3 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 根據(jù)初步診斷結(jié)果 有選擇地增加測量點(diǎn) 進(jìn)行二次故障診斷 排除偽故障 確定真實(shí) 故障 文獻(xiàn) 1 6 認(rèn)為在建立基于靈敏度矩陣的故障診斷方程時(shí) 由于能夠利用的可及節(jié)點(diǎn) 有限 因此建立的故障診斷方程是沒有唯一解的欠定方程 以接地網(wǎng)電阻消耗的熱能最 小為目標(biāo)函數(shù) 以腐蝕后電阻增量非負(fù)為約束條件建立數(shù)學(xué)模型 利用b f g s 變尺度法 求解數(shù)學(xué)模型 并開發(fā)了可視化的診斷軟件 文獻(xiàn)f 1 7 認(rèn)為可及節(jié)點(diǎn)越多 測試的組別越多 故障診斷方程病態(tài)的程度越低 計(jì) 算的結(jié)果更接近實(shí)際情況 采用相對隸屬度函數(shù)的概念 建立了多因素系統(tǒng)模糊優(yōu)選模 型 選擇優(yōu)等的方案作為診斷的依據(jù) 從而得到接近實(shí)際的診斷結(jié)果 文獻(xiàn) 1 8 針對基于靈敏度矩陣建立的故障診斷方程是欠定方程 創(chuàng)新性地提出了一 種在可及節(jié)點(diǎn)中輪換電流源激勵位置 每處激勵位置多處量測節(jié)點(diǎn)電壓的方法 充分利 用可及節(jié)點(diǎn)建立測試方案 對于建立的非線性故障診斷方程 采用迭代的方法用線性方 程來逼近非線性方程 得到故障診斷方程最小二乘意義上的最優(yōu)解 認(rèn)為增廣故障診斷 方程組中的獨(dú)立方程個數(shù)可以反映各種測試方案的優(yōu)劣 文獻(xiàn) 1 9 研究了測量誤差對接地網(wǎng)故障診斷結(jié)果的影響 反復(fù)利用文獻(xiàn) 1 8 的方法 進(jìn)行故障診斷 對診斷結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析 得出各個支路故障的一系列分析指標(biāo) 通 過這些指標(biāo)對測試方案和算法進(jìn)行改進(jìn) 提高了故障診斷的準(zhǔn)確性 文獻(xiàn) 2 0 提出了一種基于禁忌搜索算法的接地網(wǎng)故障診斷方法 采用輪換激勵位置 每處激勵多處量測的方法建立測試方案 以可及節(jié)點(diǎn)間量測電壓與估計(jì)電壓差的平方和 最小為適配值函數(shù) 以支路電阻設(shè)計(jì)值為初始解進(jìn)行故障診斷 得到了接近實(shí)際的診斷 結(jié)果 文獻(xiàn) 2 3 提出了一種基于遺傳算法的非線性最小二乘優(yōu)化算法進(jìn)行接地網(wǎng)故障診 斷 有效地解決了故障診斷方程欠定的問題 提出了一種減少計(jì)算靈敏度矩陣時(shí)間的方 法 并采用固定部分支路的策略減少了運(yùn)算規(guī)模 文獻(xiàn) 2 5 在電路網(wǎng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)上 提出并證明了利用可及節(jié)點(diǎn)測試值診斷接地網(wǎng) 故障的判據(jù) 利用網(wǎng)絡(luò)撕裂的方法將接地網(wǎng)撕裂為更小的區(qū)域 建立接地網(wǎng)區(qū)域故障診 斷方程進(jìn)行無傷診斷 文獻(xiàn) 2 6 提出了一種基于場路結(jié)合的不等電位模型的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷方法 通 過接地網(wǎng)腐蝕前后導(dǎo)通電阻以及地表電位分布的變化來判斷接地網(wǎng)的腐蝕情況 文獻(xiàn) 2 7 在文獻(xiàn) 1 8 的基礎(chǔ)上 提出了使用微量處理法使得接地網(wǎng)故障診斷方程在 極小的區(qū)域內(nèi)線性化 即通過每次迭代使得電壓增量逐漸減小 保證利用迭代最d x 乘 算法的每一步都使得各條支路的迭代電阻值逼近真實(shí)電阻值 文獻(xiàn) 2 8 提出了一種基于分層約簡模型進(jìn)行接地網(wǎng)故障診斷可測性分析的方法 將 接地網(wǎng)分解為準(zhǔn)元版塊 元版塊 元網(wǎng)絡(luò) 可及接地網(wǎng)和本征接地網(wǎng) 根據(jù)支路電阻的 4 1 緒論 唯一確定性 將支路分為明晰支路和不確定支路 指出本征接地網(wǎng)的支路都是明晰支路 根據(jù)互易定理和疊加原理 獲得使得接地網(wǎng)故障診斷方程相互獨(dú)立的測試方案 文獻(xiàn) 3 0 利用文獻(xiàn) 2 8 提出的接地網(wǎng)到準(zhǔn)元版塊 元版塊 元網(wǎng)絡(luò) 可及接地網(wǎng)和 本征接地網(wǎng)的分解過程 以及明晰支路和不確定支路的劃分原理 