基于免疫多智能體系統的電氣化鐵路不平衡協同補償方法
【專利摘要】本發明提供一種基于免疫多智能體系統的電氣化鐵路不平衡協同補償方法，當整個牽引供電網絡或單個牽引站的不平衡度超標時，將三相供電負荷情況視為抗原，混合有源負序補償系統中的RPC視為T細胞智能體，混合有源負序補償系統中的MCR型SVC視為B細胞智能體，T細胞智能體和B細胞智能體正好可以將抗原消除的輸出值視為抗體，最后將抗原、對應的抗體信息和控制參數一起保存到知識庫。本發明可以提高整體裝置的動態響應速度、降低設備補償容量，同時又減少整體裝置的制造成本和運行可靠性，在電氣化鐵路電能質量綜合治理的領域中具有可觀的市場前景。
【專利說明】基于免疫多智能體系統的電氣化鐵路不平衡協同補償方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電氣化鐵路電能質量【技術領域】，特別涉及一種基于免疫多智能體系統的電氣化鐵路牽引變電站負序不平衡協同補償方法。
【背景技術】
[0002]隨著鐵路技術的快速發展，電力牽引機車以其馬力大、速度快、能耗低及效率高等優勢，正逐步取代傳統的內燃機車成為鐵路牽引技術發展的方向。電氣化鐵路作為電力系統一個特殊用戶，電鐵牽引負荷具有“四非”特性——非線性(大功率整流設備)、非正弦性(波形畸變)、非對稱性(單相大功率負荷)、非連續性(有功、無功沖擊嚴重、電壓波動大)。其諧波、負序等電力公害不僅危及電鐵系統自身的安全與可靠運行，還會危及共用電網其它用戶的安全生產，因此對這些問題進行治理尤為重要。
[0003]由于電氣化鐵路負荷的“四非”特點，高速鐵路引起的負序問題極為嚴重。以高速鐵路三相供電母線某一相間出現最大負載為例，如果不施以任何補償措施，此時電流不平衡度可高達100%。目前，常規的電能質量治理方法一般都是針對單個牽引站采用如下方法:1、加裝靜止無功補償器SVC對系統的負序和無功問題進行補償，但無法解決諧波問題，且需要補償容量大。2、加裝新型三相靜止同步補償器(distributionstatic synchronouscompensator, DSTATC0M)對負序、諧波和無功進行綜合補償的治理方案,但三相電壓一般高達110或220 kV，增加了其工程的難度和復雜度。3、加裝鐵路功率調節器(RailwayPower Conditioner，RPC)進行綜合補償，但其為有源裝置，成本較高。同時這些方法都是針對單個牽引站，未考慮其他站點和母線上電能質量情況，缺乏全局觀，而通過本專利采用基于免疫多智能體模型的多站電磁混合式協同補償可以克服現有的電氣化鐵路負序補償方法在諧波、投入容量、動態響應速度、成本等方面的不足。
[0004]智能體是指具有感知、分析、推理能力的實體，它具有一定的反應性、自治性、社會性和自發性等特點。反應性，即指智能體具有感知周圍環境，且可以通過其行為使環境發生改變的能力。自治性，即指智能體在一定程度上能控制自身行為和其內部狀態，即使沒有人類或其他智能體的干涉和指導，也能維持正常運行。社會性，即指智能體可以利用通信語言與其他智能體交換信息、商議、決策，多個智能體能夠相互協作共同完成某項任務。自發性，即指智能體的行為應該是自動的，它能獨立于其它智能體而執行。
[0005]免疫系統具有三道防線:第一道防線是物理與生物屏障，由皮膚和黏膜構成的，它們不僅能夠阻擋病原體侵入人體，而且其分泌物(如乳酸、脂肪酸、胃酸和酶等)具有殺菌的作用；第二道防線為固有免疫系統，主要包括巨噬細胞、樹突細胞、中性白細胞等等，人人生來就有，不針對某一種特定的病原體，能防御多種病原體；第三道防線為自適應免疫系統，又稱獲得性免疫系統，主要由淋巴B細胞、淋巴T細胞等構成。當病原體突破第二道防線時，自適應免疫系統就發生作用，淋巴B細胞、淋巴T細胞識別并協同對付抗原，當病原體被清除時，入侵的病原體特征將記入記憶細胞，以預防下一次襲擊。由此可見，免疫系統是一個復雜的自適應系統，具有分布式任務處理能力，相關的免疫細胞和免疫效應分子通過相互作用形成全局網絡，對局部網絡出現抗原進行免疫應答，體現出一定的反應性、自治性、社會性和自發性，因此眾多免疫細胞和免疫效應分子可以看成為智能體。
