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脉冲神经膜系统在电力系统故障诊断中的应用研究

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脉冲神经膜系统在电力系统故障诊断中的应用研究

作者：何洋阳西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国经济的快速发展,各行各业对电力的需求不断增加,电力系统的稳定运行已成为关系国计民生的大事。但由于电力系统规模庞大,结构复杂,且长时间暴露于恶劣的自然条件下,故障的发生难以避免。同时,地铁牵引供电系统作为地铁的能源系... 详细信息

随着我国经济的快速发展,各行各业对电力的需求不断增加,电力系统的稳定运行已成为关系国计民生的大事。但由于电力系统规模庞大,结构复杂,且长时间暴露于恶劣的自然条件下,故障的发生难以避免。同时,地铁牵引供电系统作为地铁的能源系统,其安全可靠运行对地铁稳定运行有着重要意义。但近年来,由于地铁牵引供电系统故障而造成列车停运、晚点的事故时有发生。因此,当故障发生时,需要迅速诊断并隔离故障。但在实际运行中,传统故障诊断方法并没有较好解决电力系统故障诊断问题,错判、误判仍时有发生。因此,一方面是对原有故障诊断方法进行改进,另一方面是探索新的故障诊断方法。脉冲神经膜系统是一种新颖的具有分布式并行计算能力的计算模型,且具有较好的动态特性。基于此,许多研究将其应用于解决实际问题。本文则将脉冲神经膜系统应用于电力系统故障诊断与地铁牵引供电系统故障诊断问题中,主要包括以下3点工作:(1)给出基于波形相似度的输电线路故障可信度。利用小波变换理论分析了输电线路出现故障时,其波形信号出现的幅值与谐波变化,并采用波形相关系数来反映线路故障时其幅值与谐波的变化程度。同时,为了验证波形相似度故障可信度能否有效准确反映输电线路故障,利用PSCAD建立模型,仿真180种不同的故障情况,验证其有效性;(2)将脉冲神经膜系统应用于故障选相中。建立基于脉冲神经膜系统的故障选相模型,引入6种故障选相特征值,并分别给出其计算方法。给出基于故障选相模型的故障选相推理算法,实现故障选相。利用PSCAD建立模型,仿真450种不同的故障类型,验证所提选相方法有效性;(3)将脉冲神经膜系统应用于地铁牵引供电系统故障诊断中。给出基于网络拓扑分析法的故障区域确定方法,确定疑似故障元件。对疑似故障元件分别建立基于脉冲神经膜系统的故障诊断模型,这些故障诊断模型分别运行计算得到各个疑似故障元件的故障可信度,从而确定故障元件。

关键词：电力系统地铁牵引供电系统故障诊断故障选相脉冲神经膜系统波形相关系数

脉冲神经膜系统在穷举使用规则下产生的二进制字符串语言

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计算机学报 2009年第12期32卷 2355-2361页

作者：江赟石晓龙张征华中科技大学控制科学与工程系图像处理与智能控制教育部重点实验室武汉430074

脉冲神经膜系统是基于大脑中神经元之间通过突触相互协作、处理脉冲的生物现象提出的一种新的模型,文中在穷举使用规则的情况下考虑将脉冲神经膜系统作为串语言产生器:当输出神经元发送出一个或多个神经脉冲时,用数字1表示,否则用数字0... 详细信息

脉冲神经膜系统是基于大脑中神经元之间通过突触相互协作、处理脉冲的生物现象提出的一种新的模型,文中在穷举使用规则的情况下考虑将脉冲神经膜系统作为串语言产生器:当输出神经元发送出一个或多个神经脉冲时,用数字1表示,否则用数字0表示,当计算停止时,把产生的二进制串定义为系统的计算结果.在文中,作者证明了在穷举使用规则的情况下,具有一个神经元的脉冲神经膜系统可以刻画二进制有限语言,并且证明了在不限制神经元个数的情况下,该系统可以刻画递归可枚举语言.

