試論繼電保護(hù)中的人工智能技術(shù)及其應(yīng)用

柳旭東

摘要：本文以電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)智能化技術(shù)應(yīng)用為核心展開(kāi)討論，首先簡(jiǎn)述人工智能技術(shù)和在電力系統(tǒng)中應(yīng)用意義，然后以專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論、模式識(shí)別、小波分析五種智能技術(shù)為主對(duì)其相關(guān)概念和應(yīng)用展開(kāi)分析。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù);人工智能技術(shù);應(yīng)用

1人工智能技術(shù)相關(guān)概述及在繼電保護(hù)中應(yīng)用意義

1.1人工智能技術(shù)相關(guān)概述

人工智能技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展一個(gè)分支，是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。通過(guò)期望了解智能是指，生產(chǎn)能夠以人類(lèi)智能相似的方式作出反應(yīng)的智能機(jī)器，其中包括專(zhuān)家系統(tǒng)、自然語(yǔ)言、圖像識(shí)別、語(yǔ)言識(shí)別、機(jī)器人等。自人工智能誕生，其相關(guān)理論與應(yīng)用技術(shù)便逐漸成熟，實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，隨著應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，人工智能極有可能成為人類(lèi)智慧“容器”。人工智能是對(duì)人類(lèi)思維的有效模擬，在生產(chǎn)中可以代替人工，并按照相關(guān)要求對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。人工智能對(duì)于數(shù)據(jù)信息的處理具有極高的精準(zhǔn)性，可有效提升企業(yè)工作、生產(chǎn)質(zhì)量和效率，因此，需要在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)的高質(zhì)、高效應(yīng)用。

1.2人工智能技術(shù)在電力繼電保護(hù)中應(yīng)用意義

現(xiàn)階段，我國(guó)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展時(shí)期，人們生產(chǎn)、生活中對(duì)于電力的需求量不斷提升，為確保用電穩(wěn)定性、安全性，需要加強(qiáng)繼電保護(hù)相關(guān)設(shè)施建設(shè)，但是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，以往通過(guò)人工方式、傳統(tǒng)繼電保護(hù)方式開(kāi)展電力故障巡檢、系統(tǒng)保護(hù)的方式已經(jīng)不適用。電力行業(yè)需要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，在繼電保護(hù)設(shè)施建設(shè)中積極應(yīng)用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)智能化、自動(dòng)化運(yùn)行，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常故障和安全隱患等問(wèn)題時(shí)，繼電保護(hù)設(shè)施能夠第一時(shí)間作為相應(yīng)反應(yīng)，避免故障的進(jìn)一步演化，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。另外，在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中應(yīng)用人工智能技術(shù)能夠促進(jìn)電力行業(yè)向智能化方向發(fā)展，在確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，保證電力正常供應(yīng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提升。

2繼電保護(hù)人工智能關(guān)鍵技術(shù)

2.1專(zhuān)家系統(tǒng)

專(zhuān)家系統(tǒng)屬于人工智能發(fā)展重要方向，智能運(yùn)行原理是通過(guò)對(duì)某領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)統(tǒng)計(jì)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析后，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程模擬，通過(guò)人類(lèi)思維方式對(duì)領(lǐng)域中相關(guān)問(wèn)題加以判斷決策。整體而言，專(zhuān)家系統(tǒng)的有效應(yīng)用需要數(shù)據(jù)信息作為支撐，對(duì)多種數(shù)據(jù)信息加以分析判斷。在電力繼電保護(hù)中應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)能夠采用人工方式或者自動(dòng)方式采集故障信息，判斷故障誘發(fā)原因，針對(duì)問(wèn)題具體情況采取相應(yīng)的處理措施。繼電保護(hù)專(zhuān)家系統(tǒng)則主要是對(duì)繼電保護(hù)相關(guān)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)分析和收集，深入分析繼電保護(hù)相關(guān)原理，根據(jù)應(yīng)用需求不同制定不同規(guī)則，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)智能化、自動(dòng)化運(yùn)行[1]。

