一种免疫遗传算法及基于该算法的ＤＳＰ故障诊断系统技术方案

一种基于免疫遗传算法的ＤＳＰ故障诊断系统，由ＦＴＵ、ＲＴＵ、ＤＳＰ、故障信号输出显示单元工控上位机组成。免疫遗传算法由以下步骤构成：制作参数编码；设定初始群体；设计适应度函数；设置匹配集；设定控制参数；迭代求解。一种基于该算法的ＤＳＰ故障诊断的应用，用ＤＳＰ作为核心控制处理系统，通过ＦＴＵ和ＲＴＵ监测到故障工频变量时，将离散信号作为ＤＳＰ核心控制系统的输入信号，通过ＤＳＰ核心控制处理系统将算法得到的结果转化为实际系统中的故障信息反映到监测上位机上。优越性①解决保护信息不完整时的电力系统故障诊断问题，②引入免疫系统－匹配集的应用，提高了算法的整体搜索能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统故障诊断
，特别是一种免疫遗传算法及基于该算法 的DSP故障诊断系统。(二)
技术介绍
可靠性是电力系统的基本要求之一。但由于气候、人为等多种因素的影响，电力系 统的故障是不可避免的。当电力系统发生故障时，就要求运行人员能够迅速判断故障原因、 切除故障元件并恢复系统的正常运行，以便减少对电力设备的损坏，保证向用户安全可靠 的供电。 电力系统发生故障时，保护和断路器可能发生拒动、误动、警报信息在传输过程中 可能出现丢失、畸变；故障元件可能有多个。这些都使得实际故障复杂化，个人很难在短时 间内做出正确的判断。故障诊断系统可以帮助调度员迅速找出故障元件，是快速恢复供电 的前提。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种免疫遗传算法及基于该算法的DSP故障诊断系统，它 充分利用免疫遗传算法的特性，将故障诊断的问题转化成0，1整数规划问题，充分利用计 算机的高级决策功能和已成为当今新热点技术的数字信号处理器件(DSP)做实时处理，实 现对当前电力系统故障的诊断，使之快速识别故障区域和元件，分析引起故障的原因，恢复 系统正常运行。 本专利技术的技术方案一种免疫遗传算法及基于该算法的DSP故障诊断系统，其特 征在于该系统由故障信号检测单元馈线自动化终端(FTU)和远程终端单元(RTU)、故障信 号处理单元数字信号处理器(DSP)、故障信号输出显示单元工控上位机组成；所说的故障 信号检测单元馈线自动化终端(FTU)的输出端和远程终端单元(RTU)的输出端均与故障信 号处理单元数字信号处理器(DSP)相连接，故障信号处理单元数字信号处理器(DSP)的输 出端连接故障信号输出显示单元工控上位机。 —种上述DSP故障诊断系统的免疫遗传算法，其特征是在于是由以下步骤构成 (1)制作算法中的参数编码； (2)初始群体的设定； (3)适应度函数的设计； (4)匹配集的设置； (5)控制参数的设定； (6)迭代求解。 上述步骤(1)中所说的参数编码采用二进制的编码方法，在系统发生故障后，安 装于各分段开关和联络开关处的FTU或RTU可监测到故障工频变量，在与其整定值比较后 上传给主站故障信号，而该信号即为离散的0， 1 二进制信号。5/!=1 上述步骤(2)中所说的初始群体的设定是遗传算法对群体进行的进化操作，需要 准备表示起始搜索点的初始群体数据。初始群体的生成是以反映系统故障信号为基准，系 统会在此状态附近随机产生初始群体。 上述步骤(3)中所说的适应度函数的设计也称为对遗传个体适应度的评价，是指 在遗传算法中，以个体适应度的大小来确定该个体被遗传到下一代群体中的概率。本专利技术 的目标函数为=『-/雄x玄t |ma—ma:, - /Fp x堂i: 一,-《■ 一,'=i /=i 乂=1 /=i化& 4 x 2EI取—- /印x |>:/=i式中5 :元件状态向』 n。