人工神經網絡發展史
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人工神經網絡發展史范文第1篇
【關鍵詞】數據挖掘 異常數據挖掘 人工智能
1 引言
人工智能用于異常數據檢測的方法很多，傳統的如基于統計（statistical-based）的方法、基于距離（distance-based）的方法 [1]、基于密度（density-based）的方法[2]，基于聚類的方法[3]等。但這么傳統的異常數據檢測方法仍然存在著一些缺陷與不足。基于統計的數據檢測方法要求預先知道被檢測數據的分布情況，基于距離的方法中距離函數與參數的選擇存在較大的困難，基于密度的數據檢測方法方法時間復雜度較高，這些問題極大地限制了異常數據挖掘算法在現實中的應用。本文重點論述人工智能方法用于異常數據挖掘的發展史，分析和比較各自的優缺點。
2 常用于異常數據挖掘的幾種人工智能方法的分析
2.1 神經網絡方法
神經網絡模型主要由三層結構組成，主要包括輸入層、隱含層和輸出層。第一層為輸入層，輸入層的節點代表多個預測變量，輸出層的節點代表多個目標變量，位于輸入層和輸出層之間的是隱含層，神經網絡模型的復雜度取決于隱含層的層數和節點數。每一層的節點都允許有多個。神經網絡模型主要用于解決回歸和分類兩類問題，其結構圖如下圖所示。
從上圖可得，節點X1，X2，X3作為神經元的輸入，代表多個預測變量，它可以是來自神經網絡的信息，也可以是另一個神經元的輸出；W1，W2，……，Wn是神經元的權值，表示各個神經元的連接強度。通過神經網絡模型的結構圖可知，該方法的實現過程：首先將每個訓練樣本的各屬性取值同時賦給第1層即輸入層；各屬性值再結合各自的權重賦給第2層（隱含層的第1層），第1層隱含層再結合各自的權重輸出又作為下一隱含層的輸入，最后一層的隱含層節點帶權輸出賦給輸出層單元，輸出層最終給出各個訓練樣本的預測輸出。
2.2 蟻群聚類算法
在數據挖掘中，聚類是一個活躍的研究領域，涉及的范圍較廣。許多計算機學者們通過模仿生物行為提出一系列解決問題的新穎方法。螞蟻搜索模式樣本所歸屬的聚類中心的概率計算公式如式（1）。
（1）
其中，α，β為參數，初始聚類中心為隨機選取的k個模式樣本點。τ（i，j）為樣本Xj到聚類中心mj之問的信息素i=1，2， …，n，j=1，2， …，k ；η（i，j）為啟發函數，其表達式如式（2）所示。
（2）
其中，dj為模式樣本Xj到聚類中心mj的歐氏距離為（i=1，2， …，n，j=1，2， …，k）。
螞蟻搜索整個模式樣本空間，形成一個聚類結果后，聚類中心mj各分量的值為該類Cj中模式樣本各屬性的均值，計算公式如（3）。
（3）
2.3 基于知識粒度的異常數據挖掘算法
粒計算是人工智能領域新發展起來的一個研究方向，該方法針對不確定性信息進行處理。它主要包括三種模型，分別是粗糙集模型、模糊集模型與商空間模型。該方法的基本思想是利用不同粒度上的信息進行問題求解。該理論在多個領域得到了廣泛的應用，如數據挖掘、決策支持與分析和機器學習等。知識粒度為異常數據挖掘處理不確定性數據提供一種新的解決方法。基于知識粒度的異常數據挖掘算法，該算法不需要預先知道數據的分布情況，并且采用知識粒度度量各個對象間的距離與異常度時，能有效挖掘出異常數據。
3 各方法的比較
通過以上各種方法的分析，各種方法具有各自的優點以及不足之處。基于聚類的數據挖掘方法側重與于聚類的問題，該問題極大地限制了該算法在實際生活中的應用。神經網絡方法用于數據挖掘，是人工智能中較早應用于數據挖掘領域的方法之一，能夠較好的進行異常數據的挖掘，但是該方法的層數的確定比較困難，同時該方法的時間復雜度比較高；蟻群聚類算法是在聚類算法的基礎上改進推廣而得，能夠達到異常數據檢測的目的，但該算法的收斂速度慢，而且算法存在隨機移動而延長聚類時間。
4 結束語
異常數據挖掘研究是一個有價值的研究問題，近年來引起越來越多的學者關注和研究，從而使得異常數據挖掘算法取得了新的進展，在生態系統分析、公共衛生、氣象預報、金融領域、客戶分類、網絡入侵檢測、藥物研究等方面得到了廣泛的應用。希望本論文中的方法可以給讀者提供更多異常數據挖掘方面的思路，并且能夠很好的將人工智能中的方法運用異常數據挖掘中，克服各種方法不足，讓人們能夠更好的應用。
參考文獻
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人工神經網絡發展史范文第2篇
【關鍵詞】電力系統；繼電保護；技術；發展現狀
一、微機繼電保護的主要特點
根據，研究和實踐證明 ，與傳統的繼 電保護相 比較 ，微機保護有許多優點 ，其主要特點如下改善和提高繼 電保護 的動作特征 和性 能 ，動作正確率高。主要表現在能得 到常規保護不易獲得的特性 其很強的記憶力能更好地實現故障分量保護 可引進 自動控制 、新的數學理論和技術 ，如自適應 、狀態預測 、模糊控制及人工神經網絡等 ，其運行高正確率也已在實踐中得到證明 。可以方便地擴充其他輔助功能 。如故障錄波 、波形分析等 ，可 以方便地附加低頻減載 、自動重合閘、故障錄波 、故障測距等功能 。工藝 結構條 件優越 。體現 在 硬件 比較 通用 ，制造容易統一標準 裝置體積小 ，減少了盤位數量 功耗低 。可靠性容易提高 。體現在數字元件的特性不易受溫度變化 、電源波動、使用年限、元件更換的影響 且 自檢和巡檢能力強 ，可用軟件方法檢測主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。使用靈 活方便 ，人機界面越來越友好 。其維護調試也更方便 ，從而縮短維修時間 同時依據運行經驗，在現場可通過軟件方法改變特性 、結構 。可以進行遠方監控 。微機保護裝置具有串行通信功能 ，與變電所微機監控系統的通信聯絡使微機保護具有遠方監控特性 。