2.2人工神經(jīng)系統(tǒng)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同樣屬于人工智能技術(shù)發(fā)展新方向，借助計(jì)算機(jī)對(duì)人類(lèi)的認(rèn)知過(guò)程進(jìn)行模擬，通過(guò)人工智能方式對(duì)目標(biāo)問(wèn)題加以有效解決。對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需要借助非線性映像實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)難以通過(guò)方程式或求解難度較大的非線性問(wèn)題。所以，相比于專(zhuān)家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更加先進(jìn)，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)樣本學(xué)習(xí)擴(kuò)充知識(shí)，對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題加以有效處理，另外，在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，相比于專(zhuān)家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用具有更大的發(fā)展空間，但因?yàn)槭軐W(xué)習(xí)邏輯因素影響，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要在不斷地學(xué)習(xí)中提升智能化經(jīng)驗(yàn)。

2.3模糊理論

該技術(shù)的最大特點(diǎn)是打破二進(jìn)制非此即彼的運(yùn)算概念，通過(guò)模糊邏輯、引用變量描述不確定現(xiàn)象和事件。模糊理論能夠通過(guò)事物特征分析加以識(shí)別和分類(lèi)，適用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中海量數(shù)據(jù)信息處理需求[2]。對(duì)簡(jiǎn)單故障問(wèn)題的處理分析采用模糊理論更加高效，并有效降低計(jì)算成本。但模糊理論系統(tǒng)不具有學(xué)習(xí)能力，僅可通過(guò)構(gòu)建模糊邏輯、語(yǔ)言模型加以優(yōu)化，因?yàn)樵趯?shí)際的應(yīng)用中需要借助人工方式輔助升級(jí)。

2.4模式識(shí)別

該智能技術(shù)指的是把定值、定性、定量統(tǒng)一結(jié)合分配至電力系統(tǒng)中，做待識(shí)別模式，吐過(guò)電力系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比故障信息與系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)存的識(shí)別信息分析故障問(wèn)題，模式識(shí)別能夠快速分析電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中存在的故障問(wèn)題，具有較高的準(zhǔn)確性。但模式識(shí)別智能技術(shù)應(yīng)用前需要首先在系統(tǒng)中構(gòu)建模型，作為故障對(duì)比參考，該技術(shù)的應(yīng)用雖然理論較為簡(jiǎn)單，但是在實(shí)際應(yīng)用中需進(jìn)行大量的識(shí)別模型設(shè)計(jì)、分析，工作量比較大。

2.5小波分析

該智能技術(shù)主要是通過(guò)電力系統(tǒng)運(yùn)行頻率判斷故障類(lèi)型。電力系統(tǒng)運(yùn)行中，借助小波分析技術(shù)可對(duì)電力系統(tǒng)頻率加以實(shí)時(shí)監(jiān)控，因?yàn)樾〔ǚ治龇绞郊夹g(shù)能夠有效分析判定系統(tǒng)運(yùn)行中的波形，當(dāng)出現(xiàn)故障問(wèn)題，電力系統(tǒng)運(yùn)行頻率必將發(fā)生變化，因此，小波分析智能技術(shù)能夠判別信息變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中時(shí)候存在異常故障，通過(guò)應(yīng)用小波分析技術(shù)能夠在電力系統(tǒng)運(yùn)行信號(hào)不穩(wěn)定或者存在非常規(guī)波動(dòng)時(shí)發(fā)揮顯著作用。