断路器的数目；6 :主保护数目； 第一后备保护数目； 第二后备保护数目； rih:重合闸数目；MPl :第1个断路器在主保护动作时段的状态； MPl,i* :根据第i个主保护动作原理确定的第1个断路器函数； FPl :第1个断路器在第一后备保护动作时段的状态； FPl,/ :根据第j个第一后备保护动作原理确定的第1个断路器数； SPl :第1个断路器在第二后备保护动作时段的状态； SPl,k* :根据第k个第二后备保护动作原理确定的第1个断路器数； 正常时为0，故障时为1 (n维，n为元件数)FpSp-ph:主保护贡献因子； :第一后备保护贡献因子； :第二后备保护贡献因子； :重合闸贡献因子； :重合闸期望状态；式中W为任意给定的很大的正数(取W二 10 用于确保F(S)恒为正).算法的任 务就是求在此适应度函数下的最大值。 上述步骤(4)中所说的匹配集的设置是指免疫遗传算法对群体中两两竞争产生 出的匹配集进行操作，在匹配集中进行的局部搜索是通过每代开始搜索之前更新设定的交 叉、变异概率对其进行交叉、变异从而产生新的种群。 上述步骤(5)中所说的控制参数的设定是指遗传算法中需确定的参数取值，包括 串长l，群体大小n，交叉概率p。、变异概率Pm。本专利技术中参数的串长是由系统中断路器的 个数决定的，群体大小设定为100代，而交叉概率p。和变异概率pm我们在每代产生匹配集 之前设定更新，即交叉概率和变异概率是可变的。从遗传算法的计算机理可知，在迭代前 期，交叉概率应比较大，变异概率应比较小，以确保计算过程的平稳进行。在迭代后期，解群6中的串已趋于稳定，可能收敛于局部最优解，此时交叉的作用已经减小，其发生的概率可降低，而变异的概率应给定得大一些，以便有机会跳出局部最优解，进入新的搜索空间。本专利技术采用的交叉概率和变异概率随迭代次数的增加而变化的公式为 <formula>formula see original document page 7</formula>(1)<formula>formula see original document page 7</formula> (2) 式中 t :迭带次数； Pc° :交叉概率的初始值； P :交叉概率第t次迭带时的值； Pm° :变异概率的初始值； P::变异概率第t次迭带时的值； Mgen :最大允许的迭带次数； 交叉概率是随迭代次数的增加而线性递减的，变异概率是随迭代次数的增加而线 性递增的，在本专利技术中，在第一代的迭代前期，交叉概率和变异概率分别取为0. 9和0. 001。 上述步骤(6)中所说的迭代求解是指免疫遗传算法最终结果的输出总体来说是 通过两次大的迭代求解。第一次是对每代中由两两竞争的选择方法产生的匹配集进行n/2 步的迭代，每步迭代对从匹配集中随机选取的两两个体按照设定的控制参数对其进行交叉 变异，然后将新产生的两个解放入下一代解群；第二次是在当前代的第一步迭代完成后，判 断是否到最终代，若没到最终代，转入下一代的迭代求解。首先对该代的交叉概率和变异概 率进行设定，并通过两两交叉的选择办法产生匹配集，这时重复上代的一次迭代过程。经过 设定代数的二次迭代后算法跳出循环并输出最终结构及其适应度值。 —种基于该算法的DSP故障诊断的应用，其特征在于采用DSP作为核心控制处理 系统，通过系统中的馈线自动化终端(FTU)和远程终端单元(RTU)监测到故障工频变量时， 将与其整定值比较后得到的离散信号作为DSP核心控制系统的输入信号，该信号也作为内 嵌于其中的免疫遗传算法的输入信号，最终通过DSP核心控制处理系统将算法得到的最终 结果转化为实际系统中的故障信息反映到监测上位机上面，相关工程人员可根据系统所反 映出的信息对故障进行维修排除。 本专利技术所说的DSP故障诊断的免疫遗传算法的的工作原理首先对系统中的故障 信号进行参数编码，参数编码是应用遗传算法是要解决的首要问题，也是设计遗传算法时 的一个关键步骤。