基于人工智能技術(shù)的電力系統(tǒng)母線保護(hù)的應(yīng)用研究

和定繁

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電力系統(tǒng)也日益擴(kuò)大。為了確保電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作，對繼電保護(hù)技術(shù)提出更高的要求。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)和診斷技術(shù)滿足不了現(xiàn)階段電力系統(tǒng)的發(fā)展需求?；谌斯ぶ悄芗夹g(shù)的繼電保護(hù)裝置，受到越來越多的重視。文章主要對基于人工智能技術(shù)母線繼電保護(hù)的提出進(jìn)行分析，概述了母線保護(hù)的發(fā)展?fàn)顩r，提出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)的母線保護(hù)。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù);電力系統(tǒng);母線保護(hù);應(yīng)用研究

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0145-02

繼電保護(hù)技術(shù)是伴隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而興起的。相反，電力系統(tǒng)快速發(fā)展也推動了繼電保護(hù)不斷完善。與此同時，隨著科學(xué)技術(shù)通信技術(shù)不斷興起，也為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展注入新鮮活力。對于電力系統(tǒng)而言，最常見的故障就是短路故障，如果線路發(fā)生短路，不可避免會出現(xiàn)電流增大，進(jìn)而破壞電力設(shè)備。因此，需要對電力系統(tǒng)母線保護(hù)的應(yīng)用進(jìn)行探究，具有至關(guān)重要的現(xiàn)實意義，在最大范圍內(nèi)確保人們的生命財產(chǎn)安全。

1基于人工智能技術(shù)的母線繼電保護(hù)的提出

早在1901年，出現(xiàn)了感應(yīng)型過電流繼電器。發(fā)展到1910年方向性電流保護(hù)得到廣泛應(yīng)用，一直到上個世紀(jì)20年代初期出現(xiàn)了距離保護(hù)裝置，隨著電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展。一直到20世紀(jì)50年代，人們通過微波傳送，它成為繼電保護(hù)裝置原件及與此同時繼電保護(hù)裝置，它的原件和結(jié)構(gòu)方式發(fā)生翻天覆地的變化。發(fā)展到上個世紀(jì)50年代，導(dǎo)體晶體管的出現(xiàn)推動晶體是繼電保護(hù)裝置的發(fā)展。一直到上個世紀(jì)70年代中期，基于集成運(yùn)算放大器的集成電路已經(jīng)開始研究發(fā)展。發(fā)展到80年代末形成了較為完善的晶體管保護(hù)系統(tǒng)。近年來，隨著科學(xué)信息技術(shù)快速發(fā)展，計算機(jī)以及通訊技術(shù)取得快速發(fā)展。母線保護(hù)主要是將監(jiān)控、測量、運(yùn)動、通信等各個功能進(jìn)行融合，減少設(shè)備投資，減少設(shè)備投資的同時，全面提高設(shè)備的穩(wěn)定性。也在無形之中也推動人工智能技術(shù)的發(fā)展，在某種程度上，人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它具備較高的運(yùn)算能力、適應(yīng)能力強(qiáng)，還具備較高的容錯能力。和傳統(tǒng)的方式相比，有著較高的優(yōu)勢，它能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)單純的依靠數(shù)字求解問題的弊端。廣泛使用在電力系統(tǒng)這種復(fù)雜的大規(guī)模動態(tài)系統(tǒng)中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為人工智能分支的重要內(nèi)容，在推動電網(wǎng)發(fā)展和母線保護(hù)應(yīng)用中占據(jù)著關(guān)鍵地位，它更能適應(yīng)現(xiàn)代化電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求，能有效解決傳統(tǒng)繼電保護(hù)存在的不足。