关键词：膜计算脉冲神经膜系统穷举使用规则二进制字符串

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全局异步局部同步的带阈值的脉冲神经膜系统

计算机科学 2023年第1期50卷 270-275页

作者：张露萍徐飞华中科技大学人工智能与自动化学院图像处理与智能控制教育部重点实验室武汉430074

带阈值的脉冲神经膜系统是一类生物启发式计算模型,提出该系统的灵感来自神经元电位变化与其活动的联系。对于带阈值的脉冲神经膜系统的计算能力研究,人们已证明该系统在极大同步工作模式下,作为产生数或接受数的计算设备时,是与图灵机... 详细信息

带阈值的脉冲神经膜系统是一类生物启发式计算模型,提出该系统的灵感来自神经元电位变化与其活动的联系。对于带阈值的脉冲神经膜系统的计算能力研究,人们已证明该系统在极大同步工作模式下,作为产生数或接受数的计算设备时,是与图灵机等价(计算通用)的,而该系统在其他工作模式下的计算能力如何也是人们普遍关心的问题。文中研究的是带阈值脉冲神经膜系统在全局异步局部同步模式下产生数的能力,证明了突触带整数权重的相应系统是计算通用的,而突触带正整数权重的相应系统只能产生半线性数集。研究结果表明,突触权重的取值范围影响着全局异步局部同步工作模式下带阈值脉冲神经膜系统的计算能力。

关键词：生物启发计算脉冲神经膜系统全局异步局部同步计算能力

基于tscTFCSNPS路径选择的区域综合能源系统低碳优化方法

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电力建设 2023年

作者：刘佳良王涛潘怡西华大学电气与电子信息学院

为了解决区域综合能源系统实际应用中难以确定最优供能路径的问题，本文提出一种区域综合能源下带时间约束的标注模糊有色脉冲神经膜系统(Regional Integrated Energy System-Tagged Fuzzy Colored Spiking Neural P System with time s... 详细信息

为了解决区域综合能源系统实际应用中难以确定最优供能路径的问题，本文提出一种区域综合能源下带时间约束的标注模糊有色脉冲神经膜系统(Regional Integrated Energy System-Tagged Fuzzy Colored Spiking Neural P System with time sequence constraint，RIES-tscTFCSNPS)供能路径寻优推理模型，以研究系统在参变量相同条件下，不同供能路径运行的优劣情况。首先，在满足负荷需求的情况下，使用RIES-tscTFCSNPS模型选出所有符合约束条件的供能路径；然后，将运行成本和CO2排放量两个目标函数进行加权组合，建立一个新的目标函数，并使用遗传算法对其进行优化求解；最后，通过分析优化结果，得到在不同场景下的最优供能方案。本文以某综合园区为例，设置4种不同场景进行实验分析，仿真结果表明本文所提模型有效提高了系统的经济性，并降低了CO2的排放量。

关键词：区域综合能源系统脉冲神经膜系统路径优化遗传算法

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脉冲神经膜系统进化设计方法研究

脉冲神经膜系统进化设计方法研究

作者：李国梁西南交通大学

学位级别：硕士

膜计算(Membrane Computing)是数学、生物学和计算机科学等多学科背景下新兴的研究领域,主要是从细胞或生命体结构中抽象出计算模型并研究其理论、应用和软硬件实现。现有的膜计算模型分为细胞型、组织型和神经型三大类。这些模型被称... 详细信息