二、微機繼電保護的發展史
電力系統繼電保護的發展經歷了機電型 、整流型 、晶體管型和集成電路型幾個階段后 ，現在發展到了微機保護階段 。微機繼電保護指的是以數字式計算機 、（包括微型機） 為基礎而構成的繼 電保護。它起源于20世紀60年代中后期 ，是在英國、澳大利亞和美國的一些學者的倡導下開始進行研究的。60年代中期 ，有人提 出用小型計算機實現繼 電保護的設想 但是由于當時計算機的價格昂貴 ，同時也無法滿足高速繼電保護的技術要求 ，因此沒有在保護方面取得實際應用 ，但 由此開始了對計算機繼電保護理論計算方法和程序結構的大量研究 ，為后來的繼電保護發展奠定了理論基礎 。計算機技術在 年代初期和中期出現了重大突破 ，大規模集成電路技術的飛速發展 ，使得微型處理器和微型計算機進人了實用階段 。價格 的大幅度下降 ，可靠性 、運算速度的大幅度提高 ，促使計算機繼 電保護的研究 出現 了。在70年代后期 ，
出現了比較完善的微機保護樣機 ，并投人到電力系統 中試運行 80年代 ，微機保護在硬件結構和軟件技術方面 日趨成熟 ，并已在一些國家推廣應用 。90年代 ，電力系統繼 電保護技術發展到了微機保護時代 ，它是繼電保護技術發展歷史過程中的第四代。
三、我國繼電保護發展現狀
我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究 ，高等院校和科研院所起著先導的作用 。華中理工大學 、東南大學 、華北 電力學院 、西安交通大學 、天津大學 、上海交通大學 、重慶大學和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理 、不同型式的微機保護裝置 。1984年原華北 電力學院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定 ，并在系統中得應用 ，揭開 了我 國繼 電保護發展史上新的一頁 ，為微機保護的推廣開辟 了道路 。在主設備保護方面 ，東南大學和華中理工大學研制的發電機失磁保護 、發 電機保護 和發 電機 、壓器組保 護也相繼 于1993、1996年通過鑒定 ，投人運行 。南京電力 自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于 年通過鑒定 。天津大學與南京 電力 自動化設備廠合作研制的微機相電壓補償式方向高頻保護 ，西安交通大學與許昌繼電器廠合作研制的正序故 障分量方向高頻保護也相繼于 ” 年通過鑒定 至此 ，不同原理 、不同機型 的微機線路和主設備保護各具特色 ，為電力 系統提供了一批 新一代性 能優良、功能齊全 、工作可靠的繼 電保護裝置 。可 以說90年代開始我國繼電保護技術已進人 了微機保護的時代。隨著微機保護裝置的研究 ，在微機保護軟件、算法等方面也取得 了很多理論成果 ，并且應用于實際之中。
四 、繼電保護的未來發展
繼電保護技術發展趨勢 向計算機化 、網絡化、智能化和保護、控制 、測量 、數據通信一體化發展 。隨著計算機技術的飛速發展及計算機在電力系統繼電保護領域中的普遍應用 ，新的控制原理和方法被不斷應用于計算機繼電保護中 以期取得更好的
效果 ，從而使微機繼 電保護的研究向更高的層次發展 ，出現了一些引人注 目的新趨勢。
1.保護 、控制 、測量 、數據通信一體化在實現繼 電保護的計算機化和 網絡化的條件下 ，保護裝置實際上就是一 臺高性能 、多功能的計算機 ，是整個電力系統計算機 網絡上的一個智能終端 。它可從網上獲取 電力系統運行和故障的任何信息和數據 ，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網絡控制 中心或任一終端。因此 ，每個微機保護裝置不但可完成繼 電保護功能 ，而且在無故 障正常運行情況下還可完成測量 、
控制 、數據通信功能 ，亦即實現保護、控制 、測量、數據通信一體化 。
目前 ，為了測量 、保護和控制的需要 ，室外變電站的所有設備 ，如變壓器 、線路等的二次電壓 、電流都必須用控制 電纜引到主控室 。所敷設的大量控制電纜不但要大量投資 ，而且使二次 回路非常復雜。但是如果將上述的保護 、
控制 、測量 、數據通信一體化 的計算機裝置 ，就地安裝在室外變電站的被保護設備旁 ，將被保護設備的電壓 、電流量在此裝保護 、控制 、測量 、數據通信一體化在實現繼 電保護的計算機化和 網絡化的條件下 ，保護裝置實際上就是一 臺高性能 、多功能的計算機 ，是整個電力系統計算機 網絡上的一個智能終端 。它可從網上獲取 電力系統運行和故障的任何信息和數據 ，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網絡控制 中心或任一終端。因此 ，每個微機保護裝置不但可完成繼 電保護功能 ，而且在無故 障正常運行情況下還可完成測量 、控制 、數據通信功能 ，亦即實現保護、控制 、測量、數據通信一體化 。
目前 ，為了測量 、保護和控制的需要 ，室外變電站的所有設備 ，如變壓器 、線路等的二次電壓 、電流都必須用控制 電纜引到主控室 。所敷設的大量控制電纜不但要大量投資 ，而且使二次 回路非常復雜。但是如果將上述的保護 、控制 、測量 、數據通信一體化 的計算機裝置 ，就地安裝在室外變電站的被保護設備旁 ，將被保護設備的電壓 、電流量在此裝置內轉換成數字量后 通過計算機 網絡送到主控室 ，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網絡的傳輸介質 ，還可免除電磁干擾 。現在光電流互感器OTA和光電壓互感器（OTA）