研制了接地網(wǎng)的自動 拓?fù)浞纸馑惴ê徒拥鼐W(wǎng)支路的可測性判斷算法 文獻(xiàn) 3 1 提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥儞Q的接地網(wǎng)分層約簡方法 將接地網(wǎng)分解為準(zhǔn) 元版塊 元版塊 元網(wǎng)絡(luò) 可及接地網(wǎng)和本征接地網(wǎng)等層次 認(rèn)為支路電阻可以唯一確 定的為明晰支路 不能唯一確定的為不確定支路 在此基礎(chǔ)上 提出了一種從本征接地 網(wǎng)逐層上溯的求解明晰支路電阻的方法 對于不確定支路 求取其最小二乘意義上的最 優(yōu)解 并且確定其可能取值范圍 文獻(xiàn) 3 4 提出并證明了無源電阻網(wǎng)絡(luò)的最大電壓定理及其3 個推論 在此基礎(chǔ)上指 出分別將恒定電流源加載在各條本征支路上 并測量相應(yīng)本征支路兩端電壓的測試方案 是完備的 并且是最優(yōu)的 但是由于接地引下線自身電阻的影響 激勵和量測不能共線 因此上述測試方案只是一種 理想最優(yōu)充分測試方案 為解決實(shí)際應(yīng)用問題 提出了 一種次優(yōu)充分測試方案 即在采用恒定電流源對各條本征支路進(jìn)行激勵時(shí) 分別測量與 該本征支路的節(jié)點(diǎn)相鄰的一些節(jié)點(diǎn)間的若干組電壓構(gòu)成測試數(shù)據(jù)集合 文獻(xiàn) 3 5 提出了一種基于分層約簡模型的接地網(wǎng)引下線電阻分區(qū)測試與診斷方法 文獻(xiàn) 3 7 提出了一種基于混沌d u f f i n g 振子和改進(jìn)f f t 算法的接地網(wǎng)故障診斷弱信 號幅值檢測方法 有效地提高了測量的精度 1 3 本文研究的主要內(nèi)容 眾多學(xué)者對接地網(wǎng)腐蝕故障診斷領(lǐng)域已經(jīng)作出了重要貢獻(xiàn) 但是在該領(lǐng)域中仍然有 許多工作需要進(jìn)一步開展 本文研究的主要內(nèi)容包括 1 采用蒙特卡羅方法對已有文獻(xiàn)中的線性最小二乘算法 非線性最d 乘算法 迭代最小二乘算法和禁忌搜索算法進(jìn)行比較 并基于m a t l a b 編程語言研制接地網(wǎng)腐 蝕故障診斷算法評價(jià)的通用程序 2 采用蒙特卡羅方法對任意測試方案下接地網(wǎng)支路的可測性進(jìn)行分析 采用最小 生成樹算法進(jìn)行明晰與不確定支路的自動劃分 基于m a t l a b 編程語言研制接地網(wǎng)支 路可測性分析的通用程序 3 基于蒙特卡羅方法 對可及節(jié)點(diǎn)位置偏移情況下的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷結(jié)果的 準(zhǔn)確性和可測性進(jìn)行分析 4 采用仿真和實(shí)際算例分別對所研究的算法和所研制的軟件進(jìn)行驗(yàn)證 5 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷基本算法評價(jià) 評價(jià)一種接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法是否具有優(yōu)越性 可以從其診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性和 診斷結(jié)果與支路電阻初值選取的相關(guān)性來考察 本章詳細(xì)地研究了接地網(wǎng)腐蝕故障診斷 4 種基本算法的原理及實(shí)現(xiàn)過程 采用蒙特卡羅方法對接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法進(jìn)行評 價(jià) 并采用m a t l a b 研制了算法評價(jià)的通用程序 對于正確認(rèn)識診斷算法 發(fā)現(xiàn)診斷 算法存在的問題以及恰當(dāng)?shù)剡x擇診斷算法具有指導(dǎo)意義 2 1 蒙特卡羅分析方法 蒙特卡羅方法又被稱為隨機(jī)抽樣技巧或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法 早在1 7 世紀(jì) 人們就知道 用事件發(fā)生的 頻率 來決定事件的 概率 1 9 世紀(jì)人們用投針試驗(yàn)的方法來決定圓 周率7 c 2 0 世紀(jì)4 0 年代 美國數(shù)學(xué)家v o nn e u m a n n 首先用這種方法在數(shù)字電子計(jì)算機(jī) 上模擬中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 并把第一個這樣的程序命名為 m o n t ec a r l o 程序 隨著科學(xué)技 