人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的應(yīng)用

姜春凱 陸樂(lè) 嚴(yán)曉杰

【摘 要】很多時(shí)候電力系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中往往會(huì)受到諸多因素的影響，使得整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)容易出現(xiàn)震蕩、超過(guò)負(fù)荷等非正常狀態(tài)。所以為了能夠在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)切除故障，我們應(yīng)將人工智能技術(shù)應(yīng)用在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)中，該技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高繼電保護(hù)的智能化水平，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)蓬勃穩(wěn)定發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】人工智能;電力系統(tǒng);繼電保護(hù);分析

1導(dǎo)言

隨著計(jì)算機(jī)水平的不斷提升和電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域中廣泛的應(yīng)用計(jì)算機(jī)，逐漸研究出新的控制原理和方法，同時(shí)在繼電保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用力度不斷加強(qiáng)，如專(zhuān)家系統(tǒng)等的應(yīng)用，其對(duì)繼電保護(hù)的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。所以具體研究電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中人工智能技術(shù)的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2專(zhuān)家系統(tǒng)

專(zhuān)家系統(tǒng)（ES）是發(fā)展最早，也是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的課題之一，它與知識(shí)工程研究緊密聯(lián)系在一起。在專(zhuān)家系統(tǒng)構(gòu)造中，它必須涉及所研究問(wèn)題領(lǐng)域的知識(shí)表達(dá)方式，知識(shí)處理與知識(shí)運(yùn)用方面的理論和方法。專(zhuān)家系統(tǒng)不僅是融合了書(shū)本相關(guān)的理論知識(shí)來(lái)處理各種定性的問(wèn)題，而且還可總結(jié)和利用專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)（或稱(chēng)啟發(fā)式知識(shí)）來(lái)求解問(wèn)題。它不僅可解決那些依靠解析方法不能解決的問(wèn)題，也可使所求解問(wèn)題的知識(shí)搜索和推理范圍縮小，提高問(wèn)題求解速度和推理效率;另外專(zhuān)家系統(tǒng)的解釋模塊能夠?qū)ν评硭玫闹R(shí)、推理過(guò)程及結(jié)論進(jìn)行解釋。在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的專(zhuān)家系統(tǒng)中，常用的知識(shí)表達(dá)方式有：基于謂詞邏輯表示法，基于產(chǎn)生式規(guī)則表示法，基于過(guò)程式知識(shí)表示法，基于框架式表示法，基于知識(shí)模型表示法和基于面向?qū)ο蟊硎痉ā?shí)質(zhì)上后兩種是由于計(jì)算機(jī)和語(yǔ)言技術(shù)、智能技術(shù)的發(fā)展而形成的，它們是在前四種基礎(chǔ)上的新形式和新結(jié)構(gòu)，它們的關(guān)系如圖所示。

圖1專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)表達(dá)方式

3人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的應(yīng)用

3.1專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用

專(zhuān)家系統(tǒng)是人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的一種應(yīng)用，該系統(tǒng)主要適用于那些對(duì)時(shí)間要求不高的繼電保護(hù)工作中。比如，故障診斷、故障勘測(cè)等工作，當(dāng)然專(zhuān)家系統(tǒng)還可以應(yīng)用在定值智能化的整合計(jì)算系統(tǒng)中，以及應(yīng)用在相關(guān)零序電流的保護(hù)整定計(jì)算中。不管是應(yīng)用在哪一種系統(tǒng)中都可以實(shí)現(xiàn)提高繼電保護(hù)工作效率的目的。同時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用原理是指將繼電保護(hù)裝置工作中的動(dòng)作表示出來(lái)，或者是將運(yùn)行人員的診斷經(jīng)驗(yàn)等內(nèi)容用規(guī)則表現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)一步將相應(yīng)的故障診斷專(zhuān)家列入電力系統(tǒng)當(dāng)中，這樣一來(lái)可以方便工作人員尋找系統(tǒng)出現(xiàn)故障的原因，能夠及時(shí)采取有效的對(duì)策去解決問(wèn)題。

3.2暫態(tài)保護(hù)的應(yīng)用

高新技術(shù)的飛速發(fā)展人工智能技術(shù)也被廣泛應(yīng)用，同時(shí)各種判斷故障的方式也層出不窮，這些人工智能技術(shù)不僅可以提高電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作的效率，還可以提高判斷故障的精準(zhǔn)性和準(zhǔn)確性，也可以解決那些單一工頻信號(hào)不能解決的問(wèn)題。其中暫態(tài)保護(hù)的應(yīng)用可以準(zhǔn)確的判斷出故障，它的工作原理主要是利用所產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)保護(hù)電力設(shè)備和輸電線(xiàn)的，可以根據(jù)故障的類(lèi)型、位置以及持續(xù)時(shí)間等特點(diǎn)進(jìn)行分析和判斷。