已在研究實驗階段！將來必然在電力系統中得到應用。在采用OTA和OTA的情況下，保護裝置應放在距OTA和OTA最 近 的地方 ，亦 即應 放在被保護設備 附近 。和 的光信號輸人到一體化裝置中并轉換成電信號后 ，一方面用作保護的計算判斷另一方面作為測量量 ，通過網絡送到主控室。從主控室通過網絡可將對被保護設備的操作控制命令送到一體化裝 置 ，由一體化裝 置執行 斷路器 的操作。1992年天津大學提 出了保護 、控制 、測量 、通信一體化問題 ， TMS320C25數字信號處理器（DSP0）為基礎的一個保護、控制、測量 、數據通信一體化裝置 。
工神經網絡在繼電保護中的應用 年來 ，人工智能技術如神經網絡 、遺傳算法 、化規劃 、模糊邏輯等在 電力系統各個領域都得到應用 ，在繼電保護領域應用的研究也已開始 。
神網絡是一種非線性映射的方法 ，很多難以列出方絡方法則可迎刃而解 。
例如在輸電線兩側系統電勢角度擺開情況下發生經過渡 電阻的短路就是一非線性問題 ，距離保護很難正確作出故障位置的判別 ，從而造成誤動或拒動 如果用神經網絡方法 ，經
過大量故障樣本的訓練 ，只要樣本集 中充分考慮了各種情況 ，則在發生任何故障時都可正確判別 。其它如遺傳算法 、進化規劃等也都有其獨特的求解復雜問題的能力。將這些人工智能方法適 當結合可使求解速度更快 。天津大學從 年起進行神經網絡式繼電保護的研究 ，已取得初步成果 。可以預見 ，人工智能技術在繼 電保護領域必將得 到應用 ，并解決用常規方法難以解決的間題變電所綜合 自動化技術現代計算機技術 、通信技術和網絡技術為改變變電站目前監視 、控制 、保護和計量裝置及系統分割的狀態提供了優化組合和系統集成的技術基礎 。高壓 、超高壓變電站正面臨著一場技術創新 。繼電保護和綜合 自動化的緊密結合已成為可能 它表現在集成與資源共享 、遠方控制與信息共享。以遠方終端單元 、微機保護裝置為核心 ，將變電所的控制 、信號 、測量 、計費等回路納入計算機系統 ，取代傳統的控制保護屏 ，能夠降低變電所的占地面積和設備投資 ，提高二次系統的可靠性 。隨著微機性能價格 比的不 斷提高 ，現代通信技術的迅 速發展 ，以及標準化規約 的陸續推 出 ，變電站綜合 自動化成了熱門話題 。
目前 ，用于變電站的監視 、控制 、保護 ，包括故障錄波 、緊急控制裝置 ，雖然已實現了微機數字化 ，但幾乎都是功能單一的獨立裝置 ，各個裝置缺乏整體協調和功能的調優 ，且功能交叉 ，輸人信息不能共享 ，接線復雜 ，從整體上降低了可靠性 ，同時不能充分利用微機數據處理的強大功能和速度 ，經濟上也是一種浪費 。現在廣泛應用 的變電站 自動化系統為常規 自動化系統 ，它應用 自動控制技術 、計算機數據采集和處理技術 、通信技術 ，代替人工對變電站進行正常運行的監視 、操作、電壓無功控制 、量測記錄和統計分析 、故障運行 的監視 、報警和事件順序記錄與運行操作 ，大多不涉及繼 電保護 、緊急控制、故障錄波 、 、維修狀態信息處理等功能 ，功能相對 比較簡單。競爭的電力市場將促進新的 自動化技術的開發和應用 ，在經濟效益的驅動下 ，變電站將向集成自動化方向發展 。根據變電站 自動化集成的程度 ，可將未來的 自動化 系統分為協調 型 自動化和集成型 自動化 。協調型 自動化仍然保留間隔內各 自獨立的控制 、保護等裝置 ，各 自采集數據并執行相應的輸出功能 ，通過統一的通信網絡與站級相連 ，在站級建立一個統一的計算機系統 ，進行個功能的協調 。而集成型 自動化既在間隔級 ，又在站級對各個功能進行優化組合 ，是現代控制技術 、計算機技術和通信技術在變 電站 自動化 系統的綜合應用 。所謂集成型 自動化系統是將 間隔的控制 、保護 、故障錄波 、事件記錄和運行支持系統的數據處理等功能集成在一個統一的多功能數字裝置內，間隔內部和間隔間以及 間隔同站級 間的通信用少量的光纖總線實現 ，取消傳統的硬線連接 。
人工神經網絡發展史范文第3篇
關鍵詞：繼電保護技術；電力系統；應用
中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A
引言：近年來，隨著電子及計算機通信技術的快速發展為繼電保護技術的發展注入了新的活力，同時也給繼電保護技術不斷的提出了新的要求。作為繼電保護技術如何才能有效的遏制故障，使電力系統的運行效率及運行質量得到有效的保障，是繼電保護工作技術人員需要解決的技術問題。
1.繼電保護發展的現狀
上世紀60年代到80年代是晶體管繼電保護技術蓬勃發展和廣泛應用的時期。70年代中期起，基于集成運算放大器的集成電路保護投入研究，到80年代末集成電路保護技術已形成完整系列，并逐漸取代晶體管保護技術，集成電路保護技術的研制、生產、應用的主導地位持續到90年代初。與此同時，我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究，高等院校和科研院所起著先導的作用，相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原東北電力學院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定，并在系統中獲得應用，揭開了我國繼電保護發展史上新的一頁，為微機保護的推廣開辟了道路。在主設備保護方面，關于發電機失磁保護、發電機保護和發電機－變壓器組保護、微機線路保護裝置、微機相電壓補償方式高頻保護、正序故障分量方向高頻保護等也相繼通過鑒定，至此，不同原理、不同機型的微機線路保護裝置為電力系統提供了新一代性能優良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果，此時，我國繼電保護技術進入了微機保護的時代。