编码方法除了决定了个体的染色体排列形式之外，他还决定了个体从搜 索空间到基因型变化到解空间的表现型时的解码方法，编码方法也影响到后面的交叉和变 异算子等遗传算子的运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种免疫遗传算法及基于该算法的ＤＳＰ故障诊断系统，其特征在于该系统由故障信号检测单元馈线自动化终端（ＦＴＵ）和远程终端单元（ＲＴＵ）、故障信号处理单元数字信号处理器（ＤＳＰ）、故障信号输出显示单元工控上位机组成；所说的故障信号检测单元馈线自动化终端（ＦＴＵ）的输出端和远程终端单元（ＲＴＵ）的输出端均与故障信号处理单元数字信号处理器（ＤＳＰ）相连接，故障信号处理单元数字信号处理器（ＤＳＰ）的输出端连接故障信号输出显示单元工控上位机。

【技术特征摘要】
一种免疫遗传算法及基于该算法的DSP故障诊断系统，其特征在于该系统由故障信号检测单元馈线自动化终端(FTU)和远程终端单元(RTU)、故障信号处理单元数字信号处理器(DSP)、故障信号输出显示单元工控上位机组成；所说的故障信号检测单元馈线自动化终端(FTU)的输出端和远程终端单元(RTU)的输出端均与故障信号处理单元数字信号处理器(DSP)相连接，故障信号处理单元数字信号处理器(DSP)的输出端连接故障信号输出显示单元工控上位机。2. —种DSP故障诊断系统的免疫遗传算法，其特征是在于是由以下步骤构成(1) 制作算法中的参数编码；(2) 初始群体的设定；(3) 适应度函数的设计；(4) 匹配集的设置；(5) 控制参数的设定；(6) 迭代求解。3. 根据权利要求2所说的一种DSP故障诊断系统的免疫遗传算法，其特征是在于所说 的步骤(1)中的参数编码采用二进制的编码方法，在系统发生故障后，安装于各分段开关 和联络开关处的FTU或RTU可监测到故障工频变量，在与其整定值比较后上传给主站故障 信号，而该信号即为离散的0， 1 二进制信号。4. 根据权利要求2所说的一种DSP故障诊断系统的免疫遗传算法，其特征是在于所说 的步骤(2)中的初始群体的设定是遗传算法对群体进行的进化操作，需要准备表示起始搜 索点的初始群体数据。初始群体的生成是以反映系统故障信号为基准，系统会在此状态附 近随机产生初始群体。5. 根据权利要求2所说的一种DSP故障诊断系统的免疫遗传算法，其特征是在于所说 的步骤(3)中的适应度函数的设计也称为对遗传个体适应度的评价，是指在遗传算法中， 以个体适应度的大小来确定该个体被遗传到下一代群体中的概率。本发明的目标函数为<formula>formula see original document page 2</formula>式中S:元件状态向量一正常时为O，故障时为l(n维，n为元件数)； 断路器的数目； 主保护数目； 第一后备保护数目； 第二后备保护数目； 重合闸数目； MPl :第1个断路器在主保护动作时段的状态； MPl,i* :根据第i个主保护动作原理确定的第1个断路器函数； FPl :第1个断路器在第一后备保护动作时段的状态；nhFPl,/ :根据第j个第一后备保护动作原理确定的第1个断路器数；SPl :第1个断路器在第二后备保护动作时段的状态；SPl,k* :根据第k个第二后备保护动作原理确定的第1个断路器数；fMP :主保护贡献因子；fFp :第一后备保护贡献因子；fsp :第二后备保护贡献因子；fKp* :重合闸贡献因子；Rph* :重合闸期望状态；式中W为任意给定的很大的正数(取W二 10 用于确保F(S)恒为正).算法的任务就 是求在此适应度函数下的最大值。6. 根据权利要求2所说的一种DSP故障诊断系统的免疫遗传算法，其特征是在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪松，田密，马幼捷，宋代春，权博，李圣明，程德树，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]