2母線保護(hù)的發(fā)展?fàn)顩r概述

2.1實現(xiàn)方式的發(fā)展

在科學(xué)技術(shù)的推動之下，我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和規(guī)模都發(fā)生翻天覆地的變化，它從過去區(qū)域向容量小、低電壓等級、發(fā)展到現(xiàn)階段的遠(yuǎn)距離、大容量、超高壓等等大規(guī)模的系統(tǒng)，離不開電力系統(tǒng)的母線保護(hù)裝置，在某種程度上，母線保護(hù)它成為電力系統(tǒng)安全運(yùn)作的守護(hù)神，突破原來單一性保護(hù)的弊端。針對母線保護(hù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行分析，母線保護(hù)是在技術(shù)原理上實現(xiàn)不斷的突破和完善，保護(hù)性能和可靠性能，隨著科學(xué)技術(shù)的提升也得到顯著提高，母線保護(hù)的功能，它從傳統(tǒng)的單一逐漸向多元化發(fā)展，可靠性也逐漸提高，從傳統(tǒng)過度依靠人為干預(yù)走向高度智能化發(fā)展。通常情況下，母線保護(hù)方式主要有以下三個內(nèi)容，第一，電磁型的母線保護(hù)。對于電磁型的母線保護(hù)來說，它是最早的實現(xiàn)方式，操作較為簡單，容易實現(xiàn)。然而它的保護(hù)性能并不高，靈敏度動作速度飽和能力等。有顯著不足的現(xiàn)象。除此之外，母線運(yùn)行條件并不具備較高的適應(yīng)能力。第二，集成電路型母線保護(hù)。該母線保護(hù)它的靈敏度、動作速度、飽和能力，和電磁型母線保護(hù)相比，有著大幅度的改善，其中最主要的代表就是中阻抗母線保護(hù)。中阻抗母線保護(hù)它被廣泛使用在電力系統(tǒng)中，成為母線保護(hù)的首選產(chǎn)品。近年來，隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，國內(nèi)公司最長使用的阻抗型母差保護(hù)是上海繼電器廠生產(chǎn)組裝的PMh150。它主要對中阻抗母線保護(hù)原理進(jìn)行探究，能有效地降低母差回路產(chǎn)生的負(fù)載阻抗值，然而，集成電路型母線保護(hù)在適應(yīng)母線運(yùn)行情況還存在一些不足。第三，微機(jī)型母線保護(hù)。微機(jī)型的母線保護(hù)主要來源于系統(tǒng)功能強(qiáng)大的中央處理器，主要比較數(shù)字和模擬母線保護(hù)之間的特征，全面提高適應(yīng)母線的運(yùn)行方式靈敏度以及可靠度[1]。

2.2實現(xiàn)原理的發(fā)展

目前在進(jìn)行母線保護(hù)實驗原理發(fā)展?fàn)顩r分析時主要。包括以下幾個方面的內(nèi)容，第一，差動原理母線保護(hù)。該保護(hù)原理是確保母線正常運(yùn)作，或者是外部故障發(fā)生時，母線上的各回路會出現(xiàn)電流和為零，在母線內(nèi)部出現(xiàn)故障各線路上同一時刻的電流值之和應(yīng)該大于零。然而，差動原理母線保護(hù)由于內(nèi)外故障保護(hù)不同。然而，在實際運(yùn)作中，母線各個回落，不可避免會出現(xiàn)特性誤差，會存在著一個不平衡的電流，為了全面確保母線保護(hù)具有較高的靈敏度，應(yīng)該采取有效的方式，將不平衡電流降到最低。為了確保差動原理母線保護(hù)，具有較高的靈敏度，可以通過加裝中間變流器和軟件修正的方式，在母線區(qū)故障外找到特性誤差，降低母線保護(hù)不平衡電流。如果母線出現(xiàn)故障，尤其是區(qū)外故障電流互感器的飽和對保護(hù)的性能影響較大。如果區(qū)外故障會造成嚴(yán)重的誤判，這時，必須要確保母線保護(hù)具有較高的抗飽和能力。通常使用的抗體低飽和的方法是通過判斷差動動作和故障是否同步發(fā)生，以電流量作為主要的判別量。第二，方向原理母線保護(hù)。對于方向原理母線保護(hù)來說，它主要是確保母線外部故障，有一部分的電流方向流出母線。在進(jìn)行內(nèi)部故障探究時，母線上各回路故障電流方向如果流向母線。說明系統(tǒng)能夠在較短的時間內(nèi)，計算出母線各回路上的故障電流方向，不需要考慮電流特性和飽和問題，針對母線區(qū)外故障的運(yùn)行情況進(jìn)行探究，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作，如果系統(tǒng)在較短時間內(nèi)不能確定母線各回路故障電流的方向，這時需要根據(jù)電流行波和故障電壓行波的極性進(jìn)行判斷[2]。

2.3實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的發(fā)展

母線保護(hù)在實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上主要分為集中式母線，保護(hù)和分布式母線保護(hù)。首先對于常見的集中式母線保護(hù)來說，它主要是實現(xiàn)信號的采集和處理，進(jìn)而進(jìn)行準(zhǔn)確的保護(hù)和判斷，保護(hù)出口。將所有的功能全部集中在一起，集中式母線保護(hù)它具備較高的優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)較為簡便，操作容易。目前，我國大部分使用的都是集中式的母線保護(hù)。其次，分布式母線保護(hù)，分布式母線保護(hù)能夠?qū)⑿盘栠M(jìn)行采集和處理，保護(hù)出口各個功能，將其放在母線的各個間隔單元中，實現(xiàn)各見各單元的分布排序。將不同的數(shù)據(jù)信息，通過光纖輸送到不同的中心單元，做好保護(hù)方式的判斷，然后將得到的結(jié)果傳回到各個間隔單元，實現(xiàn)保護(hù)出口操作。在無形之中能節(jié)約大量的二次電纜，具有較高的擴(kuò)展性，它和傳統(tǒng)的母線保護(hù)相比，更加符合電力系統(tǒng)母線設(shè)備的運(yùn)行特點。在某種程度上分布式母線保護(hù)在操作過程中，技術(shù)要求較高，廣泛使用在數(shù)據(jù)采集和同步傳輸中[3]。