膜计算(Membrane Computing)是数学、生物学和计算机科学等多学科背景下新兴的研究领域,主要是从细胞或生命体结构中抽象出计算模型并研究其理论、应用和软硬件实现。现有的膜计算模型分为细胞型、组织型和神经型三大类。这些模型被称为膜系统(P系统),其具有分布式、极大并行性、非确定性的特点。大量的理论研究证明,膜系统具有等价图灵机的计算效率。膜系统自动设计是膜计算理论研究的一个重要分支,该研究方向的研究目标是找到能够自动设计不同膜系统的方法。目前研究者在细胞型膜系统领域已经取得了较好的成果,但对于目前研究非常热的脉冲神经膜系统(Spiking neural P system,简称SNP系统),还没有开展膜系统自动设计的相关研究。所以,本文以脉冲神经膜系统为研究对象,对脉冲神经膜系统的自动设计问题进行了探索,提出了自动设计脉冲神经膜系统的一种可行性方法。论文主要工作及研究成果如下:1、实现了程序调用P-Lingua仿真器内核仿真脉冲神经膜系统,并给出了仿真SNP系统的Java源程序。对脉冲神经膜系统实例进行了仿真分析,运行仿真程序得到脉冲神经膜系统实例的格局转换表,实验结果验证了该实例仿真结果的正确性。2、提出一种脉冲神经膜系统进化设计方法,针对脉冲神经膜系统的初始膜结构和规则集,只对规则集进行编码,膜系统和它的规则集一一对应。利用量子进化算法对脉冲神经膜系统的规则集进行自动搜索,自动获得期望的脉冲神经膜系统。然后将此方法应用于三种不同的算术运算膜系统设计,通过实验分别验证了该方法的可行性。3、提出脉冲神经膜系统进化设计的一种改进方法。对量子进化算法的评价部分增加了惩罚项,减少脉冲神经膜系统个体的不期望特征。对程序中的规则执行情况进行了搜索,删除了膜系统中的冗余规则。将改进后的方法应用于相同的三种算术运算膜系统设计,对比实验结果表明,改进后的方法优化了原设计结果,降低了规则冗余,并搜寻和删除了重复个体。相应地,增加了平均适应度函数值收敛的进化代数。

关键词：膜计算脉冲神经膜系统可编程性问题进化设计方法

基于粗糙集的智能变电站保护设备仿生故障诊断方法

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电力系统保护与控制 2021年第21期49卷 132-140页

作者：梁文武朱维钧李辉严亚兵董国琴王璇龚锦霞国网湖南省电力有限公司电力科学研究院湖南长沙410000 国网湖南省电力有限公司郴州供电分公司湖南郴州423000 上海电力大学上海200090

变电站保护设备报警信息的不精确性和不确定性会严重影响变电站故障诊断结果的准确性和可靠性。针对这一问题,提出了一种基于粗糙集的变电站保护设备仿生故障诊断方法。该算法由变电站子区域划分法、粗糙集属性约简算法、二元推理脉冲... 详细信息

变电站保护设备报警信息的不精确性和不确定性会严重影响变电站故障诊断结果的准确性和可靠性。针对这一问题,提出了一种基于粗糙集的变电站保护设备仿生故障诊断方法。该算法由变电站子区域划分法、粗糙集属性约简算法、二元推理脉冲神经膜系统(BRSNPS)和并行推理算法4个关键部分组成。具体来说,采用变电站子区域划分方法和粗糙集约简算法,为每个子区域寻找约简的故障产生规则集,简化了问题的复杂性并可处理故障报警信息的不确定性。然后,提出了BRSNPS及其推理算法,实现了故障信息的展示和分析,获得了准确的故障诊断结果。由于粗糙集和spike神经系统的协作,不需要历史统计和专业知识,问题的规模减少。最后,基于真实的110 kV和750 kV变电站,对所提出的算法进行了实验验证,结果表明该方法优于其他方法。

关键词：智能变电站故障诊断脉冲神经膜系统粗糙集

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脉冲神经膜系统形式化验证仿真与分析

小型微型计算机系统 2013年第1期34卷 163-167页

作者：彭献武樊晓平刘建勋中南大学信息科学与工程学院长沙410083 湖南科技大学知识处理与网络化制造实验室湖南湘潭411201 湖南财政经济学院网络化系统研究所长沙410205

