智能开关构成的原理和算法,内置的电子电压互感器

文摘

随着社会经济的快速发展,人们对能源的需求正在增加。全球变暖使人们更加注重节能减排的重要性。电网系统负责电能的传输和分配。因此,在节能减排的背景下,有更高的要求,在电网变电站。出于这个原因,一个智能开关内置电子电压互感器的设计。的概念和关键技术特点介绍了电子电压互感器智能开关;内置的电子电压互感器的总体设计方案阐述了智能开关;设备的硬件和软件系统设计;的管理和控制策略设计切控制设备,如变压器、电压和无功控制;和操作系统移植。 Finally, the simulation test of the system proves that the system has high effectiveness and stability. The research can provide reference for the realization of efficient, economic, stable, safe, and environmentally friendly distribution of power in a power grid.

1。介绍

近年来随着城市建设的发展,城市能源消耗不断增加,电力系统和传输和配置系统也带来了技术创新的机会和设备更新(1]。近年来,智能变电站的概念的诞生和推广提出了更高的智能控制要求为关键节点设备在电力系统2]。在此基础上,提出了一种内置电子电压互感器设备作为一个智能开关,和一个人工智能算法添加的信息规划和处理设备。这项研究是一个动力智能电网的建设和推广,有利于促进能源结构优化和经济社会可持续发展。这是体现科学发展的电力行业。研究方法,硬件电路方案和系统软件方案的智能开关设备设计的变压器。模糊神经网络算法是用来解决问题的变电站电压和无功综合控制。遗传算法被用来找到最好的在有限的时间内变压器切换方案。最后,一个智能电子变压器交换系统与自动控制和人工智能就形成了。本研究的设计特点是,内置的电子电压互感器用于变电站的实时数据采集。在此基础上,人工智能算法应用于变电站的自我诊断和故障分析,并实现了智能变电站分布的目标链接,有效促进信息的协调互动,维护和变电站设备的调度。 The research is divided into three parts. The first part is a summary of other scholars’ research on intelligent substation electronic transformer. The second part is about the scheme design of the intelligent switch of the built-in electronic voltage transformer in this research. It mainly includes the software and hardware scheme design of the electronic voltage transformer and the artificial intelligence algorithm (fuzzy control, neural network algorithm) of the substation automatic control system. The third part is the simulation test of the improved voltage reactive power control of fuzzy neural algorithm and the improved transformer switching control of genetic algorithm.

2。相关工作

随着科学技术的进步,电力系统变电站逐渐改变了从自动化技术到今天的智能技术。为了满足智能电网的需求,电子变压器的智能开关设备也已发展成一个智能监控系统可以数字化整个车站的共享信息和支持实时智能电网和在线分析的调控和决策(3]。的过程中发展和智能变电站的建设,电子变压器的应用是必不可少的,这将大大促进智能电网的实时信息数字化的发展4]。

王等人开发了一个基于数字物理混合仿真模型的测试方案和使用突变检测初始时刻计算电子变压器瞬态过程的误差,确保系统的稳定(5]。唐等人用挖出的数据来计算数据的状态通过功率流计算公式和使用l m算法评估数据状态和比较的错误数据在一段时间内实现偏差检测的变压器6]。杨和郭用电阻电容并联分压器为收费提供放电方式,消除瞬态误差和相位误差减少了使用正温度系数的电阻特性,以确保电子变压器的准确性(7]。顾等人使用改进的数字滤波算法检查电子变压器的稳定状态,以提高它的准确性(8]。李等人使用Q-ARMA错误状态预测方法消除电网波动造成的错误(9]。刘等人开发了一个电压跟随器连接到分压器系统和校准系统测试电子变压器的谐波精度(10]。毛泽东等人研究了电子变压器在盛区。希尔伯特改变算法用于解决低温适应设备的影响。quasisynchronous算法和多线程工作机制确保低误差的共存和高效11]。谅解备忘录等人研究了信号处理的电子变压器、改进的基本相位同步算法减少计算阶段,和改进的积分算法来解决贫穷问题的瞬态特性的电子变压器(12]。王等人比较了两种算法的重采样和同步的电子电流互感器,发现抛物线差分算法减少了对全光纤电流互感器的准确性的影响(13]。田等人提出了一种可变步长集成算法来提高电压漂移的电子电流互感器的准确性(14]。Bayona等人提出了一个缓解设备使用电力电子变换器作为阻力模拟器,积极消除铁磁谐振(15]。