術(shù)的發(fā)展和高速電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn) 蒙特卡羅方法得到了快速的發(fā)展 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用 于金融工程學(xué) 計(jì)算物理學(xué) 電氣工程 系統(tǒng)工程等多個領(lǐng)域 蒙特卡羅方法是一種計(jì)算隨機(jī)變量函數(shù)均值的方法 它可以分析復(fù)雜空間上的多維 平均的估值問題 因此它為建立和分析復(fù)雜模型提供了一種可行的方法 進(jìn)一步擴(kuò)展 均值可以是定義在多個隨機(jī)變量上的多維概率密度函數(shù)的某個特定的平均值 而且任何 一個量都可以表示為一個或者多個隨機(jī)變量的函數(shù)的均值 因此蒙特卡羅方法具有很強(qiáng) 的適用性1 2 2 蒙特卡羅方法的基本思想是 當(dāng)所要求解的問題是某個事件出現(xiàn)的概率 或者是某 個隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望 或者是與概率 數(shù)學(xué)期望相關(guān)的量時(shí) 可以通過某種試驗(yàn)的方 法 得到這種事件出現(xiàn)的頻率 或者這個隨機(jī)變量若干個觀測值的平均值 并用它們作 為問題的解1 2 我們知道 在電氣工程領(lǐng)域中很多問題都是復(fù)雜的 非線性的 并且多數(shù)模型的維 數(shù)很大 這種 維數(shù)災(zāi) 現(xiàn)象限制了許多優(yōu)秀的解析方法的實(shí)際應(yīng)用 而蒙特卡羅方法 的計(jì)算速度和誤差大小與問題的復(fù)雜度和相空間的維數(shù)無關(guān) 不管狀態(tài)函數(shù)是否非線 性 隨機(jī)變量是否非正態(tài) 只要模擬的次數(shù)足夠多 就可得到一個比較精確的可信度指 標(biāo) 并且思路簡單易于編制程序 這一性質(zhì)使得它在科學(xué)和工程的許多領(lǐng)域都獲得了重 要應(yīng)用 蒙特卡羅方法具有以下優(yōu)點(diǎn)口l 1 能夠比較逼真地描述具有隨機(jī)性質(zhì)的事物的特點(diǎn)及物理實(shí)驗(yàn)過程 2 受問題條件限制的影響小 6 2 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷基本算法評價(jià) 3 收斂速度與問題的維數(shù)無關(guān) 4 具有同時(shí)計(jì)算多個方案與多個未知量的能力 5 誤差容易確定 6 程序結(jié)構(gòu)簡單 易于實(shí)現(xiàn) 但是它也有一定的不足 2 l 1 收斂速度慢 2 誤差具有概率性 由于接地網(wǎng)埋設(shè)在地下 其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜 可及節(jié)點(diǎn)的數(shù)量很少 并且分布不 均勻 支路導(dǎo)體的腐蝕程度各不相同 在實(shí)際測試中制定的測試方案可能是不完備的 上述因素使得利用電路網(wǎng)絡(luò)理論建立起來的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷方程組必然是非線性 的 特別對于大型接地網(wǎng) 建立起來的腐蝕故障診斷方程組的維數(shù)巨大 無法利用嚴(yán)格 解析的方法進(jìn)行接地網(wǎng)腐蝕故障診斷的可測性分析 但是 在一定精度要求下 蒙特卡 羅方法的抽樣次數(shù)與系統(tǒng)的規(guī)模無關(guān) 特別適用于大型接地網(wǎng)故障診斷可測性分析 并 且基于蒙特卡羅方法的程序數(shù)學(xué)模型相對簡單 便于實(shí)現(xiàn) 因此 蒙特卡羅方法成為解 決接地網(wǎng)腐蝕故障診斷可測性問題的一種可行方法 2 2 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷的增量故障診斷方程組 在恒定直流電流源激勵下 接地網(wǎng)的分布電容和引線電感可以忽略 因此可將接地 網(wǎng)等效為純電阻網(wǎng)絡(luò) 由于接地網(wǎng)支路導(dǎo)體的電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于土壤電阻率 在進(jìn)行故障 診斷時(shí) 土壤的散流特性可近似忽略不計(jì) 文獻(xiàn) 1 8 提出了接地網(wǎng)腐蝕故障診斷的增量故障診斷方程組 即 對于一個具有 個節(jié)點(diǎn) 召條支路的接地網(wǎng) 根據(jù)電路理論 其節(jié)點(diǎn)電壓方程的矩陣形式為 璣 g 1 j 2 1 其中 璣為節(jié)點(diǎn)電壓向量 n 1 行 l 