脉冲神经膜系统的形式化验证通常很复杂,目前还没有一种通用的方法.本文基于SnpsGUI仿真软件,例证了两个脉冲神经膜系统的形式化验证过程,重点分析并揭示了格局转移图和脉冲神经膜系统之间的内在联系,并总结出了3个一般性结论,达到了通... 详细信息

脉冲神经膜系统的形式化验证通常很复杂,目前还没有一种通用的方法.本文基于SnpsGUI仿真软件,例证了两个脉冲神经膜系统的形式化验证过程,重点分析并揭示了格局转移图和脉冲神经膜系统之间的内在联系,并总结出了3个一般性结论,达到了通过计算机辅助验证脉冲神经膜系统正确性与完整性的目的.结论显示,格局转移图是一种解决脉冲神经膜系统形式化验证的有效方法,SnpsGUI是脉冲神经膜系统形式化验证的有力辅助工具.同时,对基于脉冲神经膜系统更有效的形式化验证方法提出了展望,对SnpsGUI仿真软件进行了评述,提出了改进方向.

关键词：膜计算脉冲神经膜系统形式化验证仿真分析

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脉冲神经膜系统实现有符号整数的算术运算

小型微型计算机系统 2013年第2期34卷 360-364页

作者：彭献武樊晓平刘建勋文宏中南大学信息科学与工程学院长沙410083 湖南科技大学知识处理与网络化制造实验室湖南湘潭411201 湖南财政经济学院网络化系统研究所长沙410205

脉冲神经膜系统是一种结合脉冲神经网络和膜系统特点的新型生物计算装置,具有强大的计算能力和解决计算难问题的潜力.本文考虑在脉冲神经膜系统这种装置上处理一些简单的算术运算问题,包括二进制补码转换、有符号整数的加、减运算和任... 详细信息

脉冲神经膜系统是一种结合脉冲神经网络和膜系统特点的新型生物计算装置,具有强大的计算能力和解决计算难问题的潜力.本文考虑在脉冲神经膜系统这种装置上处理一些简单的算术运算问题,包括二进制补码转换、有符号整数的加、减运算和任意两个自然数的乘法运算,这些系统的输入、输出数均采用二进制方式,编码采用合适的脉冲序列.本文较好地解决了Gutiérrez-Naranjo MA.和Leporati A.提出的关于如何实现两个任意自然数乘法运算的公开问题.当前工作可以作为解决更加复杂问题的基础,也有助于设计基于脉冲神经膜系统的生物型CPU.

关键词：脉冲神经膜系统算术运算二进制补码加法乘法

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具有突触规则的脉冲神经膜系统综述

计算机科学 2022年第8期49卷 217-224页

作者：张露萍徐飞华中科技大学人工智能与自动化学院图像处理与智能控制教育部重点实验室武汉430074

膜系统是受到细胞、组织、器官和系统的结构和功能的启发而提出的一类生物启发式计算模型。具有突触规则的脉冲神经膜系统是一类受神经元间信息交流方式的启发而提出的膜系统,该类模型中神经元是存储信息的单元,突触是整合并传递信息的... 详细信息

膜系统是受到细胞、组织、器官和系统的结构和功能的启发而提出的一类生物启发式计算模型。具有突触规则的脉冲神经膜系统是一类受神经元间信息交流方式的启发而提出的膜系统,该类模型中神经元是存储信息的单元,突触是整合并传递信息的媒介,整个系统采用分布式、并行方式处理信息。文中回顾了具有突触规则的脉冲神经膜系统的定义及相关概念,介绍了若干个脉冲神经膜系统变体,并对比了各系统的同异;列出了该系统及其变体在不同工作模式下计算能力方面的研究进展,以及该系统在求解计算困难问题、算术运算和破解密码方面的应用;提出了尚待研究的若干问题,以期为具有突触规则的脉冲神经膜系统理论研究提供方向,同时为相关系统的应用研究拓展思路。

关键词：生物启发式计算膜计算脉冲神经膜系统突触规则计算能力