[0006]此外，免疫多智能體除了繼承廣義智能體的共同特性外，還具有一些獨特的個性，如:防御性，記憶性，耐受性等。防御性，遍布全網絡的免疫智能體能極為有效地對復雜的系統采取分布式狀態監控和故障預報。記憶性，免疫智能體具有良好的長壽命記憶功能，當具有相同病原體特征的抗原再次入侵時，免疫智能體能借助記憶知識庫，選取有效行為進行快速免疫應答。耐受性，免疫智能體能對干擾信號呈現出一定的耐受性，免疫智能體自身的穩定及其系統的平衡具有重要意義。
【發明內容】
[0007]針對【背景技術】存在的問題，本發明提供一種基于免疫多智能體系統的多個電氣化鐵路牽引變電站負序協同補償方法，當整個牽引供電網絡或單個牽引站的不平衡度超標時，將三相供電負荷情況視為抗原，混合有源負序補償系統中的RPC視為T細胞智能體，混合有源負序補償系統中的MCR型SVC視為B細胞智能體，T細胞智能體和B細胞智能體正好可以將抗原消除的輸出值視為抗體，最后系統將抗原、對應的抗體信息和控制參數一起保存到知識庫。采用此方法能提高整體裝置的動態響應速度、降低設備補償容量，同時又減少整體裝置的制造成本和運行可靠性，在電氣化鐵路電能質量綜合治理的領域中具有可觀的市場前景。
[0008]為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:
一種基于免疫多智能體系統的電氣化鐵路不平衡協同補償方法，當整個牽引供電網絡或單個牽引站的不平衡度超標時，將三相供電負荷情況視為抗原，混合有源負序補償系統中的RPC視為T細胞智能體，混合有源負序補償系統中的MCR型SVC視為B細胞智能體，T細胞智能體和B細胞智能體將抗原消除的輸出值視為抗體，將在公共電力系統變電站母線的電信號檢測單元視為總抗原提呈智能體，將在單個高鐵變電站的電信號檢測單元視為抗原提呈智能體，將從電力系統母線到每個高鐵牽引供電及混合補償系統的整個網絡視為免疫多智能體，將單個高鐵牽引供電及混合有源負序補償系統視為免疫子智能體，將每個混合有源負序補償系統的工作狀態和控制參數視為抗體智能體；
包括以下步驟:
步驟1、總抗原提呈智能體采集電力系統變電站母線的電信號的電壓和電流信號，計算出電壓和電流不平衡度，當不平衡度或負序電流超過國家標準時，認為免疫系統遭受外來抗原的攻擊；
步驟2、每一個免疫子智能體中的抗原提呈智能體計算出各自牽引供電負荷的不平衡度，并判斷各自牽引變電站是否有抗原出現；
步驟3、若母線和各牽引變電站均未出現抗原，則不進行免疫應答；若母線出現抗原，各牽引變電站未出現抗原，則每個牽引變電站的免疫子智能體協同對母線外來抗原進行免疫應答；若母線和各牽引變電站均出現抗原，則每個牽引變電站的免疫子智能體優先對本站的自身抗原進行免疫應答，然后協同應對母線和其他站點的抗原；
步驟4、系統將抗原、對應的抗體信息和控制參數一起保存到知識庫，以便下次出現類似特征的抗原，可以調用知識庫相關信息以作出迅速應答。[0009]所述免疫應答過程中，免疫應答初期，響應速度快T細胞智能體的輸出值迅速變化來應對抗原，同時刺激響應速度相對慢的B細胞智能體一起協同對抗抗原，以達到快速響應的要求；免疫應答末期，細胞智能體的輸出值增大到一定程度抑制T細胞智能體的增長，以避免過償；當T細胞智能體和B細胞智能體的輸出值將抗原消除，免疫應答過程結束。
