關(guān)于遺傳算法的電力系統(tǒng)故障診斷分析

【摘 要】隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，輸電線路電壓等級和輸送容量逐步提高，對高效的故障測距的要求也越來越高。近幾年來的研究表明，遺傳算法對于電力系統(tǒng)故障診斷方面存在著一定的優(yōu)勢。本文主要通過介紹電力系統(tǒng)故障診斷的目的和內(nèi)容，以及目前電力系統(tǒng)故障診斷的主要方法，闡述遺傳算法的基本原理和方法，以及在電力系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用。突出遺傳算法對于通常的系統(tǒng)和故障類型，能夠更加迅速準(zhǔn)確的完成故障定位，對于電力系統(tǒng)故障診斷具有十分重要的作用。

【關(guān)鍵詞】遺傳算法 故障診斷 電力系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代社會工業(yè)化程度的不斷提高，我國電力體制改革的不斷深入和電力工業(yè)的飛速發(fā)展，使電力系統(tǒng)在國民經(jīng)濟(jì)和人們?nèi)粘９ぷ魃钪兴加械谋壤絹碓街?，對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性的要求也越來越高，如何高效、經(jīng)濟(jì)、可靠的運(yùn)行成為了電力系統(tǒng)發(fā)展和壯大中新的要求和目的。目前，我國電力系統(tǒng)雖然處于飛速發(fā)展時期，但是在這個過程中仍然存在著一系列的問題，引起系統(tǒng)故障，給人們的工作和生活帶來了負(fù)面的影響，如何有效的判斷故障點(diǎn)，對故障進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，加強(qiáng)對故障的診斷和現(xiàn)場的恢復(fù)，減少故障的發(fā)生率和影響程度對于維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

一、電力系統(tǒng)故障診斷的目的和內(nèi)容

（一）電力系統(tǒng)故障診斷的目的

電力系統(tǒng)故障診斷的目的是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障后能夠及時的進(jìn)行故障判斷、分析、診斷，找出故障原因，確定故障元件，采取有效的措施，盡可能在第一時間維持系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、持續(xù)的運(yùn)行，減少故障造成的影響，恢復(fù)供電，減少損失。

（二）電力系統(tǒng)故障診斷的內(nèi)容

電力系統(tǒng)故障診斷的內(nèi)容主要是利用保護(hù)和斷路器的動作信息來判斷故障位置，識別故障的元件和誤動作的保護(hù)和斷路器，并對保護(hù)和斷路器的動作進(jìn)行評價。在電力系統(tǒng)故障診斷中，故障元件是判斷的關(guān)鍵，結(jié)合故障保護(hù)動作原理能夠更快的識別故障。電力系統(tǒng)故障診斷對于減少故障損失，發(fā)展電力系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)價值。

二、電力系統(tǒng)故障診斷的主要方法

目前，電力系統(tǒng)故障診斷的方法主要有：專家系統(tǒng)方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、模糊原理方法、Petri網(wǎng)絡(luò)方法和遺傳算法等。下面主要分析這些方法在電力系統(tǒng)故障診斷中的優(yōu)勢和局限性。

三、遺傳算法的基本原理和方法

遺傳算法是進(jìn)化算法的一種，是模擬生物進(jìn)化論的自然選擇和遺傳學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過程的計算模式，通過模擬生物達(dá)到一種自我學(xué)習(xí)和優(yōu)化的目的，是一個發(fā)展進(jìn)化的過程。遺傳算法最基本的核心包括兩個方面，第一，分解，從現(xiàn)有解中選出一些解，然后選出優(yōu)質(zhì)的“后代”，選擇最優(yōu)解。第二，采用何種遺傳算子對選出的解進(jìn)行運(yùn)算。從不同的遺傳算子中選擇不同的方法，構(gòu)成不同的遺傳算法。

