神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)機(jī)溫升預(yù)測(cè)范文

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摘要

本文調(diào)查了國(guó)內(nèi)外電動(dòng)機(jī)各種保護(hù)方法和各類(lèi)保護(hù)裝置的研究發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合實(shí)際情況，提出了一種通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)電機(jī)繞組溫升的方案，由PC機(jī)通過(guò)RS485總線實(shí)時(shí)讀取下位機(jī)采集的電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行溫升預(yù)測(cè)，并將預(yù)測(cè)結(jié)果傳輸回下位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定負(fù)載運(yùn)行的過(guò)載保護(hù)。

關(guān)鍵詞

電機(jī)保護(hù)；溫升預(yù)測(cè)

電動(dòng)機(jī)是一種電能到機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，是現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)中的主要?jiǎng)恿π问健Ｔ诋a(chǎn)業(yè)部門(mén)中，以電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力的比例已占全部動(dòng)力的90%。在電動(dòng)機(jī)實(shí)際使用過(guò)程當(dāng)中，惡劣的運(yùn)行環(huán)境和超負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)故障頻繁的主要原因。因此電動(dòng)機(jī)的保護(hù)尤其是對(duì)大型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的開(kāi)發(fā)研究對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著重要的意義。

1電動(dòng)機(jī)保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)

可以預(yù)測(cè),應(yīng)用電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障分析和利用先進(jìn)信號(hào)處理方法進(jìn)行精確的故障特征量追蹤捕捉這兩者的有效結(jié)合，再加上業(yè)內(nèi)已成熟的微機(jī)保護(hù)技術(shù)，可以將大型電動(dòng)機(jī)的故障診斷、故障保護(hù)等功能綜合于一體，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行全過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)、故障診斷與保護(hù)。

2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫升預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)

2.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

2.1.1BP算法設(shè)含有共L層和n個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)任意網(wǎng)絡(luò)，每層單元只接受前一層的輸出信息并輸給下一層各單元，各節(jié)點(diǎn)的特性為Sigmoid型。

2.1.2改進(jìn)的BP算法

鑒于改進(jìn)的算法利用目標(biāo)函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)信息。常用改進(jìn)BP算法和標(biāo)準(zhǔn)BP算法進(jìn)行比較，各改進(jìn)BP算法比標(biāo)準(zhǔn)BP算法有不同程度的改善。LM(Levenberg-Marquardt)算法是為了訓(xùn)練中等規(guī)模的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（多達(dá)算百個(gè)連接權(quán)）而提出的最快速算法。目前LM算法在訓(xùn)練速度上是最快的，并且它所達(dá)到的訓(xùn)練平均誤差和收斂精度較其他算法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電機(jī)繞組溫升預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

2.2.1電機(jī)熱過(guò)載保護(hù)的現(xiàn)狀熱過(guò)載保護(hù)是電機(jī)保護(hù)研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外不少的研究工作者一直在從事電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)的研究，提出不少的保護(hù)方案，概括起來(lái)分為兩大類(lèi)：直接測(cè)溫法和間接測(cè)溫法。直接測(cè)溫法就是把溫感裝置（如熱電阻、熱電偶和溫度繼電器等）直接埋入電動(dòng)機(jī)繞組的熱點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)溫度達(dá)到長(zhǎng)期使用允許溫度時(shí)，就令繼電器動(dòng)作斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)的控制回路，從而達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的。間接測(cè)溫法是在電動(dòng)機(jī)外部通過(guò)檢測(cè)一些相關(guān)參數(shù)來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的溫度。

2.2.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)繞組溫升方法鑒于直接測(cè)溫法和間接測(cè)溫法各自存在不足，本文探索了一種通過(guò)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)繞組溫升來(lái)完成對(duì)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定負(fù)載運(yùn)行進(jìn)行過(guò)載保護(hù)的方法。

（1）訓(xùn)練樣本的數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電機(jī)進(jìn)行溫升預(yù)測(cè)關(guān)鍵的一步是采集訓(xùn)練樣本并且進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理。以電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行分析。電機(jī)的具體參數(shù)如下：Pe=220kW，Ue=6kV，Ie=26.7A，n=2976rpm，f=50Hz，絕緣等級(jí)F級(jí)。通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行溫升試驗(yàn)，采集了從額定電流(26.7A)到堵轉(zhuǎn)電流(150A)共20組不同的數(shù)據(jù)。表1給出了訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)和測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分配情況。其中15組用于訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，其余幾組用于測(cè)試訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)的正確性與適用性，將采集到的15組訓(xùn)練數(shù)據(jù)，繪制成曲線，如圖1。

（2）電機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定負(fù)載運(yùn)行繞組溫升預(yù)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由于本系統(tǒng)研究的長(zhǎng)期穩(wěn)定負(fù)載運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載溫升，所以電源電壓、電源頻率、功率因數(shù)都可認(rèn)為保持不變，而僅將電流、環(huán)境溫度和轉(zhuǎn)速作為變量。同時(shí)考慮到影響轉(zhuǎn)速的三個(gè)要素電流、頻率和電壓，有兩個(gè)因素近似認(rèn)為不變，因此轉(zhuǎn)速和電流存在著很強(qiáng)的相關(guān)性，兩者不必都作為輸入變量，只選擇電流作為輸入變量即可。通過(guò)以上分析可以將溫升預(yù)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)化成輸入為電流和當(dāng)前溫度的雙輸入單輸出的三層BP網(wǎng)絡(luò)。這樣，就可以使基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定負(fù)載運(yùn)行繞組溫升預(yù)測(cè)的設(shè)計(jì)在對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)方面充分發(fā)揮作用。

3總結(jié)

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的要求越來(lái)越高。文章在分析我國(guó)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了以Intel80C196KC為核心的電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)。采用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)基于PC機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用于電機(jī)保護(hù)過(guò)程，提出一種通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)電機(jī)繞組溫升的方法，并且設(shè)計(jì)了三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)電機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定負(fù)載運(yùn)行的繞組溫升進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)485總線完成上下位機(jī)的通訊以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的過(guò)載保護(hù)。

作者：陳洪駿 蔡志遠(yuǎn) 單位：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)