3基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)母線保護(hù)

3.1母線保護(hù)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

母線保護(hù)智能化發(fā)展是未來母線繼電保護(hù)的發(fā)展方向，本文主要針對基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)母線保護(hù)進(jìn)行探究，在最大范圍內(nèi)發(fā)揮智能化調(diào)節(jié)母線保護(hù)的作用，降低母線保護(hù)過程中不必要的人為干擾，減輕母線保護(hù)工作者的壓力。對于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來說，它是一種高度智能化的數(shù)學(xué)工具。它能對確定的物理對象進(jìn)行輸入和輸出，確定關(guān)系，在某種程度上人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它更像是一種傳遞函數(shù)，針對物理對象輸入輸出進(jìn)行分析，找到兩者之間的誤差，進(jìn)而調(diào)節(jié)各層的全系數(shù)。在基于人工智能技術(shù)母線繼電保護(hù)裝置探究時，可以將電力系統(tǒng)母線作為一個確定的物理對象，然后做好母線各回路的分析工作。在輸入和輸出的同一時刻建立函數(shù)關(guān)系，可以使用帶有隱藏型的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型描繪這個函數(shù)關(guān)系[4]。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它具備較高的容錯能力和自適應(yīng)能力，能對母線存在的故障進(jìn)行排除，做好圖像處理預(yù)測，被廣泛使用在電力通訊工程，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它能夠智能化地解決復(fù)雜問題。在繼電保護(hù)中，廣泛使用可以將電力系統(tǒng)中的具體保護(hù)對象。例如：母線、線路、變壓器等等不同的器件作為輸入輸出關(guān)系所確定的對象，然后使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而代替這個保護(hù)對象。在保護(hù)對象區(qū)域內(nèi)，如果發(fā)生故障，這時可以考慮到可能系統(tǒng)由于輸入輸出關(guān)系的改變，對回路產(chǎn)生影響，要確定物理對象的實際參數(shù)。如果不能真實的獲取參數(shù)，那么基于模型保護(hù)原理的性能將大大降低[5]。

3.2母線保護(hù)的故障啟動方法

在基于人工智能技術(shù)電力系統(tǒng)母線保護(hù)應(yīng)用探究過程中，必須要對故障啟動方法進(jìn)行分析，母線保護(hù)能有效地反應(yīng)出故障區(qū)域，做好電氣故障特征值的分析。一般情況下，電氣故障特征值多種多樣，無論是電流、電壓幅值，還是電壓波形都會產(chǎn)生各種各樣的干擾。母線保護(hù)故障啟動方法需要按照電氣特征值的大小以及電氣特征量變化率進(jìn)行分析，嚴(yán)格地參照電氣特征量的大小，如實地反映故障母線保護(hù)的啟動方式。需要設(shè)置特定的閾值來分析母線是否發(fā)生那區(qū)或者是外區(qū)的故障，這些閾值就是保護(hù)整定值。除此之外，也可以根據(jù)故障電氣特征量的大小，降低人為干擾。通常情況下，使用的方式由采樣值突變量方法、小波奇異性方法、自適應(yīng)模型預(yù)測法、以及瞬時幅值突變量方法。不同的運(yùn)作環(huán)境，使用的方式也是不同的[6]。

3.3母線保護(hù)的故障判斷方法

在母線保護(hù)故障啟動以后，需要判斷區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障，要使用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對母線保護(hù)進(jìn)行探究。針對母線區(qū)內(nèi)故障，在進(jìn)行判定過程中，可以使用電流采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，找到母線保護(hù)對象的輸出和輸入關(guān)系。在母線區(qū)外故障判斷時，如果母線保護(hù)對象輸入輸出關(guān)系并沒有發(fā)生改變，這時需要通過無故障運(yùn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練進(jìn)行探究。在最大范圍內(nèi)判斷故障預(yù)警動時間和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型輸入變大的時間是否同步。如果同步，則說明母線出現(xiàn)故障[7]。

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作離不開母線，母線保護(hù)是確保母線安全運(yùn)作的關(guān)鍵。在科技的推動之下，母線繼電保護(hù)技術(shù)也得到顯著提升。人們的工作和生活離不開電力系統(tǒng)，它也是國民經(jīng)濟(jì)的主要產(chǎn)業(yè)，電力系統(tǒng)在運(yùn)作過程中穩(wěn)定性和安全性，母線保護(hù)和母線繼電保護(hù)密切相關(guān)，為了提高電力系統(tǒng)安全可靠，為了確保電力系統(tǒng)能夠輸送高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性能好的電源。要考慮到自然條件設(shè)備以及人為因素產(chǎn)生的影響，降低設(shè)備出現(xiàn)的故障。

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