[0010]本發明提供的基于免疫多智能體模型的多個電氣化鐵路牽引變電站電能質量協同補償方法以保證為牽引變電站供電母線符合國家電能質量標準為目標，通過處在同一母線上的多個牽引變電站的混合式補償裝置相互協同，以降低各站點補償裝置的安裝容量。本發明采用多站點協同補償的方式，多站點協同補償是以電力系統母線電壓不平衡度滿足國家限定標準為目標，多站點共同補償來實現的。各個站點只需要按照系統分配原則投入適當的補償容量就可以實現補償目標，并不需要巨大的負序補償容量去完全補償自身站點的負序不平衡，可以極大的降低各站點補償裝置在負序補償上的投入容量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為多站協同補償結構圖；
圖2為免疫多智能體模型與多個混合有源負序補償裝置不平衡協同補償體系的映射關系圖；
圖3為基于免疫多智能體模型的多站不平衡協同補償模型；
圖4為子站點控制流程圖；
圖5為母線中心控制系統流程圖；
圖6為混合補償系統控制原理圖；
圖7為MCR控制原理圖；
圖8為RPC控制原理圖。
【具體實施方式】
[0012]本發明所述協同補償方法的結構如圖1所示，N個牽引變電站通過輪流換相技術接在同一母線上。每個牽引變電站采用V/V接線方式牽引變壓器，變壓器二次側一相接左側供電臂，一相接右側供電臂，一相接導軌。每個牽弓I變電站配有MSVC和RPC組成的混合補償系統，其中3臺大容量MSVC裝置分別安裝在變壓器二次側三相相間。MSVC裝置由MSMCR和FC并聯組成，用于補償無功和負序。小容量RPC裝置經2臺降壓變壓器分別并聯在兩側供電臂用于快速平衡系統兩側有功功率和發出適量無功，其結構由2個組成背靠背結構的單相逆變器連接直流電容組成。
[0013]免疫智能體由抗原提呈智能體、T細胞智能體、B細胞智能體和抗體智能體組成。免疫多智能體是由多個免疫智能體、總抗原提呈智能體和知識庫組成。圖2所示為免疫多智能體模型與多個混合有源負序補償裝置不平衡協同補償體系的映射。
[0014]根據多個電氣化鐵路牽引變電站電能質量協同補償系統，本專利提出一種不平衡協同補償的免疫多智能體模型，如圖3所示。
[0015]如圖4所示，子站點控制流程如下:
1、各子站點補償系統采集負荷電流和電壓信號，計算出負序電流是否超過預警值。預警值是人為設置的一個不平衡電流值，其大小為產生電壓不平衡度1.3%時不平衡電流值1-的一半。
[0016]2、如果超過預警值，混合補償系統協同補償負序，使負序電流降低到預警值以下。如果未超過預警值，則MSVC無功補償，RPC抑制3-19次諧波。
[0017]3、子站點查詢是否存在協同邀約。
[0018]4、如果有協同補償邀約，子站點向中心控制單元上傳協同補償負序電流矢量方向存在多少剩余容量，并等待協同任務，接收中心控制單元分配到該子站所需發出的協同負序電流ixt-。如果沒有協同補償邀約,則ixt-=0。
[0019]5、子站點將測量混合補償系統的輸出電壓、電流反饋到中心控制系統。
[0020]如圖5所示，母線中心控制系統流程如下:
1、中心控制系統監測母線電壓、電流信號，計算其電壓和電流不平衡度并判斷是否超標。
[0021]2、如果母線不超標，中心控制系統接收各個子站點的不平衡信號，判斷是否有子站點超標。如果有一個子站點超標或子站點均超標，則中心控制系統計算需要發出的負序電流i_的方向和大小，各子站點分別計算出其能夠發出i_方向的電流，記為in- (11=1，2，3丨)，其總和為imax_,當某一子站點超標時,優先該站點補償負序；如果子站點都不超標，協同負序電流ixt-=0。
[0022]3、如果母線超標，則每個子站點按所能發出i_方向的電流大小比例分配，發出負序電流，即等于in-/ imax-*i_。
