基于改进小波神经网络的直流输电系统谐波检测技术.pdf

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1、第5期姚建红等．基于改进小波神经网络的直流输电系统谐波检测技术491基于改进小波神经网络的直流输电系统谐波检测技术姚建红康耀文王天娇唐龙庆(东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江大庆163318)摘要针对换流器产生谐波的主要特征进行分析，提出一种改进型的小波神经网络，增加了处理层，采用了神经树的网络结构。在Matlab中进行了仿真和数据分析，结果表明：相较于普通的小波神经网络改进的小波神经网络具有较好的检测精度和误差率。关键词直流输电谐波检测换流器Matlab中图分类号TH865文献标识码A文章编号1000—3932(2016)05-0491-

2、04近年来，直流输电以其远距离、低损耗及大输电量等方面的优势，取得了快速发展。但是在直流输电系统中由于一些非线性元件的存在会使系统产生谐波，谐波对于严格要求供电质量的输电系统来说是一种“污染”。谐波会影响输电设备的正常运行，对附近的通信设备造成干扰，所以对谐波进行精确的检测与分析对于电力系统的正常稳定运行有着重要的意义⋯。在直流输电系统中，核心元件是换流器，通常采用十二脉动阀组结构的单级换流器旧’“。在对换流器所产生的谐波进行分析时，主要考虑的是在其交流侧与直流侧产生的特征谐波。理论和实践证明，谐波检测的精度和动态响应速度与检测算法密切相关H

3、j。当前主要的谐波检测算法有傅里叶变换、小波变换及神经网络等，但这些算法总会有诸如误差精度不足、数据丢失严重及易陷入局部最优等问题。笔者首先分析了直流输电直流侧与交流侧的特征谐波，然后设计了一种改进型小波神经网络，实现对直流输电系统的谐波检测，最后在Matlab中对该改进型算法予以实现。1换流站的特征谐波在分析直流输电系统的谐波时，通常做出以下假设bj：换相电压源对称，为基波正序电压；变压器对称，包括结构和参数；触发角恒定；平波电抗为无穷大。在理想条件下，换流站网侧的交流电压为三相对称电压，所以电压无谐波。直流侧为某一恒定的直流电流，故电流也

4、不含谐波。所以在分析换流站的谐波特性时，要将换流站的交流侧和直流侧分开分析。在理想条件下，无论是否考虑换相的影响，三相六脉冲换流器在直流输电系统的交流侧电流特征谐波次数为6k±1次。而对于直流侧，在直流输电系统中三相六脉冲换流器的直流侧电压特征谐波次数为6

5、j}次。而对于十二脉冲换流器，它的结构为两个六脉冲换流器串联，每个六脉冲换流器的谐波次数与上述相同。在理想条件下，两个换流器之间的谐波分量可以相互抵消，因此该换流器在交流侧电流中的特征谐波为12k4-1次，直流侧电压的特征谐波为12k次。经过研究表明，对换流器的脉冲数做进一步分析，分析到P

6、次时，交流侧和直流侧的特征谐波分别为pk4-1次和础次‘6J。2小波神经网络与改进小波神经网络的比较2．1小波神经网络小波神经网络是在BP神经网络结构的基础上，在网络内部加人了小波函数。由于有小波分析理论做基础，网络的权值学习算法相比于常规神经网络来说要简单，收敛速度较快"1。图1为普通的小波神经网络结构。收稿日期：2016-03—15(修改稿)基金项目：黑龙江省教育厅科技攻关项且(12531062)化工自动化及仪表第43卷小波变换层西。(net)输入层中间层输出层图1小波神经网络结构神经网络与小波变换的结合方式有两种，即松散型和紧致型¨。。

7、松散型是将信号通过小波变换或傅里叶变换实现其时频特性的提取，进而将提取的时频特性送入神经网络进行处理；紧致型是将神经网络的隐含层改为小波函数，从图1中可以看到神经网络的输入层和输出层没有变化，只是中间层(隐含层)由原来的神经网络函数变为了小波函数。小波神经网络在处理复杂数据(多维)时并不能快速得出目标结果，迭代次数、计算的误差精度仍与目标结果有很大的差距，网络本身也容易陷入局部最优。针对以上不足笔者提出了改进型小波神经网络。2．2改进型小波神经网络2．2．1处理层的构建针对上述小波神经网络的不足，笔者将小波神经网络的松散型与紧致型结合起来。由

8、于原始数据也就是谐波是一个三维数据，在小波神经网络的输入层与隐含层中间加入了处理层，处理层由快速傅里叶变换(FFT)构成，通过快速傅里叶变换，可以将谐波中的幅值、相角和频率分别提取出来，也就是笔者所要做的降维，将多维输入分解降维变成多个子网络，形成一个类似“神经树”的小波神经网络。这样做有效降低了离散正交小波网络的算法复杂性，加快了网络的学习速率，提高了网络的收敛速度和误差精度。由于谐波的检测包含谐波的幅值、相角与频率的检测，故笔者选择有3层子网络的小波神经网络，其结构如图2所示。笔者改进的小波神经网络在进行信号分类识别时采用如下四层网络结构

9、：频率H隐含层H输出层固雹辩回嘟篆霹蝠值H隐含层H输出层图2改进型小波神经网络的结构a．输入层。将待检测的含有谐波的原始信号输入到神经网络中。13．处理层。将输入层