目前，繼電保護向計算機化、網絡化方向發展，保護、控制、測量、數據通信一體化和人工智能化對繼電保護提出了艱巨的任務，也開辟了研究開發的新天地。隨著改革開放的不斷深入、國民經濟的快速發展，電力系統繼電保護技術將為我國經濟的大發展做出貢獻。
2.電力系統繼電保護裝置的基本要求
(1)速動性。是指保護裝置應盡可能快地切除短路故障。縮短切除故障的時間以減輕短路電流對電氣設備的損壞程度，加快系統電壓的恢復，從而為電氣設備的自啟動創造了有利條件，同時還提高了發電機并列運行的穩定性。(2)可靠性。保護裝置如不能滿足可靠性的要求，反而會成為擴大事故或直接造成故障的根源。為確保保護裝置動作的可靠性，必須確保保護裝置的設計原理、整定計算、安裝調試正確無誤；同時要求組成保護裝置的各元件的質量可靠、運行維護得當、系統簡化有效，以提高保護的可靠性。(3)選擇性。當供電系統中發生故障時，繼電保護裝置應能選擇性地將故障部分切除。首先斷開距離故障點最近的斷路器，以保證系統中其它非故障部分能繼續正常運行。(4)靈敏性。保護裝置靈敏與否一般用靈敏系數來衡量。在繼電保護裝置的保護范圍內，不管短路點的位置如何、不論短路的性質怎樣，保護裝置均不應產生拒絕動作；但在保護區外發生故障時，又不應該產生錯誤動作。
3.繼電保護技術的配置和運用
3.1繼電保護裝置的作用繼電保護裝置在供電系統中具有極其重要的作用，在電力系統發生故障時，必須要通過保護裝置將故障及時排除，以防發生更大的故障。當電力設備處于具有危害性的不正常的工作狀態時，保護裝置必須及時發出警報信號報知給工作人員，以便其及時消除不正常的工作狀態，防止電力設備和元器件發生損害，從而導致電力事故的發生。
3.2繼電保護裝置的基本原理
電力系統發生短路故障以后，電流會驟增，電壓會驟降，電路測量阻抗會減小，電流和電壓之間的相位角會發生變化，這些參數的變化能構成原理不同的繼電保護，比如電流增大會構成過電流、電流阻斷保護；電壓降低會構成低電壓保護。
3.3繼電保護裝置的運用
工廠和企業的高壓供電系統和變電站都會運用到繼電保護裝置。在高壓供電系統分母線繼電保護的應用中，分段母線不并列運行時裝設的是電流速斷保護和過電流保護，但是在斷路器合閘的瞬間才會投入，合閘后就會自動解除。配電所的負荷等級如果較低，就可以不裝設保護裝置。變電站常見的繼電保護裝置有線路保護、母聯保護、電容器保護、主變保護等。
（1）線路保護，通常采用二段式或者三段式的電流保護。其中一段是電流速斷保護，二段是限時電流速斷保護，三段是過電流保護。（2）母聯保護 ，限時電流保護裝置聯同過電流保護裝置一起裝設。（3）電容器保護，包括過流保護、過壓保護、零序電壓保護和失壓保護。（4）主變保護，包括主保護 （重瓦斯保護、差動保護），后備保護（復合電壓過負荷保護、過流保護）繼電保護技術在目前已經得到飛速的發展，各種各樣的微機保護裝置正逐漸被投入使用，微機保護裝置是有各種不同，但是其基本原理和目的都是一樣的。
4.電力系統繼電保護發展趨勢
4.1網絡化發展趨勢
計算機網絡作為信息和數據通信工具已成為信息時代的技術支柱，使人類生產和社會生活的面貌發生了根本變化，它深刻影響著各個工業領域并為之提供了強有力的通信手段。多年來，繼電保護的作用也只限于切除故障元件、縮小事故影響范圍，這主要是由于缺乏強有力的數據通信手段。隨著電力系統發展的要求及通信技術在繼電保護領域應用的深入，繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍 ( 這是首要任務) ，還要保證全系統的安全穩定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統運行狀態和故障信息的數據，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數據的基礎上協調動作，確保系統的安全穩定運行。顯然，實現這種系統保護的基本條件是將全系統各主要設備的保護裝置用計算機網絡連接起來，亦即實現微機保護裝置的網絡化。實現保護裝置的計算機聯網將使保護裝置能夠得到更多的系統故障信息，提高對電力系統故障性質、故障位置判斷和故障測距的準確性。總之，微機保護裝置網絡化可大大提高繼電保護的性能及可靠性，是微機保護發展的必然趨勢。
4.2繼電保護智能化
智能化進入20世紀90年代以來,人工智能技術如神經網絡、遺傳算法、進化規劃、模糊邏輯等在電力系統各個領域都得到了應用,電力系統繼電保護領域內的一些研究工作也轉向人工智能的研究。專家系統、人工神經網絡等逐步應用于電力系統繼電保護中,為繼電保護的發展注入了新的活力。人工神經網絡具有分布式存儲信息、并行處理、自組織、自學習等特點,其應用研究發展十分迅速,目前主要集中在人工智能、信息處理、自動控制和非線性優化等問題的研究。結合人工智能技術,分析不確定因素對智能診斷系統的影響,而提高診斷的準確率,是今后智能診斷發展的方向。
4.3控制、保護、數據通信、測量一體化