列 g 為節(jié)點(diǎn)電導(dǎo)矩陣 n 1 行 1 列 j 為 節(jié)點(diǎn)注入電流向量 n 1 行 1 列 g a r a 7 1 2 2 其中 4 為接地網(wǎng)的降階關(guān)聯(lián)矩陣 n 1 行 召列 r 為支路電阻對角線矩陣 召行 b 列 在激勵僅采用恒定電流源的條件下 作節(jié)點(diǎn)電壓方程的全微分 有 d 璣 善b g i a 篆a t u d r 2 3 將式 2 3 的微分形式寫成增量的形式 有 善b g i a 篆 璣皚 喜臚 皚 m 衄 2 4 7 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 式中 a r b 行 l 列 為接地網(wǎng)支路電阻增量向量 刪f 為 1 行1 列的向量 元素 m 反映第f 條支路的電阻變化對第 個節(jié)點(diǎn)電壓的影響 m 為 1 行b 列的矩陣 它 反映了在對接地網(wǎng)施加給定激勵下 各條支路電阻的變化對各個節(jié)點(diǎn)電壓的影響 由于受到可及節(jié)點(diǎn)數(shù)量和分布的限制 只有少數(shù)可及節(jié)點(diǎn)處的 璣可以得到 因此 只能抽取式 2 4 中與可及節(jié)點(diǎn)有關(guān)的若干行得到一個高度欠定的線性方程組 為了解決 上述問題 文獻(xiàn) 1 8 1 提出了一種輪換激勵位置 每處激勵多處量測的方法 有效地增加 了方程個數(shù) 這樣構(gòu)成的方程組稱為接地網(wǎng)腐蝕故障診斷的增量故障診斷方程組 2 3 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷的4 種基本算法 2 3 1 基于線性最小二乘法的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法 對式 2 4 所示的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷的增量故障診斷方程組 可以采用式 2 5 所示 的線性最小二乘優(yōu)化模型求解 線性最t j 乘優(yōu)化模型為 1 啞n 吉1 c x d 眨 其中x a r 2 5 求得a r 的最優(yōu)解估計(jì)向量為必 則各條支路電阻診斷結(jié)果的估計(jì)值為 r r o i 從 2 6 式 2 5 所示的線性最小二乘優(yōu)化模型可以使用m a t l a b 工具箱中的函數(shù)直接求解 函數(shù)構(gòu)造為x l s q l i n c d a b a e q b e q l b u b 其中x 表示所求變量 c 和d 表示由變量 x 構(gòu)造的函數(shù)的約束系數(shù) 4 和b 表示變量x 的不等式約束系數(shù) a e q 和b e q 表示變量x 的等式約束系數(shù) 舾和口6 表示變量x 的下限和上限 2 3 2 基于非線性最小二乘法的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法 文獻(xiàn) 1 8 指出 在將式 2 3 的全微分表達(dá)式表示成增量形式時(shí) 只有當(dāng) 璣和a r 很 小時(shí) 才能近似認(rèn)為硝 是不變的 因?yàn)橄禂?shù)中 中含有和支路電阻相關(guān)的量塑二 訛 也即 璣和a r 之間呈線性關(guān)系 但是在實(shí)際情況中 若采用接地網(wǎng)支路電阻的設(shè)計(jì)值 蜀作為初始值時(shí) 則對于發(fā)生了嚴(yán)重銹蝕的支路 a r r 冠是很大的 因此 矽 和越 之間呈非線性關(guān)系 針對上述情況 式 2 4 所示的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷的增量故障診斷方程組需要采用 式 2 7 所示的非線性最小二乘優(yōu)化模型求解 非線性最小二乘優(yōu)化模型為 8 2 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷基本算法評價(jià) m 工i n f x 石 x 2 石 x 2 z x 2 其中x a r 2 7 求得從的最優(yōu)解估計(jì)向量為碰 則各條支路電阻診斷結(jié)果的估計(jì)值為 詹 r 必 2 8 式 2 7 所示的非線性最小二乘優(yōu)化模型可以使用m a t l a b 工具箱中的函數(shù)直接求 解 函數(shù)構(gòu)造為x l s q n o n l i n f u n x o l b u b o p t i o n s 其中x 表示所求變量 f u n 表示由變 量x 構(gòu)造的函數(shù) x 口表示變量x 的初值 腸和曲表示變量x 的下限和上限 o p t i o n s 為 