3繼電保護(hù)中的人工智能技術(shù)應(yīng)用

3.1專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用

在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中對(duì)于專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用效率不高，因?yàn)橐话闱闆r下應(yīng)用于時(shí)間要求較低故障處理分析中。究其原因，專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)計(jì)算分析、故障類(lèi)型判斷所需要消耗的時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于突發(fā)故障應(yīng)急處理需要消耗大量的時(shí)間，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的高效保護(hù)。但專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)于故障問(wèn)題的診斷、定位以及整定協(xié)調(diào)方面發(fā)揮著積極作用。在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)整定協(xié)調(diào)中應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)可以通過(guò)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，全面綜合考慮設(shè)計(jì)繼電保護(hù)系統(tǒng)，提升繼電保護(hù)全面性，避免存在的矛盾與沖突。

3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)具有智能故障判斷和學(xué)習(xí)能力，因?yàn)槎鄳?yīng)用于故障類(lèi)型、故障距離測(cè)定中，可周全保護(hù)電力系統(tǒng)主設(shè)備。如，在高壓輸電線中，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能技術(shù)能夠及時(shí)判斷線路運(yùn)行過(guò)程中存在的故障問(wèn)題以及故障方向，提升故障處理分析效率。對(duì)于電流保護(hù)，借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可有效保護(hù)電流正方向故障問(wèn)題，經(jīng)故障學(xué)習(xí)可不斷提升電力故障識(shí)別能力，為電力網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)系統(tǒng)有效應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

3.3模糊理論應(yīng)用

因?yàn)樵陔娏ο到y(tǒng)中繼電保護(hù)模糊理論智能技術(shù)的應(yīng)用主要是判別非線性問(wèn)題，提升故障問(wèn)題判斷效率，多用于發(fā)電機(jī)、主變?cè)O(shè)備等關(guān)鍵設(shè)施保護(hù)中。如，電力系統(tǒng)出現(xiàn)電壓故障，電壓高頻的成本不同，采用線性故障識(shí)別系統(tǒng)，無(wú)法對(duì)故障問(wèn)題加以迅速判斷，存在計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)、結(jié)果錯(cuò)誤等情況。通過(guò)模糊理論能夠?qū)Ρ裙收霞蟽?nèi)電壓模式，分析故障問(wèn)題。通過(guò)模糊理論能夠判斷變壓器存在的電流故障，因?yàn)榫哂休^高的識(shí)別效率，因此多用于主要設(shè)備保護(hù)中。

3.4模式識(shí)別應(yīng)用

該智能技術(shù)主要應(yīng)用于高阻抗檢測(cè)與距離保護(hù)，借助模式識(shí)別技術(shù)可對(duì)配電線路中的接地保護(hù)設(shè)施加以改進(jìn)，提升線路保護(hù)可靠性，通過(guò)電流、電壓信號(hào)識(shí)別，實(shí)時(shí)對(duì)比信號(hào)數(shù)據(jù)，判別高阻抗運(yùn)行狀態(tài)。

3.5小波分析應(yīng)用

該技術(shù)主要應(yīng)用在繼電保護(hù)電壓、電流故障檢測(cè)中，收集變壓器勵(lì)磁涌流、短路電流數(shù)據(jù)，通過(guò)規(guī)模理論對(duì)比特征，實(shí)現(xiàn)故障問(wèn)題判斷。

總結(jié)

綜上所述，在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)榇嬖诖罅康挠绊懸蛩?，需要采用繼電保護(hù)措施分析電力系統(tǒng)中存在的故障問(wèn)題，但是以往的繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用仍然需求投入大量的人力資源。在新時(shí)代背景下，人工智能技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步為繼電保護(hù)的智能化發(fā)展提供了有力支撐。本文對(duì)繼電保護(hù)專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論、模式識(shí)別、小波分析技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用加以分析，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]樊玉新，余波，王永強(qiáng)，等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)專(zhuān)家系統(tǒng)的構(gòu)建[J].水電能源科學(xué)，2007（02）：96-98.

[2]Zhao-jiyuan，趙紀(jì)元，Liu-gang，等.基于在線計(jì)算及模糊理論的繼電保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)方案[C]//中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì).中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)，2016.