【正文】 此法與 BP 網(wǎng)絡的方法類似，計算誤差對各組參數(shù)的偏導數(shù)，然后迭代求取參數(shù)。但是，當輸入矢量過多時，過多的隱環(huán)境下運行含層神經(jīng)元數(shù)則是比較麻煩的。 | | w 1f Xq| |W 1l fW 1m f 1qx 2qx qmx qir qfkb l 1 圖 RBF 網(wǎng)絡隱含層神經(jīng)元的輸入與輸出 由此可得 [26]隱含層 的第 i 個神經(jīng)元的輸入為： 2( 1 ) 1qqi ji j ijk w x b? ? ?? () 輸出為： 222e x p ( ( ) ) e x p ( ( 1 ) 1 ) e x p ( ( | | 1 | | 1 ) )q q q qi i j i j i i ijr k w x b w X b? ? ? ? ? ? ? ? ?? () 徑向基函數(shù)的閾值 bl 可以函數(shù)的靈敏度，但實際工作中我們經(jīng)常用 C(擴展常數(shù) )。此外，研究發(fā)現(xiàn)， RBF 網(wǎng)絡用的非線性激活函數(shù)的形式對網(wǎng)絡的性能影響并 不是很重要，關鍵因素是基函數(shù)。 輸出為： X = 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 Result = 1 1 1 陜西理工學院畢業(yè)設 計 第 19頁 共 46頁 Percent = 1 輸出結(jié)果表明：采用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡方法診斷 變壓器故障，故障診斷率為 100%，說 明了本文診斷模型的可行性 。 網(wǎng)絡訓練 本設計采用 MATLAB 軟件進行的系統(tǒng)仿真，網(wǎng)絡中間層的傳遞函數(shù)為 tansig；輸出層傳遞函數(shù)為 logsig。max minxx ?? ? () max 和 min 分別表示該變量 x 的最大最小值。一般可以按照下面的一些經(jīng)驗公式選取，再根據(jù)實際訓練效果進行調(diào)整（設輸入 n 個，輸出 m 個）。 表 故障編碼 故障類型 1 2 3 4 5 故障編碼 10000 01000 00100 00010 00001 3）網(wǎng)絡層的設計 三層的 BP 網(wǎng)絡就可以任意精度逼近任何非線性物理對象。這里我們利用 CH H [C1+C2]、 C2H2 的含量的數(shù)據(jù)作為輸入向量來判定變壓器發(fā)生故障的類型。111[ ( ) ( ) ] ( )[ ( ) ( ) ] ( )[ ( ) ( 1 ) ] ( 1 )( ) ( 1ijijjj ijjjj j ijlk k k jk j iklk k k jk j iklk k k k jk i i iklok jk ikEvvne tEne t vy ne tEy ne t vd o f ne t w f ne t xd o f ne t w f ne t xd o o o w y y xwy?????????????? ? ?????????????? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ????? )iiyx? () 若令1( ) (1 )lyoj k jk i ik w y y???? ? ?? ，稱為隱層的誤差信號，則 yij j ivx???? () 陜西理工學院畢業(yè)設 計 第 12頁 共 46頁 容易看出，輸出層的誤差信號與網(wǎng)絡的期望輸出同實際輸出之差有關，而且反映了輸出誤差，而各隱層的誤差信號與前面各層的誤差信號都有關，是從輸出層開始逐層反傳過來的。k=1,2 ,? l。 系統(tǒng)不斷地循環(huán)這兩個過程，重復學習，一直到輸出值和期待值的誤差減小到規(guī)定范圍內(nèi)，系統(tǒng)停止學習。 表 出廠和投運前電氣設備氣體含量的極限值 氣體 變壓器和電抗器 互感器 套管 氫氣 ＜ 30 ＜ 50 ＜ 150 乙炔 0 0 0 總烴 ＜ 20 ＜ 10 ＜ 10 陜西理工學院畢業(yè)設 計 第 8頁 共 46 頁 表 運行中電氣設備氣體含量的注意值 設備氣體組分含量 330kV 及以上 220kV 及以下 乙炔 1 5 變壓器和電抗器 總烴 150 150 氫氣 150 150 甲烷 100 100 套管 乙炔 1 2 氫氣 500 500 當變壓器發(fā)生故障時不同故障類型所產(chǎn)生的主要特征氣體有所差異，將其歸納為表 . 表 不同故障產(chǎn)生的氣體差異 故障類型 主要氣體成分 次要氣體成分 油過熱 甲烷、乙烯 氫氣、乙烷 油和紙過熱 甲烷、乙烯、一氧化碳 、二氧化碳 氫氣、乙烷 油紙絕緣中局部放電 氫氣、甲烷、一氧化碳 乙炔、乙烷、二氧化碳 油中火花放電 氫氣、乙炔 油中電弧放電 氫氣、乙炔 甲烷、乙烯、乙烷 油和紙中電弧放電 氫氣、乙炔、一氧化碳、 _氧化碳 甲烷、乙烯、乙烷 陜西理工學院畢業(yè)設 計 第 9頁 共 46 頁 3 基于 BP神經(jīng)網(wǎng)絡的變壓器故障檢測模型 BP 網(wǎng)絡 （ 1） BP 網(wǎng)絡機理 Vi jWi jd1d2dlO1O2OlX1X2Xl輸入期望輸出向量隱 含 層 輸 出 層+++信 號 流誤 差 圖 BP 網(wǎng)絡結(jié)構 BP（反向傳播算法）是多層感知器的一種有效學習算法，它把一組樣本的輸入輸出問題變成非線性優(yōu)化問題，使用了最優(yōu)化問題和其中最普遍的梯度下降算法，用迭代算法求解權值，加入隱節(jié)點使優(yōu)化問題的可調(diào)參數(shù)增加，從而可得到精確解。