在實現繼電保護的計算機化和網絡化的條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統計算機網絡上的一個智能終端。它可以從網絡上獲取電力系統運行和故障的任何信息和數據，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網絡控制中心或任一終端。因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數據通信功能，亦即實現保護、測量、數據通信一體化。
電力系統作為一個龐大復雜的系統，各元件之間通過電或磁發生聯系，任何元件發生故障都將在不同程度上影響系統的正常運行。繼電保護作為電力技術的一環，它對保障電力系統安全運行、提高社會經濟效益起到舉足輕重的作用。電力系統由于其覆蓋的地域極其遼闊、運行環境極其復雜以及各種人為因素的影響，電氣故障的發生是不能完全避免的。在電力系統中的任何一處發生事故，都有可能對電力系統的運行產生重大影響，為了確保電力系統的正常運行。必須正確地設置繼電保護設備。
5.結語
總之，在電力系統繼電保護工作中，只有對繼電保護裝置進行定期檢查和維護，按時巡檢其運行狀況，及時發現故障并做好處理，保證系統無故障設備正常運行，才能提高供電的可靠性。
參考文獻：
人工神經網絡發展史范文第4篇
【關鍵詞】農村電網；繼電保護；配置；可靠性
1 繼電保護技術發展的歷史概況
電力系統技術的發展對繼電保護提出了新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的發展又為繼電保護技術的發展注入了新的動力，繼電保護技術的發展，也是科技實力的發展。
建國后，我國繼電保護學科、繼電保護設計、繼電器制造工業和繼電保護技術隊伍從無到有，在大約10年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。20世紀50年代，我國工程技術人員創造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗的繼電保護技術隊伍，對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。在引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術后，建立了我國自己的繼電器制造業。在60年代中期我國已建成了繼電保護研究、設計、制造、運行和教學的完整體系。這是機電式繼電保護繁榮的時代，為我國繼電保護技術的發展奠定了堅實基礎。
20世紀50年代末，晶體管繼電保護已開始研究。60年代中期到80年代中期是晶體管繼電保護蓬勃發展和廣泛采用的時代。我國研制的500kV晶體管方向高頻保護和晶體管高頻閉鎖距離保護的成功運行，結束了500kV線路保護依靠進口的時代。從70年代中期，基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產、應用仍處于主導地位，這是集成電路保護時代。
20世紀70年代末開始計算機繼電保護的研究，高等院校和科研院所起著先導的作用。1984年原華北電力學院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定，并在系統中獲得應用，揭開了我國繼電保護發展史上新的一頁，為微機保護的推廣開辟了道路。在主設備保護方面，東南大學和華中理工大學研制的發電機失磁保護、發電機保護和發電機變壓器組保護也相繼于l989年、l994年通過鑒定并投入運行。南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的微機相電壓補償式方向高頻保護，西安交通大學與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護也相繼于l993年、l996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機型的微機線路和主設備保護各具特色，為電力系統提供了一批新一代性能優良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。從90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代，開始走上高科技的發展時代。
2 繼電保護技術的發展前景
智能化進入20世紀90年代以來，人工智能技術如神經網絡、遺傳算法、進化規劃、模糊邏輯等在電力系統各個領域都得到了應用，電力系統保護領域內的一些研究工作也轉向人工智能的研究。專家系統、人工神經網絡（ANN）和模糊控制理論逐步應用于電力系統繼電保護中，為繼電保護的發展注入了活力。隨著計算機技術的飛速發展以及計算機在電力系統繼電保護領域中的普遍應用，新的控制原理和方法被不斷應用于計算機繼電保護中，以期取得更好的效果，從而使微機繼電保護的研究向更高的層次發展，其未來趨勢向計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化發展。微計算機硬件的更新和網絡化發展在計算機領域，發展速度最快的當屬計算機硬件，按照著名的摩爾定律，芯片上的集成度每隔18～24個月翻一番。其結果是不僅計算機硬件的性能成倍增加，價格也在迅速降低。微處理機的發展主要體現在單片化及相關功能的極大增強，片內硬件資源得到很大擴充，單片機與DSP芯片二者技術上的融合，運算能力的顯著提高以及嵌入式網絡通信芯片的出現及應用等方面。這些發展使硬件設計更加方便，高性價比使冗余設計成為可能，為實現靈活化、高可靠性和模塊化的通用軟硬件平臺創造了條件。硬件技術的不斷更新，使微機保護對技術升級的開放性有了迫切要求。未來的繼電保護技術、變電所綜合自動化技術現代計算機技術、通信技術和網絡技術為改變變電站目前監視、控制、保護和計量裝置及系統分割的狀態提供了優化組合和系統集成的技術基礎。高壓、超高壓變電站正面臨著一場技術創新。實現繼電保護和綜合自動化的緊密結合，它表現在集成與資源共享、遠方控制與信息共享。以遠方終端單元（RTu）、微機保護裝置為核心，將變電所的控制、信號、測量、計費等回路納入計算機系統，取代傳統的控制保護屏，能夠降低變。