非線性最小二乘優(yōu)化模型的參數(shù)設(shè)置 2 3 3 基于迭代最小二乘法的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法 文獻(xiàn) 1 8 采用迭代的方法 利用線性方法求解非線性問題 設(shè)接地網(wǎng)支路電阻向量 的設(shè)計(jì)值為r 采用文獻(xiàn) 3 4 的方法獲得的電壓充分量測向量為璣 文獻(xiàn) 1 8 提出的基 于迭代最小二乘法的接地網(wǎng)故障診斷算法的實(shí)現(xiàn)步驟為 1 以接地網(wǎng)各條支路的設(shè)計(jì)值為迭代初值 即k o g o 根據(jù)底計(jì)算出電壓初值估 計(jì)向量眈 2 計(jì)算第k 次迭代時(shí)的電壓增量估計(jì)向量為 痧 d 虬 痧 2 9 構(gòu)造第k 次迭代時(shí)的腐蝕故障診斷方程為 a t 扮 m d 應(yīng) d 2 10 3 采用線性最小二乘法 求第k 次迭代時(shí) 滿足式 2 1 1 描述的目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解 估計(jì)向量廟k 扣 喈割m 必一 d 哐 2 1 1 計(jì)算第k 次迭代時(shí)的支路電阻診斷估計(jì)向量為 贏咖 r 咖 必 2 1 2 4 如果收斂精度達(dá)到規(guī)定要求 則退出迭代 詹 協(xié)就是最終的診斷結(jié)果 記作夤 否則 采用節(jié)點(diǎn)電壓法 根據(jù)詹露 計(jì)算出第k 次迭代時(shí)的電壓向量d 扮 返回 2 9 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 3 4 基于禁忌搜索的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法 文獻(xiàn) 2 0 采用禁忌搜索算法進(jìn)行接地網(wǎng)腐蝕故障診斷 下面簡要闡述其關(guān)鍵技術(shù) 1 適配值函數(shù) m i n 廠 幟一吼 2 1 3 其中 k 為可及節(jié)點(diǎn)間電壓的量測向量 礦為可及節(jié)點(diǎn)間電壓的估計(jì)向量 2 候選解 初始解和約束條件 以支路電阻向量為候選解 以接地網(wǎng)各條支路電阻的設(shè)計(jì)值為初始解 一般情況下 接地網(wǎng)的支路電阻在發(fā)生腐蝕后 其阻值只會較設(shè)計(jì)值焉增大 而且 當(dāng)導(dǎo)體腐蝕到一定程度時(shí) 其支路電阻變化對節(jié)點(diǎn)電壓影響非常小 因此約束條件為 g o r q 7 矽r 2 1 4 其中 七 為第k 次電阻迭代向量 夠一般可取4 0 6 0 3 禁忌對象 禁忌長度和藐視準(zhǔn)則 以接地網(wǎng)的支路電阻為禁忌對象 禁忌長度一般可設(shè)計(jì)為3 5 步 采用基于適配值 的全局形式的藐視準(zhǔn)則 4 鄰域解向量 假設(shè)第k 次迭代得到的支路電阻診斷結(jié)果宜扣中第 條支路電阻為露扣 則對其領(lǐng) 域搜索計(jì)算為 可 等七 麥 孽七 一 盱七 琴 譬 口篡郇等 2 1 5 j i i 礓 o r 耳 緲 吣 川鬟p 鬟 2 1 6 詹墻 一口群肛 巧 0 其中 口為調(diào)整系數(shù) 5 終止準(zhǔn)則 若第k 次迭代與第k 1 次迭代得到的適配值的偏離幅度小于設(shè)定的閾值 或達(dá)到給 定的最大迭代步數(shù) 則終止搜索 閾值一般可以設(shè)為初始解適配值的0 0 1 0 1 倍 最大 迭代步數(shù)可以設(shè)為3 0 5 0 步 1 0 2 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷基本算法評價(jià) 由于禁忌搜索算法仍不能徹底避免陷入局部最優(yōu) 因此 診斷結(jié)果與初值可能有一 定聯(lián)系 為此 可采用一種單純形法動態(tài)調(diào)整初值并反復(fù)調(diào)用禁忌搜索策略的改進(jìn)方法 有效地降低了禁忌搜索算法陷入局部最優(yōu)的可能性 2 4 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法的評價(jià)方法 2 4 1 評形r 專旨標(biāo) 對于第i 條支路 其電阻診斷結(jié)果的相對誤差均值石 支路電阻診斷結(jié)果的相對誤 差標(biāo)準(zhǔn)差孑 考察范圍內(nèi)接地網(wǎng)的平均相對累積誤差均值吲和考察范圍內(nèi)接地網(wǎng)的平 均相對累積誤差均值的標(biāo)準(zhǔn)差吲分別計(jì)算如下 艫i 1 薈x 筆鏟 2 1 7 c r j2 孑i 互l 丁1 芝n 匭 1 2 瓦備恤 2 1 8 2 1 9 2 2 0 