在电子变压器的研究,大多数学者关注减少电网波动造成的错误,提高变压器的准确性。结合内置的微处理技术、通信技术和智能技术的发电厂,电压和无功功率的最优控制和最优切换变压器的选择运用模糊神经网络算法和遗传算法,不仅解决了不准确的问题引起的电荷放电也实现电网的智能化自动控制模式。

3所示。方案设计和算法改进的智能开关内置电子电压互感器

3.1。系统硬件组成设计

智能开关的设计方案与内置电子电压互感器分为两个部分:控制系统的硬件设计和软件设计。系统硬件设备的结构原理如图1。在硬件设计中,主要控制系统使用STM32F407ZGT6芯片收集、计算、分析、评估、和显示各种信息传输的数据通信系统反应,从而实现设备的操作控制和管理整个变电站的系统。在这个设计中,所有通信系统是基于以太网接口。在硬件上,选择LAN8720A PHY芯片的主要控制芯片。芯片支持自动识别间接网络电缆和直接网络电缆和花费更少的I / O。内置的电子变压器具有快速响应的特点,安全稳定运行,抗干扰能力强,容易组装和使用,低成本,等等,这是智能电网的重要基础。本研究包括电子电压和电流互感器、变压器冷却控制风扇组故障检测。

因为整个智能变电站监控系统需要收集和处理大量的信息,复杂的和许多操作会增加CPU内存,所以外部存储电路的设计,通过主控制模板外围SRAM芯片扩大产能的主要控制董事会。fatf文件系统用于管理SD卡数据,用于存储和备份数据的单片机控制系统,以便存储实时数据和预设参数。人机界面系统可以反映变电站的实时数据和历史参数和修改它。的工程师和其他人员可以执行管理操作和维护操作通过人机界面系统。人机界面系统由LCD液晶显示触摸模块和鼠标键盘。

一个开关输入和输出电路之间的主要连接通道内部弱电和外部强大的电流。其核心内容是孤立的输入主要设备状态信号和行动孤立的输出信号。这个电路的主要任务是处理和分析外部开关量引入到电子设备,然后把开关继电器和其他相关设备的信息。收到信号后,机电设备将使警告或跳闸的反应,以保护和控制电路。智能控制逻辑程序需要决定的执行行为根据外部开关量,所以它是非常重要的检测和收购智能电子设备的开关量状态。为了防止强烈的电磁干扰,在我们的数字输入电路,开关信号需要通过RC滤波电路,光耦合器,电路,然后进入主控制芯片的输入插口。通过这个电路、CPU可以判断开关是否打开或关闭根据外部连接的状态。开关输出电路负责输出强大的电流信号断路器和其他强电设备实现控制效果,但CPU设备I / O端口输出低电压、小电流信号,因此有必要增加一个增加的励磁电流继电器继电器装置扩大弱电流信号,然后驱动断路器和其他强电设备。还需要使用光耦合器防止瞬时脉冲的干扰和提高锁定设备失败时的可靠性。

串行调试门限)技术是一种技术,可以调试和下载小包装微控制器与有限的别针。它可以转移信号针JTAG没有风险的。在JTAG仿真模式,调试器可以直接使用门限模式运行,以确保效率和标准化的数据传输。

3.2。系统软件组合方案设计

智能变压器组成的智能变电站的核心是人工智能技术的应用。本研究主要采用模糊控制、神经网络和遗传算法来提高自动控制,判断,计划和执行能力的监控系统。智能变电站监控系统的操作系统中选择本研究C / OS-II,安全稳定,适用于多任务协调管理和控制,具有高可靠性和低功耗。因此,变电站监控和处理的C / OS-II系统。

据的特点μC / OS-II系统和电场的实际工作条件变量,系统软件设计,包括一个多任务调度模块与十个任务模块和三个中断模块。任务模块包括电压和无功功率控制任务,变压器切换任务时,变压器温度控制任务,以太网数据处理和包装任务,串行数据处理和包装的任务,数据监视和测量显示任务,保护逻辑判断任务和自检工作。中断模块包括三种模式:外部模式,定时采样模式,串行数据中断模式。特定的软件系统结构图如图2。