自適應繼電保護的概念始于20世紀80年代，它可定義為能根據電力系統運行方式和故障狀態的變化而實時改變保護性能、特性或定值的新型繼電保護。自適應繼電保護的基本思想是使保護能盡可能地適應電力系統的各種變化，進一步改善保護的性能。這種新型保護原理的出現引起了人們的極大關注和興趣，是微機保護具有生命力和不斷發展的重要內容。自適應繼電保護具有改善系統的響應、增強可靠性和提高經濟效益等優點，在輸電線路的距離保護、變壓器保護、發電機保護、自動重合閘等領域內有著廣泛的應用前景。隨著電力系統的高速發展和計算機技術、通信技術的進步，繼電保護技術面臨著進一步發展的趨勢。其發展將出現原理突破和應用革命，由數字時代跨入信息化時代，發展到一個新的水平。未來中國電力系統繼電保護技術的發展前景，會以嶄新的姿態走在世界前列。
3 10KV線路保護中容易被忽視的問題及解決方法
（1）10kV線路如裝有大量的配電變壓器，在線路投入時，這些配電變壓器是掛在線路上，在合閘瞬間，各變壓器所產生的勵磁涌流在線路上相互迭加、來回反射，產生了一個復雜的電磁暫態過程，在系統阻抗較小時，會出現較大的涌流，時間常數也較大。二段式電流保護中的電流速斷保護由于要兼顧靈敏度，動作電流值往往取得較小，特別在長線路或系統阻抗大時更明顯。勵磁涌流值可能會大于裝置整定值，使保護誤動。這種情況在線路變壓器個數少、容量小以及系統阻抗大時并不突出，因此容易被忽視，但當線路變壓器個數及容量增大后，就可能出現。
勵磁涌流的特征，就是它含有大量的二次諧波，另一特征就是它的大小隨時間而衰減，一開始涌流很大，一段時間后涌流衰減為零，流過保護裝置的電流為線路負荷電流，利用涌流這個特點，在電流速斷保護加入一短時間延時，一般為0.15～0.2s的時限，就可以防止勵磁涌流引起的誤動作，這樣雖然會增加故障時間，但在對穩定運行影響較小的地方還是適用的。
（2）10kV線路出口處短路電流一般都較小，特別是農網中的變電所，它們往往遠離電源，系統阻抗較大。對于同一線路，出口處短路電流大小會隨著系統規模及運行方式改變而改變。隨著系統規模的不斷擴大，10kV系統短路電流會隨著變大，可以達到TA一次額定電流的幾百倍，系統中原有一些能正常運行的變比小的TA就可能飽和；另一方面，短路電流中含大量非周期分量，又會進一步加速TA飽和。在10kV線路短路時，由于TA飽和，感應到二次側的電流會很小或接近于零，使保護裝置拒動，影響供電可靠性，而且嚴重威脅運行設備的安全。
避免TA飽和一是在選擇TA時，變比不能選得太小，要考慮線路短路時TA飽和問題，一般10kV線路保護TA變比最好大于300/5。另一方面要盡量減少TA二次負載阻抗，盡量避免保護和計量共用TA，縮短TA二次電纜長度及加大二次電纜截面等，就能很好的防止TA飽和現象。
人工神經網絡發展史范文第5篇
【關鍵詞】復雜性科學;中醫藥學;啟示
【中圖分類號】R2-031【文獻標識碼】A【文章編號】1007-8517(2010)18-012-3
復雜性科學[1](Science of Compledty)是一門研究復雜性和復雜系統的新興的邊緣、交叉學科。國外有學者稱復雜性科學是科學史上繼相對論和量子力學之后的又一次革命[2],國內成思危教授認為它是系統科學發展的一個新階段[3,4],戴汝為院士稱其為“21世紀的科學”。近年有關的學術會議和數量急劇增加,相關的研究在國內外掀起了熱潮。總之,它方興未艾,引起了國內外越來越多學者的關注。復雜性科學打破了線性、均衡、簡單還原的傳統范式,而致力于研究非線性、非均衡和復雜系統帶來的種種新問題。復雜性科學的出現極大地促進了科學的縱深發展。使人類對客觀事物的認識由線性上升到非線性、由簡單均衡上升到非均衡、由簡單還原論上升到復雜整體論。因此,我們認為復雜性科學的誕生標志著人類的認識水平步入了一個嶄新的階段,將是科學發展史上又一個新的里程碑。
復雜性研究最早的起源可以追溯到20世紀上半葉,1928年貝塔朗菲(Von Bertalanffy)完成了描述生物有機體系統的畢業論文。自此以后的20年,在這方面做出實質性貢獻的人及其成果為:McCul-loch和Pitts的神經網絡、馮?諾依曼(John Von Neuman)的元胞自動機(cellular automata)和維納的控制論。上個世紀50年代到70年代,普里高津提出了耗散結構理論,溝通了非生命系統和生命系統的內在聯系,說明這兩類大系統之間并沒有嚴格的界限,表面上的鴻溝是由相同的規律所支配的。耗散結構的理論是對系統宏觀性質的研究,還沒有和系統的微觀性質聯系起來。與普里高津同時代的哈肯的協同學則溝通了從微觀到宏觀的通路,使系統在宏觀上表現出來的規律能和微觀上的運動聯系起來。遠離平衡態的研究是歐洲復雜性研究的代表,但是從目前的情況來看,普里高津和哈肯所研究的系統特性仍屬于“簡單巨系統”特性的范疇,可以直接用統計學等定量工具進行處理。當這些方法運用到更復雜的系統中時,遇到了根本性的困難。1984年,在諾貝爾獎獲得者蓋爾曼(Gell Mann)等人的發起與鼓動下,一批物理學家、理論生物學家、經濟學家和計算機專家及其它學科的研究人員聚集于美國新墨西哥州的圣塔菲組織了一個松散的研究團體,稱為圣塔菲(Santa Fe)研究所。其前期的主要學術觀點可概括為:復雜系統是由大量相互作用的單元構成的系統。復雜性的研究則是研究復雜系統如何在一定的規則下產生有組織的行為。近年來,圣塔菲研究所的一些科學家拓寬了復雜性的研究內容,把興趣逐步轉移到對混沌邊界的研究上。總體來看,圣塔菲研究所認識到復雜性研究的困難在于不能用傳統的方法來處理復雜系統所涉及的問題,并提出了復雜性科學這一概念。迄今圣塔菲研究所在復雜性科學研究方面所涉及的主要內容有:復雜適應系統、非適應系統(如元胞自動機)、標度、自相似、復雜性的度量。其中復雜適應系統是圣塔菲研究所集中研究的對象,而且復雜適應系統理論也是第三階段復雜性科學的主要成果。