其中 r 后 和足 七 分別為第f 條支路電阻的第k 個樣本的診斷結(jié)果和實(shí)際值 k 為樣 本個數(shù) 為考察范圍內(nèi)支路的個數(shù) 分別以各支路電阻的設(shè)計(jì)值為初值 隨機(jī)改變各個支路電阻生成k 個樣本 分別采 用4 種接地網(wǎng)故障診斷算法進(jìn)行故障診斷 并計(jì)算支路電阻診斷結(jié)果的相對誤差均值 支路電阻診斷結(jié)果的相對誤差標(biāo)準(zhǔn)差 考察范圍內(nèi)接地網(wǎng)的平均相對累積誤差均值 考 察范圍內(nèi)各條支路電阻的相對累積誤差均值的標(biāo)準(zhǔn)差和診斷時(shí)間 分別用五 i 孑 i 孫吼矛 l r l 表示 隨機(jī)改變各個支路電阻及其初值生成k 個樣本 分別采用4 種接地網(wǎng)故障診斷算法 進(jìn)行故障診斷 并計(jì)算支路電阻診斷結(jié)果的相對誤差均值 支路電阻診斷結(jié)果的相對誤 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 差標(biāo)準(zhǔn)差 考察范圍內(nèi)接地網(wǎng)的平均相對累積誤差均值 考察范圍內(nèi)各條支路電阻的相 對累積誤差均值的標(biāo)準(zhǔn)差和診斷時(shí)間 分別用萬山 孑兒 網(wǎng) 同 和例 表示 各種故障診斷算法的相對累積誤差均值對初值的敏感性醪和相對累積誤差均值的 標(biāo)準(zhǔn)差對初值的敏感性鼴分別定義為 e s s s 2 2 1 2 2 2 各種故障診斷算法所需的平均診斷時(shí)間吲定義為 阱畢 2 4 2 評價(jià)萬法 1 兩種算法的診斷準(zhǔn)確性進(jìn)行比較 若網(wǎng)一 吲b 且同彳 同曰 則a 和b 兩種算法的準(zhǔn)確性相當(dāng) 若例爿 網(wǎng)占且同彳 同占 則a 算法的準(zhǔn)確性優(yōu)于b 算法 若網(wǎng)彳 網(wǎng)b 且j 一 j 君 則a 算法的準(zhǔn)確性優(yōu)于b 算法 若網(wǎng)月 吲b 且吲月 同b 則a 算法的準(zhǔn)確性優(yōu)于b 算法 若例4 l b 且網(wǎng)4 2 同4 網(wǎng)b 2 1 a b 則a 算法的準(zhǔn)確性優(yōu)于b 算法 若網(wǎng)彳 同b 且網(wǎng)彳 2a i 彳 網(wǎng)b 2 a b 則b 算法的準(zhǔn)確性優(yōu)于a 算法 2 對初值的敏感性比較 對于一個好的接地網(wǎng)故障診斷算法 必須e s 和s s 都很小 才能說其對初值的變化 不敏感 殿越大則1 五l 對初值的變化越敏感 若嬲 o 則1 l 與初值的變化基本無關(guān) 1 2 2 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷基本算法評價(jià) 鼴越大則吲對初值的變化越敏感 若s s 0 則引與初值的變化基本無關(guān) 3 診斷速度比較 對于兩種診斷準(zhǔn)確度相當(dāng) 且都與初值的選取無關(guān)的算法 若其中一種算法在取得 相同診斷效果的基礎(chǔ)上需要很長時(shí)間完成 而另一種算法卻只需很少的時(shí)間完成 顯而 易見 計(jì)算時(shí)間少的算法更優(yōu) 為此 我們有必要從算法的計(jì)算時(shí)間上比較其優(yōu)劣 對于兩種故障診斷算法的計(jì)算時(shí)間例彳和川b 在網(wǎng)彳 網(wǎng)占且同一 同b 的情況下 可以通過以下規(guī)則判斷算法的優(yōu)劣 若例 i t i 口 則a 和b 兩種算法優(yōu)劣程度相當(dāng) 若例一 l r l 口 則b 算法優(yōu)于a 算法 2 5 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法評價(jià)的軟件設(shè)計(jì) 在文獻(xiàn) 1 8 1 提出的基于靈敏度矩陣的迭代最d 乘法原理 文獻(xiàn) 2 0 提出的禁忌搜 索原理和本章提出的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法評價(jià)方法基礎(chǔ)上 設(shè)計(jì)了接地網(wǎng)腐蝕故障 診斷算法評價(jià)分析軟件 經(jīng)過大量算例驗(yàn)證了該軟件的正確性 2 5 1 功能模塊 該軟件主要包括以下幾個功能模塊 1 數(shù)據(jù)輸入及參數(shù)設(shè)置模塊 實(shí)現(xiàn)接地網(wǎng)拓?fù)湫畔⒌淖詣愉浫爰案鞣N算法求解支 路電阻時(shí)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置 用于各種接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法求解支路電阻 