(贵州工业大学电气工程学院贵州 贵阳550003)

摘 要：分析10kV城市配电网中性点经电接地时系统发生的变化在单相接地故障的稳、暂态电量变化规律的基础上，利用BP模型的优点，提出采用人工神经网络中的BP模型进行中性点接地电阻阻值的确定，最后通过算例验证了可行性。

关键词：城市配电系统；中性点接地方式；小电阻；BP模型

0 引 言

为了方便说明，在此列出典型的10kV配电系统，以其作为论述对象。

在文献1中，作者对城市配电网中性点采用小电阻接地方式的优点已进行了阐述，并且针对典型系统，探讨了电网中性点经电阻接地方式下，随着中性点接地电阻阻值、电网总对地电容电流值、故障发生点以及各种过电压等因素的变化，系统中发生故障时各状态的变化规律进行了分析，在此都不再进行累述。

从以上的分析中得出，影响确定中性点接地电阻R_n的因素很多，如系统总电容电流、单相接地故障时的故障电流、工频过电压、继电保护配合及通讯干扰限制等等，它们与中性点接地电阻阻值之间的关系复杂，表现为强烈的非线性关系，无法用简单的方程算式进行表示。目前在对城市10KV配电系统的中性点经小电阻接地方式的确定上，大多采用传统方法进行，即从系统发生单相接地故障的情况入手，不断改变中性点接地电阻值，对系统的稳态和暂态两方面进行计算，比较随之改变的单相接地故障电流值、单相接地故障健全相电压值及弧光接地过电压值、铁磁谐振过电压值等等，然后按照规程规定值和继电保护等方面的约束值进行综合比较，最终得出较合适的接地电阻值，该方法过程烦琐、复杂，并且要求设计人员具有一定的工程经验，而且很难得到接地电阻的最佳值。因此在本文中考虑采用一种能处理非线性关系的统一计算方法——人工神经网络中BP模型算法。当前人工神经网络在很多领域的应用已取得了相当大的成绩，它具有自组织、自学习、能处理非常复杂的非线性关系的特点，其中的BP模型具有较强的非线性映射能力，能实现任何复杂的非线性映射，它在电力系统中的应用也最为广泛，下面就BP模型进行简单概述。

1 基于BP模型的城市配电网中性点接地电阻阻值的计算

1.1 BP模型

三层BP模型的结构图，其采用BP算法(Back Propagation Algorithm)，学习过程由正向传播和反向传播组成，在正向传播中，输入信息从输入层经隐单元层逐层处理，并传向输出层，每一层神经元的状态只影响下一层神经元的状态。如果在输出层不能得到期望的输出值，则转入反向传播，将误差信号沿原来的连接通路返回，通过修改各层神经元的权值，使得误差信号最小。

如果模型共有三层，而第三层仅含输出节点，第一层为输入节点，则BP算法可描述为：

给连接权v_hi,w_ij阈值γ_j,θ_i赋以［-1， 1］之间的随机数：

对每一个模式对(A_k,Y_k)(k=1,2，……，m)进行以下操作：

①将A_k送到L_A层单元，再将L_A层单元的激活值a_h通过连接权矩阵V送到L_B单元，产生L_B层单元的激活值。

②计算L_C层单元的一般化误差

d_j=(y_j^k-c_j)c_j(1-c_j) j=1，2，……，q (2)

③计算隐含层L_B单元相对于每d_j的一股化误差

式中，i=1，2，……，p，相当于将输出层的误差逆传播到隐含层：

④调节连接权值及阈值

△w_ij=α×b_i×d_j (4) △v_hi=α×a_h×e_i (5)

△γ_j=α×d_j (6) △θ_i=α×e_i (7)

式中α(0 ＜α＜1为学习因子

重复步骤2，直到对于j=1，2，……，q和k=1，2，……，m，误差d_j变得足够小或为零为止。

为了保证误差函数E下降最快，而不是单纯地使E^k(即对样本k的误差函数)下降最快。本文在实际训练中采用整体误差函数值，即：

而且在实际训练中采用整体权值及阈值的改变值，即：

△v_hi和△θ_i可同理计算。

在模型训练开始阶段采用较大的学习率，然后，随着误差平方和的减少而减小学习率，即让：

α=α₀ △α(n) (11)

其中△α(n)=△α(n-1)×E(n)/E(n-1)(12) (0＜α₀＜1,n,n-1为循环周期数

这样学习因子随着误差函数E的改变而改变，进一步提高了模型的收敛速度，加快了学习效率。

1.2 基于BP模型的城市配电网中性点接地电阻阻值的计算

在影响中性点接地电阻阻值的因素中，本文考虑最主要因素：系统总电容电流值大小及其变化量。

由于在实际生产制造和实际工程应用中，中性点接地电阻柜均由几档值构成，如10-12Ω、12-14Ω等，即有一调整范围存在。因此，采用两个模型来分别计算中性点接地电阻最大值R_nmax、最小值R_nmin。并且，对BP模型推理计算结果进行归档，即结果为10-11时，归为10Ω：结果为11-12时，归为12Ω，依次类推。