1復雜性
在復雜性科學研究中,復雜性是客觀事物的一種屬性,是客觀事物跨越層次的、不能夠用傳統的科學理論直接還原的相互關系。復雜性與簡單性是相對應的。簡單性一向是現代自然科學的一條通則。許多科學家相信自然界的基本規律是簡單的。愛因斯坦曾是這種觀點的突出代表。雖然復雜現象比比皆是,但人們還是努力要把它們還原成更簡單的行為主體(Agent)或過程。當然的確有不少復雜的事物或現象,其背后確實存在簡單的規律或過程。但是,另一方面也存在大量的事物和現象不能用簡單的還原論方法進行處理。事實上,簡單性與復雜性是客觀事物的兩種不同表現形式。“復雜性必須用復雜性的方法來研究”。
2復雜系統
目前關于復雜系統的定義還很不統一,至少有30多種,如:復雜系統就是混沌系統(混沌學派);復雜系統是具有自適應能力的演化系統(圣塔菲);復雜系統是包含多個行為主體(Agent)具有層次結構的系統;復雜系統是包含反饋環的系統(Stacey);復雜系統是任何人不能用傳統理論與方法解釋其行為的系統(John Warfield,約翰.沃菲爾德);復雜系統是動態非線性系統。
對指導中醫學研究而言,我們認為,復雜系統是具有自適應能力的演化系統,即有反饋環,又包含行為主體(Agent)及層次結構,而且是非線性系統。每一個層次的行為主體(Agent)對更高層次的作用者來說都起著建設磚塊的作用。能夠吸取經驗,從而經常改善和重新安排它們的建設磚塊。所有復雜的適應性系統都會預期將來。這種預期都基于自己內心對外部世界認識的假設模型之上,也就是基于對外界事物運作的明確的和含糊的認識之上。能夠隨著系統不斷吸取經驗而被檢驗、被完善和被重新安排。
3復雜性科學
3.1復雜性科學的概念
我們認為:“運用非還原論方法研究復雜系統產生復雜性的機理及其演化規律的科學”可以作為復雜性科學的定義。簡單地說,復雜性科學就是運用非還原論方法研究復雜系統的科學。
3.2復雜性科學的基本原理
總結目前的研究成果,我們認為復雜性科學的基本原理主要有以下一些:
(1)整體性原理由于復雜性科學的研究對象是非線性系統,傳統的疊加原理失效,因此,不能采用把研究對象分成若干個小系統分別進行研究,然后進行疊加的辦法,而只能從總體上把握整個系統。
(2)動態性原理復雜系統必然是動態系統,即與時間變量有關的系統。沒有時間的變化,就沒有系統的演化,也就談不上復雜性規律。
(3)時間與空間相統一原理復雜性科學不但研究系統在時間方向上的復雜演化軌跡,而且還試圖說明系統演化的空間模式。一般說來,系統中非線性關系所導致的渾沌可以認為是一種時間演化軌跡,同時也可以用分形來描述系統長期演化后的空間模式。這兩種描述通過奇怪吸引子的分數維和李雅普諾夫指數等概念相關聯。
(4)宏觀與微觀相統一的原理復雜性科學認為,經濟系統的宏觀變量大的波動可能來自于組成系統的一些元素的小變化。因此,為了探討復雜系統宏觀變量的變化規律,必須研究它的微觀機制。但由于非線性機制的作用,又不能將系統進行分解,所以說必須將宏觀與微觀相統一。
(5)確定性與隨機性相統一原理復雜性科學理論表明:一個確定性的系統中可以出現類似于隨機的行為過程,它是系統“內在”隨機性的一種表現,它與具有外在隨機項的非線性系統的不規則結果有著本質差別。對于復雜系統而言,結構是確定的,短期行為可以比較精確地預涵,而長期行為卻變得不規則,初始條件的微小變化會導致系統的運行軌跡出現巨大的偏差。
3.3復雜性科學所涉及的幾個主要概念
(1)自組織(Self-organization)從系統論的觀點來說,“自組織”是指一個系統在內在機制的驅動下,自行從簡單向復雜、從粗糙向細致方向發展,不斷地提高自身的復雜度和精細度的過程。這一過程是適應性的,使得系統能夠更好地應付或處理它們的環境。
(2)突現(Emergence)突現是指復雜系統中的行為個體(Agent)根據各自行為規則相互作用所產生的沒有事先計劃但實際卻發生了的一種行為模式。正如安德森所指出的那樣,復雜系統“每個復雜的層面都會出現全新的特征。每個階段都需要全新的法則、概念和普遍化,需要與上一階段同樣多的靈感和創造性。”在每一個階段,新形成的結構會形成和產生新的突然出現的行為表現,如心智是一個突現的特征。
(3)混沌邊緣(Edge of Chase)這是指一個復雜自適應系統運行在有序和無序之間的相交過程中出現的有界非穩定性的一種形式。是復雜系統的層次的行為中,系統的元素從未完全鎖定在一處,但也從未解體到騷亂的地步。這樣的系統既穩定到足以儲存信息,又能快速傳遞信息。這樣的系統是具有自發性和適應性的有生命的系統,它能夠組織復雜的計算,從而對世界做出反應。混沌的邊緣就是生命有足夠的穩定性來支撐自己的存在,又有足夠的創造性使自己名副其實為生命的那個地方,是復雜系統能夠自發地調整和存活的地帶。進化似乎永遠都導向混沌的邊緣。系統是通過對環境的適應而到達混沌的邊緣。