2 完備測試方案自動生成模塊 實(shí)現(xiàn)完備測試方案的自動生成 用于接地網(wǎng)腐蝕 故障診斷基本算法模塊 3 線性最小二乘算法模塊 實(shí)現(xiàn)利用線性最小二乘法求解接地網(wǎng)支路電阻 用于 算法評價(jià)模塊 4 非線性最小二乘算法模塊 實(shí)現(xiàn)利用非線性最小二乘法求解接地網(wǎng)支路電阻 用于算法評價(jià)模塊 5 迭代最小二乘算法模塊 實(shí)現(xiàn)利用迭代最小二乘法求解接地網(wǎng)支路電阻 用于 算法評價(jià)模塊 6 禁忌搜索算法模塊 實(shí)現(xiàn)利用禁忌搜索法求解接地網(wǎng)支路電阻 用于算法評價(jià) 1 3 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 模塊 7 單純形禁忌搜索算法模塊 實(shí)現(xiàn)利用單純形禁忌搜索法求解接地網(wǎng)支路電阻 用于算法評價(jià)模塊 8 算法評價(jià)模塊 實(shí)現(xiàn)接地網(wǎng)腐蝕故障診斷各種算法的比較 9 數(shù)據(jù)輸出模塊 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出 上述功能模塊中有些可以單獨(dú)使用 進(jìn)行相應(yīng)的功能實(shí)現(xiàn) 有些則需要其他模塊的 計(jì)算結(jié)果作為其輸入數(shù)據(jù) 這些模塊間的相互關(guān)系如圖2 1 所示 在圖2 1 所示的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法評價(jià)軟件模塊及它們之間的相互關(guān)系中 軟件在生成完備測試方案后 依次進(jìn)行線性最d x 乘算法模塊 非線性最小二乘算法模 塊 迭代最d x 乘算法模塊 禁忌搜索算法模塊和單純形禁忌搜索算法模塊計(jì)算 將各 種算法模塊計(jì)算得到的支路電阻診斷結(jié)果輸入到算法評價(jià)模塊進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)比較分析 通過數(shù)據(jù)輸出模塊將指標(biāo)比較結(jié)果輸出 數(shù)據(jù)輸入及參數(shù)設(shè)置 j 生成完備測試方案 l 線性最 j 非線性最小迭代最小禁忌搜索單純形禁忌 i 二乘算法二乘算法二乘算法算法搜索算法 r 算法評價(jià) 上 數(shù)據(jù)輸出 結(jié)束 圖2 1 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法評價(jià)軟件模塊及它們之間的相互關(guān)系 2 5 2 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷基本算法評價(jià)軟件 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷基本算法評價(jià)軟件的程序流程如圖2 2 所示 j 在圖2 2 所示的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷基本算法評價(jià)軟件的程序流程中 將以各支路 電阻初值為設(shè)計(jì)值 隨機(jī)改變支路電阻生成的k 個樣本 在完備測試方案下 作為接地 網(wǎng)腐蝕故障診斷各種算法的輸入?yún)?shù)進(jìn)行腐蝕故障診斷 得到k 組支路電阻的診斷結(jié) 1 4 2 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷基本算法評價(jià) 果 對上述結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算得到考察范圍內(nèi)接地網(wǎng)的平均相對累計(jì)誤差均值和其標(biāo)準(zhǔn) 差 再以隨機(jī)改變各支路電阻及其初值生成的m 個樣本 通過各種接地網(wǎng)腐蝕故障診 斷算法得到m 組支路電阻的診斷結(jié)果 計(jì)算考察范圍內(nèi)接地網(wǎng)的平均相對累計(jì)誤差均 值和其標(biāo)準(zhǔn)差 將兩種樣本下得到的考察范圍內(nèi)接地網(wǎng)的平均相對累計(jì)誤差均值和其標(biāo) 準(zhǔn)差進(jìn)行指標(biāo)計(jì)算 就可以得到評價(jià)各種接地網(wǎng)腐蝕故障算法優(yōu)劣的指標(biāo) 1 5 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 輸入接地網(wǎng)關(guān)聯(lián)矩陣 可及節(jié)點(diǎn)編號 算 法參數(shù) 