遺傳算法的主要分為兩類：簡單的遺傳算法和高級的遺傳算法。簡單的遺傳算子只有交叉和變異而高級的遺傳算法中又包括一些新的算子，基本的算子的實(shí)現(xiàn)方式也不一致。簡單的遺傳算法中算子的交叉和變異發(fā)生的概率Pc和Pm是不變的而高級算法是可變的。高級遺傳算法更具備調(diào)節(jié)性，能夠根據(jù)給定的Pc值和Pm在計算過程中進(jìn)行自我的調(diào)節(jié)，選擇最優(yōu)化的方法。SGA算法和PGA算法都是在遺傳算子的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，所以遺傳算子的不同就決定了遺傳算法的不同。

交叉與變異。在遺傳算法中交叉算子作為它的核心，將群體中的兩個個體隨機(jī)的交換某些基因，產(chǎn)生新的基因，最后選擇優(yōu)質(zhì)的算子。交叉算子根據(jù)各個隨機(jī)體組合的編碼的不同產(chǎn)生不同的算法，其中最常見的交叉算子為單點(diǎn)交叉，設(shè)置一個交叉點(diǎn)，前后進(jìn)行結(jié)構(gòu)互換，產(chǎn)生新的個體，如：個體A：1001↑111→1001000新個體；個體B：0011↑000→00111111新個體。而變異可以恢復(fù)運(yùn)算過程中丟失的重要數(shù)據(jù)，使算子產(chǎn)生變異，改變算子“后代”的單一性，如：A=0101101；A’=0111101

A’就是A的第三位數(shù)字發(fā)生變異后的結(jié)果。通常變異率選取較小變異率的選取一般受種群大小、染色體長度等因素的影響，一般取0.001-0.1。

四、遺傳算法在電力系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用

（一）故障診斷的步驟。故障診斷的步驟依次是：讀入系統(tǒng)數(shù)據(jù)、判斷故障區(qū)、識別故障元件和故障原因分析，優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)、運(yùn)用遺傳算法得出滿意解。

（二）遺傳算法的實(shí)現(xiàn)。輸入斷路器時序信息，輸出為故障元件信息，運(yùn)用遺傳算法求解。

（三）電力系統(tǒng)故障區(qū)域識別的原理與方法。基于保護(hù)動作信息的診斷是在開關(guān)動作信息診斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，它完成故障元件或故障范圍的進(jìn)一步判斷。當(dāng)故障區(qū)域內(nèi)發(fā)生多重故障或有開關(guān)、保護(hù)拒動時，保護(hù)將越級動作使切除面積擴(kuò)大，這樣對于故障的判斷范圍也會增加，但是故障元件卻是確定的，所以就可以利用故障元件將故障范圍縮小。而且在電力系統(tǒng)中，各個環(huán)節(jié)的開關(guān)之間是相互聯(lián)系的，當(dāng)元件同時發(fā)生故障時，都會由上一級后備保護(hù)動作跳開有關(guān)的斷路器，減少事故損失率。電力系統(tǒng)故障診斷就是在這一個復(fù)雜但是孤立的故障區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，故障元件的尋找成為診斷故障的關(guān)鍵。

在診斷電力系統(tǒng)故障時首先是要了解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)，及時的找到停電區(qū)域；其次，進(jìn)一步的確定故障區(qū)；最后對故障元件及拒、誤開關(guān)和保護(hù)的確定，分析故障原因。

遺傳算法在解的最優(yōu)性和求解速度方面較其它的故障診斷方法有明顯的優(yōu)勢，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。運(yùn)用交叉變異的概率變化尋找最佳的遺傳算子，提高診斷結(jié)果的整體效果。通過對遺傳算法基礎(chǔ)的原理和方法的分析，了解遺傳算法的獨(dú)特性和發(fā)展性，在電力系統(tǒng)故障診斷中遺傳算法的實(shí)現(xiàn)，是解決電力系統(tǒng)故障，維護(hù)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效、節(jié)能運(yùn)行的一個重要的措施，為電力系統(tǒng)的發(fā)展提供更多保障。

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