(4)人工生命(alife)人工生命是用綜合的方法來理解生命,用計算機、或也許是機器人等新型媒介來探索生物學領域的各種發展的可能性。人工生命研究演衍出了三個偉大洞見:①有生命的系統似乎總是自下而上地、從大量極其簡單的系統群中突現出來。“我們從計算機模擬復雜的物理系統中獲得的最為驚人的認識是:復雜的行為并非出自復雜的基本結構。“確實,極為有趣的復雜行為是從極為簡單的元素群中突現出來的。”②獲得類似生命行為的方法,就是模擬簡單的單位,而不是去模擬巨大而復雜的單位。是運用局部控制,而不是運用全局控制。讓行為從底層實現出來,而不是自上而下地做出規定。做這種實驗時,要把重點放在正在產生的行為上,而不是放在最終結果上。③從生命的特點在于組織,而不在于分子這一點上來說,生命有可能不僅只是類似計算機,生命根本就是一種計算法。在此之所以介紹人工生命概念,是出于我們如下的認識:中醫學從某種意義上講,也可以被視為一種人工生命。
4生物系統的復雜性研究
人們普遍認為,生物的復雜性和非生物的復雜性是兩類不同的復雜性,前者的復雜性程度比后者要高得多,而且有質的不同。生物復雜性有三個特點,其一是在復制生物結構的過程中,存在指令和控制,并由此展現出生長性和自適應性;其二是生物具有無雙性,這導致不同層次、不同類群,甚至不同個體生物的復雜性,顯示有很強的個性,這是在生物學領域應用數學方法的一個難點;其三是生物復雜程度的超巨性,這也使得生物復雜性難以量化。研究表明,許多生物體中存在混沌現象,兔嗅覺識別的過程、穴位的紅外輻射、人的腦電信號、大鼠的心動周期信號、健康人的心搏、兒童的心理周期都具有混沌特征。另外,不少醫學研究者將混沌理論應用于疾病的研究,對心臟病、精神病、癲癇病、糖尿病等疾病的發生機理、診斷與控制方法以及疾病的傳播過程進行了具有實踐意義的探討。
5復雜性科學對中醫學研究的啟示
中醫學研究的對象是人體,由于人體是復雜巨系統,所表現的各種疾病也極其復雜,在此,在應對復雜的人體與復雜的疾病,中醫也經歷了從簡單到復雜的漫長過程,不斷重復著經驗━規則━臨床驗證━更新經驗━更新規則循環往復不斷完善與發展起來的,中醫的辨證論治是以由歷代醫學的臨床經驗為建筑材料堆砌起來的復雜適應系統。中醫學應用“寒則熱之,熱者寒之,虛則補之,實則瀉之”等基本規則。但在臨床上,針對不同情況,往往可以做得很細化,如要考慮藥物的產地、患者所處的地域、所處背景等人文社會情況,而針對這些情況,也有要應用不同的規則。中醫與新興的復雜性科學,其起點是不同的,中醫是針對人體的復雜巨系統出現的偏頗,糾偏補缺,而達到整體的協調;而復雜性科學是從還原論出發,研究多個行為主體(Agent)通過自組織,在形成不同層次結構時,所涌現的的新的特征。但這并不能掩蓋中醫學的復雜性特征,如朱時清院士認為,中醫的自組織自相似與復雜性科學的特征吻合;西醫注重物質實體,中醫重視協調,生物復雜系統最重要的特點各組分關系高度協調。喬宇認為中醫的理論基礎是“整體論”,可以說中醫屬于復雜性科學。中醫學的理論體系本身就是一個開放的復雜巨系統,中醫的哲學思想基礎即“陰陽五行系統”,陰陽五行模型體現了復雜系統的非線性特征。中醫臟腑理論與復雜性科學相通,診療方法與復雜性科學相通,辯證施治的意象說屬于近代科學模式識別。以分子水平來看,作為自然藥物的每一種中藥也都是一個復雜系統,一味中藥往往具有很多不同效用,而當多味中藥以不同的搭配組成方劑,則又是一個不同的復雜系統。因此可以說,人體是一個復雜系統,與之相對應的中醫藥診療體系是一個開放的復雜巨系統。
關于研究方法,宋琳莉等提出用系統思維代替中醫整體思維與形象思維、本能思維。潘國鳳等認為應以系統論與還原論相結合的復雜性科學研究中藥。白云靜等提出整體性思維與還原性思維逆向對接等觀點。中醫學研究可以借鑒的研究方法有:復雜性適應系統、人工神經網絡,數據挖掘,從定性到定量的綜合集成法,模型構建、人工智能等。
關于從定性到定量的綜合集成法是從上世紀80年代中期開始的。1986年開始,在錢學森指導的“系統學”討論班,對有關復雜系統的一些問題進行了探討。經過5年的探討與實踐后,于80年代末,把對系統的研究加以拓廣,提煉出開放的復雜巨系統的概念,并總結概括了處理開放的復雜巨系統的方法論,形成了“從定性到定量的綜合集成研討廳體系”的構思,把復雜系統的研究推上了一個新的臺階。并從概念上弄清楚了“復雜性”問題,得出如下結論:“復雜性”實質上是開放的復雜巨系統的動力學特性。由于開放的復雜巨系統也把復雜系統、復雜巨系統和開放的簡單巨系統作為特殊情況,所以復雜性的研究自然也把這些系統的動力學特性概括在其范疇之中。這就對復雜性的研究方向有一清晰的把握。綜合集成研討廳體系是處理開放的復雜巨系統的方法論,從思維科學的層次來看,它又是思維科學的一項應用技術。它的構思是把專家們和知識庫、信息系統、各種人工智能系統、計算機象作戰指揮廳那樣組織起來,形成一個巨型的人機結合的智能系統,共同作用于復雜問題的求解。從對綜合集成研討廳體系的構思,我們可以看出,與歷史上其它方法論不同的是,綜合集成研討廳體系不是一系列公式的匯總,也不是以某幾條公理為基礎搭建起來的抽象框架。它的實質是指導人們在處理復雜問題時,把專家的智慧、計算機的高性能和各種數據、信息有機地結合起來,構成一個統一的、強大的問題求解系統。因此,從軟/硬件體系上和組織結構上實現該系統,使之能真正應用于復雜問題的研究實踐顯得尤為重要。我們對證候研究的研究,借鑒了從定性到定量的綜合集成研討廳體系的研究方法,取得了一定的成果。
參考文獻
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