支路町測性信息和考察范圍信息 生成完備測試方案 以各個支路電阻設(shè)計(jì)值為初值 隨 機(jī)改變支路電阻生成聊樣本 七 l r 利用接地網(wǎng)腐蝕故障診斷各種算法 線性最小 二乘算法 非線性最小 乘算法 迭代最小二 乘算法 禁忌搜索算法 求解支路電阻估計(jì)值 夯是 黼l 是黼1 0 否 計(jì)算考察范闈內(nèi)接地網(wǎng)的平均相對累積誤差 均值網(wǎng)產(chǎn)平均相對累積誤差均值的標(biāo)準(zhǔn)差同 隨機(jī)改變各 卜支路電阻及 初值生胱k 樣本 m l r 利用接地網(wǎng)腐蝕故障診斷各種算法 線性最小 二乘算法 非線性最小二乘算法 迭代最小 乘算法 禁忌搜索算法 求解支路電阻估計(jì)值 是 計(jì)算考察范圍內(nèi)接地網(wǎng)的平均相對累積誤差 均值p 廿平均相對累積誤差均值的標(biāo)準(zhǔn)差同 0 分別計(jì)算相對累積誤籌均值和相對累積誤差 均值的標(biāo)準(zhǔn)著對初值的敏感性指標(biāo)e s 年u s s 士 出殿 豁帆帆阿i 孑 圖2 2 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷基本算法評價(jià)軟件流程圖 1 6 2 接地網(wǎng)腐蝕故障診斷基本算法評價(jià) 為了更好地整合軟件的各個功能模塊 將某些模塊組合成可以單獨(dú)使用的軟件包 以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)算要求 并可以同時(shí)分別運(yùn)行在不同計(jì)算機(jī)上 以縮短運(yùn)行時(shí)間 提高 軟件調(diào)用的效率和計(jì)算的速度 通過整合可以將上述9 個功能模塊整合為5 個軟件包 1 線性最小二乘算法評價(jià)軟件包 線性最小二乘算法評價(jià)軟件包包括數(shù)據(jù)輸入及參數(shù)設(shè)置模塊 完備測試方案自動生 成模塊 線性最d x 乘算法模塊 算法評價(jià)模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊 主要實(shí)現(xiàn)對線性最小 二乘算法的評價(jià) 其核心為線性最小二乘算法模塊和算法評價(jià)模塊 線性最d 乘算法評價(jià)軟件包的調(diào)用函數(shù)為 u l s 1 u 2 s 2 e s s s l s q l i n g f i d i n f o a c c e s s i b l e n o d e s g t e s t a b i l i t y i n f o o p t i o n 線性最小二乘算法評價(jià)軟件包的輸入?yún)?shù)主要包括接地網(wǎng)拓?fù)湫畔?可及節(jié)點(diǎn)編 號 支路可測性信息和考察范圍選擇信息 輸出參數(shù)主要為支路的各種評價(jià)指標(biāo) 其輸 入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示 i 輸入?yún)?shù) 接地網(wǎng)拓?fù)湫畔 r i d i n f o g r i d i n f o 中包含了接地網(wǎng)支路的節(jié)點(diǎn)關(guān)系信息以及支路設(shè)計(jì)和斷裂電阻值信息 其數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)為一個n 行 5 列的二維矩陣 其中刀表示接地網(wǎng)的支路數(shù) 表2 1 描述了g r i d i n f o 的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 表2 1g r i d i n f o 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 其中 b r a n c h n u m i 為第f 條支路的編號 n o d e f r o m 為第f 條支路的起始節(jié)點(diǎn)編號 n o d e t o i 為第磅 支路的終止節(jié)點(diǎn)編號 為了方便統(tǒng)一支路兩端節(jié)點(diǎn)的輸入形式 規(guī)定 將支路兩端節(jié)點(diǎn)編號小的作為起始節(jié)點(diǎn) 編號大的作為終止節(jié)點(diǎn) r d e s i g n i 為第磅 支 路的電阻設(shè)計(jì)值 單位為歐姆 r m a x 0 為第f 條支路斷裂時(shí)的等效電阻值 接地網(wǎng)支路 電阻值因腐蝕而變大 但其腐蝕到一定程度時(shí)會發(fā)生斷裂 一般情況下電阻斷裂時(shí)的等 效電阻值為該電阻設(shè)計(jì)值的4 0 6 0 倍 單位為歐姆 可及節(jié)點(diǎn)編號a c c e s