3.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在判斷故障類(lèi)型、故障距離等方面。比如，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)高壓輸電線(xiàn)的方向進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)利用BP模型來(lái)當(dāng)做輸電線(xiàn)保護(hù)中的方向辨別設(shè)備，不僅可以快速高效的判斷出故障的所在方向，還可以有效保護(hù)輸電線(xiàn)的方向。再者我們還可以利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力和辨別能力，更好的對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的故障進(jìn)行分析和辨別，使工作人員能夠在電流正確方向的故障進(jìn)行保護(hù)，而相反方向的電流故障則應(yīng)當(dāng)及時(shí)的采取閉鎖，因?yàn)橹挥羞@樣才能實(shí)現(xiàn)提高電流靈敏度的目標(biāo)，讓輸電線(xiàn)電流能夠更好的適應(yīng)。此外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可以與專(zhuān)家系統(tǒng)相互融合來(lái)使用，對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的故障進(jìn)行全方位的診斷，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作具有重要意義。

3.4模糊理論的應(yīng)用

模糊理論的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方式難以做到的計(jì)算。近幾年來(lái)隨著時(shí)代的不斷發(fā)展模式理論在電力體統(tǒng)繼電保護(hù)中的應(yīng)用也得到突飛猛進(jìn)，其中模糊理論主要包括系統(tǒng)規(guī)劃、模式控制以及相關(guān)的潮流計(jì)算，這些理論在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中發(fā)揮巨大作用。例如，模糊理論的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)那些電力生產(chǎn)的不確定進(jìn)行有效確定，或者是對(duì)干負(fù)荷變化的不確定進(jìn)行確定，通過(guò)使用模糊理論中的模糊值可以表示某些不確定的關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建一個(gè)有效的電力模糊系統(tǒng)。此外，模糊理論相比傳統(tǒng)無(wú)工電壓算法獲得的效果更顯著，傳統(tǒng)的無(wú)工電壓算法主要是以單目標(biāo)來(lái)優(yōu)化問(wèn)題，此方式并不能做到充分考慮限制控制量調(diào)節(jié)的目的，所以為了實(shí)現(xiàn)校正違界電壓應(yīng)利用模糊理論對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)估。

3.5遺傳算法的應(yīng)用

遺傳算法也是人工智能技術(shù)中在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作中的一種，它主要是基于大自然的選擇和遺傳機(jī)制，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)設(shè)備上模擬相應(yīng)的生物進(jìn)化，以此來(lái)尋找最佳的且最有效的搜索算法，遺傳算法本身就具有很多的優(yōu)勢(shì)和優(yōu)點(diǎn)。比如，可以在較為復(fù)雜和龐大的搜索空間中進(jìn)行自適應(yīng)的搜索，通過(guò)這種方式可以選擇出最佳且最準(zhǔn)確的算法，當(dāng)然遺傳算法還具備算法簡(jiǎn)單且適用性超強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，此外，遺傳算法在進(jìn)行求解問(wèn)題方面幾乎沒(méi)有任何限制，也不會(huì)涉及到那些復(fù)雜的數(shù)學(xué)求求解過(guò)程，能夠獲得最全面的且最優(yōu)的解集，這也正是遺傳算法被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的原因，當(dāng)然我們還可以通過(guò)構(gòu)建合理的數(shù)學(xué)模型來(lái)解決故障問(wèn)題，進(jìn)而充分發(fā)揮遺傳算法的作用和價(jià)值。

4結(jié)論

由此可見(jiàn)，越來(lái)越多的新的方法隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)，這也進(jìn)一步擴(kuò)大電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中人工智能技術(shù)的應(yīng)用范圍，為繼電保護(hù)的發(fā)展提供了有利的保障。通過(guò)結(jié)合不同的人工智能技術(shù)，可以將保護(hù)系統(tǒng)中受到不確定因素的影響合理分析處理，從而可以將保護(hù)動(dòng)作的可靠性進(jìn)一步提高，這也是為了智能保護(hù)發(fā)展的重要研究方向。雖然本文講述的智能方法應(yīng)用到電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中取得的成果比較明顯，但是其本身并沒(méi)有非常成熟的理論性，所以需要將其完善力度進(jìn)一步加大。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司丹陽(yáng)市供電分公司）