3.3。基于模糊神经网络的电压和无功功率控制

智能变压器组成的智能变电站的核心是人工智能技术的应用。本研究主要采用模糊控制、神经网络和遗传算法来提高自动控制,判断,计划和执行能力的监控系统。模糊控制系统可以简单地添加专家经验知识模型和解决传统方法难以解决的复杂的判断的基础上,模糊语义、模糊逻辑、模糊集。它包括四个部分:模糊生成器,模糊规则库,模糊推理和去模糊化。模糊集的模糊的一代是一个映射,其设计规则应注意帮助克服噪声和简化模糊推理的计算引擎。模糊规则库是整个控制系统的核心部分,和其他部分需要实现合理规则集的规则。规则通常来自专家的经验和修订的直接转换的过程中自主学习。模糊推理引擎是一个模拟的判断步骤执行合成操作模糊控制规则的模糊输入变量。去模糊化负责准确的模糊的转换结果源于推理,反映的真实分布控制量的模糊空间的映射。神经网络是一种算法模型由许多神经元的简单并行操作。 It uses a distributed structure for information storage and uses multiple neurons in parallel for information judgment and reasoning. Each neuron in the neural network has only one output and can be connected with many other neurons, while each neuron input in the neural network can have multiple inputs. Each ganglion point corresponds to a state variable ; 节点和路径节点可以形成一个连接,对应的连接权重系数 。

模糊神经网络(FNN)是一个神经网络系统对模糊信息的自动处理。它取代的控制和决策系统模糊算法通过训练和学习大量的模糊神经网络的信息。训练神经网络的输入-输出关系所表达的也可以很“if - then”结构的模糊控制。结合两种算法,模糊控制具有学习功能,和神经网络具有处理模糊信息的能力,因此,控制器可以学习本身的处理不准确的信息和实现最佳控制。由于电力系统电容器银行只能开启和关闭在团体和载分接开关的分接开关开关只能在不同阶段调整,导致变电站的电压和无功功率的不连续性变化。因此,形成一个非线性多变量时变控制问题,需要由一个精确的数学模型。在这项研究中,使用模糊神经网络的数学模型,实现自动控制变电站的电压和无功功率。通过调整变压器的抽头位置和补偿电容器投切组数,母线的电压范围负荷端控制通过改变电压互感器的比值,以及变电站的无功功率平衡是尽可能维护的。控制系统构造如图3。

其中,负载侧的电压,是无功功率流入变压器的高压侧,负载侧的电压调整后,是变压器的高压侧的无功功率调整后,是水龙头的变压器有载分接开关的数量,补偿电容器的是水龙头的数量,是利用变压器载分接开关的位置的变化,补偿电容开关组的变化, ,和 。输出电压和无功功率测量的价值和 。

整个模糊神经网络控制系统分为五个步骤:输入,模糊化,模糊连接,由模糊变清晰,和输出。输入值是表示为 ,输出值是表示为 , 表示为网络隐层神经元的输入,表示为神经元转换函数,象征上标表示步骤,下标代表神经元。每个步骤如下所示的输出。

有两个输入节点输入步骤。输入值传送到下一层,输出结果如下:

模糊化的节点一步是每个输入的模糊子集的总和。选择隶属函数为高斯函数来计算输入变量的隶属函数。表示输入的维数的值( ), 表示集的模糊分割的数量,和值( ); 是隶属函数的中心,隶属函数的宽度,输出结果如下:

模糊连接步骤的每个节点代表一个控制规则,生成模糊规则库,并输出结果

下一步是规范化的输出值由模糊变清晰的步骤,和输出结果如下:

输出一步显然是使用加权平均法计算结果归纳后,输出结果如公式(6);代表了连接的重量。

theological-fuzzy网络的自学习调整样本误差梯度下降法和正确的价值观 , ,和相反的方向,以提高隶属函数和控制规则。神经网络的实际输出值,神经元的引用误差,是学习速率。它的值是 ; 的修正 ,分别。误差调整校正的计算方法如下:

因为这个设计的隶属函数是高斯函数,定义的域( )范围是[0,1],前面步骤的输出样本应规范化( )de-ambiguity一步,绝对值在(0,1)。电压和无功功率值作为标准,也就是说, ;电压值约为1.0,需要减少1,所以治疗后的值接近0,和电容组的数量和变压器水龙头也需要处理接近0。标准化样品可以作为网络学习的输入和输出。无功功率控制的流程图基于电压模糊神经网络算法如图4。

4所示。实验设计与分析

4.1。电压和无功功率控制试验条件

在这项研究中,一个110 - 10 kV变电站电压转换水平作为一个例子。变电站打算改变两个主要与小容量变压器两个主要与大容量变压器,扩大原负载线路和补偿电容,实现智能操作的设备。在这项研究中,仿真环境是由功率流分布计算软件,和变电站的无功功率控制的可行性基于模糊神经网络的测试和验证。希望这种控制可以改善负荷侧的电压值。

有110 kV负载voltage-regulated变压器安装两个节点之间的电压和无功功率控制。具体参数如下:在桌子上1中,一个节点作为负荷端总线,四组10 kV安装无功补偿电容器,如表2。10 kV母线的电压限制在10.1 - -10.6 kV,和无功功率范围是0 - 1.5 Qc。系统负载表所示3。

4.2。电压和无功功率控制的测试结果

当有功功率和无功功率母线的无功补偿电容器的安装是改变,无功功率的操作系统数据流经的主变压器高压侧和低压侧的电压值如表所示3。根据表中的数据,可以看出,无功功率流入主变压器高压侧的变压器将会更大,而在低压侧电压值将会在一个较低的水平,所以系统的无功补偿和电压值在低压端需要改进,以一个合理的范围。

大量的数据用于训练和学习设计的模糊神经网络的学习计划。训练系统是用来模拟和测试电容器和变压器的敲击的次数。系统补偿无功功率,在低压侧调节电压。电压的测量结果和监管主变压器低压侧的模糊神经网络系统如表所示4和5,结果的测量和调节无功功率流入变压器的高压侧如表所示5。

从图可以看出5之前,添加模糊神经网络系统来控制主变压器的低压侧的电压,电压的值U1显然超过规定的电压范围,显示了一个低电压水平负载较重的情况下,导致稳定性差。合理调整后载分接开关的主变压器抽头的位置模糊神经网络算法,通过计算电压值低压侧的变得更加稳定和符合规定的电压范围。当负载很重,反向高压电压调控的目标是实现,变压器电压调节器开关和调整的数量实际上是降低了。

从图可以看出6之前添加模糊神经网络系统来控制无功功率流入变压器的高压侧,无功功率的水平太高了,超出了指定的无功功率范围在这项研究中,导致功率因数低价值,这很容易导致更多的输电线路损失。控制通过模糊神经网络后,输入组数量的补偿电容器无功补偿调整,保持无功平衡,和反应符合规定范围的研究中,电容器组的投手的数量减少,活性的损失避免长途传输造成的损失,并提高功率因数的目的终于达到了。

5。结论

的研究和设计智能开关的电子变压器适应智能变电站的国家要求,与传统的变压器,电子变压器是电力设施的基本设备,结合继电保护、电网动态观察,和数字电力系统。首先,智能电子设备与电子变压器为核心设计。在硬件系统的设计,电路和控制策略的设计、构造和相应的软件系统,操作程序的任务是分裂,内置的智能开关的电子电压互感器是由硬件和软件组成的系统。为了实现智能自动化的智能电子设备,介绍了模糊控制和神经网络算法。通过使用算法的模糊信息处理和很强的自适应学习能力,综合自动控制离散完成不同变电站的电压和无功功率,电压和无功功率调整到指定的范围减少变电站的损失。最后,电子变压器的智能开关系统和模糊神经网络算法的控制效果进行测试。试验结果表明,该设备有效地调整电压和无功功率的指定范围,具有较高的稳定性和有效性,实现智能开关系统的监控和自检功能的电子变压器。然而,缺乏nonelectrical测试数据对变压器和断路器在这项研究还不够全面。实际操作的智能开关系统,更应该添加智能运营管理解决方案。这些问题需要进一步研究改进。

数据可用性

应用数学数据用于支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

支持的研究项目名称研究与应用项目5230号jy18000h智能集成基于高压开关电容技术和初级和二级分销网络的融合。

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