1.2.1 样本的构成

进行R_nmax、R_nmin确定的过程为：假设需要确定某10kV配电系统中性点接地电阻阻值，可以以其他10kV配电系统中性点接地电阻的阻值为基础，由其反映出的电容电流值及其变化与接地电阻阻值的关系，推出中性点接地电阻的阻值。这一过程便由BP模型来实现。

这样R_nmax、R_nmin的确定，采用两个BP模型分别求取。用来训练模型的样本输入量包括：正常运行时系统总电容电流值：I_C、事故情况时系统总电容电流值相对于正常运行时系统总电容电流值之差：△I_CSG、最小运行方式时系统总电容电流值相对于正常运行时系统总电容电流值之差：△I_CZX、极值因子：a(a=0.5表示求极小值R_nmin，a=1表示求极大值R_nmax)。

模型的输出量为：R_nmax及R_nmin

训练BP模型的样本输入与期望值确定后，考虑到神经网络的激励特性，还须对其进行预处理，以满足BP模型的训练要求。

1.2.2 BP模型结构

BP模型输入输出节点由样本的构成所决定，而隐含层数及其节点数只能由经验决定。在此，将BP模型的隐含层定为一层，将BP模型的输入层、隐含层、输出层节点数分别选为：4，8，1。模型学习因子α初始值取为0.8，冲量因子η为0.8。

由于样本中代表模型期望输出的数据是经过线性变换的，当用该模型进行计算时，其结果必须进行反变换。

2 程序简介及算例分析

2.1 计算程序简介

目前，对于中性点接地电阻的配置点及阻值的确定仍没有一个合理、具体的方法进行计算，本文在提出一种实用可行的计算方法基础上，编制可实用的计算中性点接地电阻阻值程序，计算程序分为两个模块，一是配电网中每段母线总电容电流的计算；二是用BP模型确定中性点接地电阻阻值，并计算相应的中性点接地变压器容量。整个程序具有较好的人机对话界面。全部程序在586微机上运行。最后用算例进行了验证。

2.2 算例分析

为了验证本文所提采用BP模型用于10kV配电系统中性点经小电阻接地方式中的接地电阻计算的可行性及计算程序的实用性。本文对所引用的典型10kV配电系统进行计算。

其电气接线见图1，对其三段母线均进行了计算，计算结果见表1。

表1 典型10kV配电系统的计算结果

一段母线

二段母线

三段母线

电容电流值(A)

正常运行方式电容电流值

30.94

39.4736

40.6936

事故运行方式电容电流值

80.1

71.6

70.04

最小运行方式电容电流值

15.5

19.8

20.4

BP模型计算结果(Ω)

R_nmax

11.6337

11.8576

11.8715

R_nmin

10.4264

10.4769

10.3935

工程使用值(Ω)

R_nmax

12

12

12

R_nmin

10

10

10

接地变压器容量(kVA)

315

315

315

3 结 论

本文采用的人工神经网络方法用于中性点接地电阻的配置值、配置点的确定，从算例结果可看出，该方法充分发挥了神经网络的优势，使城市配电网中性点经小电阻接地方式中的接地小电阻的阻值和配置点得以快速、准确的确定，它充分考虑了电网的发展，在小电阻及Z型接地变压器容量的选择确定上考虑了发展因素。该方法较传统算法更方便、快速、准确。

参考文献：

［1］ 周莎等.10kV城市电网中性点经电阻接地系统方式计算软件的研究［J］.贵州电力技术，2000，(1)：10-13.

［2］ 焦李成.神经网络系统理论［M］西安：西安电子科技大学出版社，1995.

［3］ 靳蕃等.神经网络与神经计算机原理应用［M］.西安：西南交通大学出版社.1991.

［4］ YYES Rajotte ect.Impedance of Multigrounded Neutrals on Rural Distribution Systems［J］.IEEE Transactions on Power Delicery,1995,10(3)：23-26.

Research on Little Resistance Grounded Neutral System of

City Distribution Network Based on BP Module

ZHOU Sha, ZHOU Jie-na，UX Ke-ming

(School of Electrical Engineering GUT,Guiyang 550003)

Abstract：This paper discusses the little resistance grounded neutral system of 10 kilovolt city distribution network,analyzing the regularity of the stable and transient habitus when there is a singlephase grounded fault.The authors propose a method,called artificial neural network BP module,to calculate the value of grounded resistance,and give some calculating examples to prove its feasibility.

Key words:city power distribution network;grounded neutral system;little resistance; BP module