當產(chǎn)生速率大于溶解速率時，在變壓器里會有一部分氣體進入氣體繼電器。 這些學習之后具有外推和內(nèi)插的能力使得神經(jīng)網(wǎng)絡有著非常廣泛的應用，包括函數(shù)逼近（高維曲面擬合、自適應控制）、模式識別與分類、預測和預報等。 傳輸函數(shù)一般為單調(diào)升函數(shù)，但它又是一個有限值函數(shù)，神經(jīng)元的輸出可以表示為 1()riiia f w p ????? （ ） 神經(jīng)網(wǎng)絡具有高速并行處理、分布存儲信息等特性，它符 合人類視覺系統(tǒng)的工作原則具有很強的學習能力、自組織能力、容錯性、非線性映射、高魯棒性、聯(lián)想記憶功能、分類和識別、知識處理、推理意識功能強等特點。但它并不是人腦的真實描寫，而只是它的某種抽象、簡化和模擬。 傳統(tǒng)的信號分析處理技術有濾波技術、頻譜分析技術。異常又屬于哪種故障，又是一個模式識別與分類的問題。為此，課題的故障數(shù)據(jù)為上述氣體數(shù)據(jù)。 陜西理工學院畢業(yè)設 計 第 4頁 共 46 頁 另外還有灰色理論、支持向量機 ((SVM)算法、 Bayes 推理法、證據(jù)組合法以及粒子群優(yōu)化算法(PSO)等多種人工智 能方法，亦各有其自身的特性和優(yōu)點。 ② 診斷推理不確定性問題。模糊理論是以模糊集為基礎，以處理模糊事物為目標，并將其嚴格數(shù)字量化后進行計算機處理的應用研究。 目前變壓器故障診斷的主要方法 現(xiàn)在變壓器故障診斷的常用方法有如下幾種 [10]： （ 1）基于神經(jīng)網(wǎng)絡技術的電力設備故障診斷 人工神經(jīng)網(wǎng)絡 (Artificial Neural Network，簡稱 ANN)是一種模仿人腦行為及其活動過程的推理分析方法。通常局部放電是其他兩種放電的最初形式。而故障必然因絕緣油的分解產(chǎn)生各種低分子烴和氫氣，同時會引起一氧化碳和二氧化碳含量的明顯增長。分接開關故障的種類主要有：無載分接開關故障和有載分接開關故障。變壓器鐵芯故障的原因主要包括兩個方面，一方面是由于鐵芯本身的夾件松動或損傷而與接地鐵芯碰接使鐵芯發(fā)熱?？v觀我國的設備故障檢測診斷技術現(xiàn)狀，其應用范圍集中在化工、冶金、電力等方面，科研則主要集中在 高校和研究所。變壓器故障檢測的作用是 [4]判斷運行設備否處于正常狀態(tài)；如若有故障，判斷故障的類型，性質(zhì)及原因；根據(jù)故障信息或者信息處理結(jié)果，預測故障可能的發(fā)展，即對故障的故嚴重程度和發(fā)展趨勢做出判斷；提出控制，防止和 消除故障的方法，設備維修的措施；對設備的設計、制造、裝配等提出改進意見，對設備現(xiàn)代化管理提供更好方法建議。 本文將采用三種不同的神經(jīng)網(wǎng)絡（ BP 網(wǎng)絡、 RBF 網(wǎng)絡、支持向量機）應用于變壓器故障檢測中，分別介紹這幾種網(wǎng)絡的基本結(jié)構和原理，并進行模型設計和仿真。油中溶解氣體法，是最有效的發(fā)現(xiàn)和檢測變壓器故障的方法之一。只有正確地評估、準確地診斷、可靠地預測變壓器的運行狀態(tài)，才能指導現(xiàn)場對缺陷變壓器開展狀態(tài)檢修，提高檢修質(zhì)量，避免檢修人力、物力和財力的浪費。其他的國 家診斷技術也各有特色，如英國在摩擦診斷，丹麥在振聲診斷，日本在應用方面都具有優(yōu)勢 [5]。若按變壓器的部位劃分，變壓器故障可分為鐵芯故障、分接開關故障、繞組故障和套管故障 [68]等。繞組故障發(fā)生的原因主要是繞組絕緣老化、繞組受潮、各相繞組之間發(fā)生的相間短路、單相繞組部分線匝之間發(fā)生的匝間短路、單相繞組通過外殼發(fā)生的單相接地、繞組斷裂、繞組擊穿、繞組過熱燒壞、系統(tǒng)短路和沖擊電流造成繞組機械損傷以及電磁力引起的繞組變形等。 （ 5）固體絕緣故障 油浸式變壓器采用的固體絕緣材料主要包含絕緣紙、絕緣板、絕緣墊、木塊等。放電時產(chǎn)生的高壓氣體引起絕緣體開裂并形成新的放電點，產(chǎn)生惡性循環(huán)；同時放電產(chǎn)生的雜質(zhì)堆積和沉積在固體絕緣上使散熱困難，使放電增強和出現(xiàn)過熱。這樣油就 帶正電而紙板表面帶負電。近年來很多國內(nèi)外研究學者都致力于運用神經(jīng)網(wǎng)絡進行變壓器故障診斷的研究。專家系統(tǒng)在解決難以建立數(shù)學模型，較多依賴人類專家經(jīng)驗知識的問題上有獨特的優(yōu)勢，在信息不完整或不確定的情況下仍能給出較為合理的結(jié)論，