[0023]混合補償系統控制原理如圖6所示。首先，混合補償系統接收負序補償參考電流1-ref,負序補償參考電流由本站補償負序電流ibz-和協同負序電流ixt-構成，即1-ref=ibz-+iXt-。其次，MSVC和RPC根據參考電流采取相應動作，在負序補償模式初期，RPC迅速響應，以快速減小系統不平衡度，然后MSVC逐步增大容量，使得RPC逐步退出，在負序補償模式末期，若MSVC實際投入容量過大，則RPC發出與MSVC相位相反的負序電流，以抑制MSVC過補償。
[0024]MSVC裝置主設備由MSMCR和FC組成，MSMCR由晶閘管觸發控制，不同的觸發角度對應于不同的容量。在高速鐵路負序控制中，MSMCR的控制較為簡單。MSVC裝置通過采集牽弓I變壓器二次側電壓同步信號，結合MSMCR控制曲線，控制PLC高速脈沖輸出口發射觸發脈沖控制晶閘管在指定導通角開通和關斷，以實現控制MSVC裝置無功功率輸出。
[0025]RPC裝置為單相全橋PWM控制電壓型變流器，由兩個電壓源型變流器連接一個共用直流電容組成，其中一個變流器工作在整流狀態，另一個變流器工作在逆變狀態，電容電壓保持恒定。RPC裝置采用電流滯環比較跟蹤控制，采集牽引變壓器二次側電壓，并分解得到控制信號后由DSP產生相應的PWM脈沖控制逆變器工作，實現要求的有功功率和無功功率輸出。
【權利要求】
1.一種基于免疫多智能體系統的電氣化鐵路不平衡協同補償方法，其特征在于: 當整個牽引供電網絡或單個牽引站的不平衡度超標時，將三相供電負荷情況視為抗原,混合有源負序補償系統中的RPC視為T細胞智能體，混合有源負序補償系統中的MCR型SVC視為B細胞智能體，T細胞智能體和B細胞智能體將抗原消除的輸出值視為抗體，將在公共電力系統變電站母線的電信號檢測單元視為總抗原提呈智能體，將在單個高鐵變電站的電信號檢測單元視為抗原提呈智能體，將從電力系統母線到每個高鐵牽引供電及混合補償系統的整個網絡視為免疫多智能體，將單個高鐵牽引供電及混合有源負序補償系統視為免疫子智能體，將每個混合有源負序補償系統的工作狀態和控制參數視為抗體智能體；包括以下步驟: 步驟1、總抗原提呈智能體采集電力系統變電站母線的電信號的電壓和電流信號，計算出電壓和電流不平衡度，當不平衡度或負序電流超過國家標準時，認為免疫系統遭受外來抗原的攻擊； 步驟2、每一個免疫子智能體中的抗原提呈智能體計算出各自牽引供電負荷的不平衡度，并判斷各自牽引變電站是否有抗原出現； 步驟3、若母線和各牽引變電站均未出現抗原，則不進行免疫應答；若母線出現抗原，各牽引變電站未出現抗原，則每個牽引變電站的免疫子智能體協同對母線外來抗原進行免疫應答；若母線和各牽引變電站均出現抗原，則每個牽引變電站的免疫子智能體優先對本站的自身抗原進行免疫應答，然后協同應對母線和其他站點的抗原； 步驟4、系統將抗原、對應的抗體信息和控制參數一起保存到知識庫，以便下次出現類似特征的抗原，可以調用知識庫相關信息以作出迅速應答。
2.根據權利要求1所述的基于免疫多智能體系統的電氣化鐵路不平衡協同補償方法，其特征在于:所述免疫應答過程中，免疫應答初期，響應速度快T細胞智能體的輸出值迅速變化來應對抗原，同時刺激響應速度相對慢的B細胞智能體一起協同對抗抗原，以達到快速響應的要求；免疫應答末期，細胞智能體的輸出值增大到一定程度抑制T細胞智能體的增長，以避免過償；當T細胞智能體和B細胞智能體的輸出值將抗原消除，免疫應答過程結束。
【文檔編號】H02J3/26GK103545829SQ201310559332
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】袁佳歆, 曾雯珺, 袁傲, 蔡超, 張晨萌, 陳柏超 申請人:武漢大學