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

賈曉丹

[摘 ? ?要]現(xiàn)階段我國智能化技術(shù)的發(fā)展速度不斷加快，為各行各業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展提供了有效的支持。在進(jìn)行電力系統(tǒng)建設(shè)的過程中，應(yīng)用人工智能技術(shù)可以提高繼電保護(hù)水平，促進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。電力企業(yè)在對這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行管理時，需要根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，對技術(shù)的應(yīng)用形式進(jìn)行正確的選擇，才能充分發(fā)揮技術(shù)的應(yīng)用效果，降低電力系統(tǒng)故障問題的發(fā)生幾率。就人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的運(yùn)用進(jìn)行相關(guān)的分析和研究。

[關(guān)鍵詞]人工智能技術(shù);電力系統(tǒng)繼電保護(hù);運(yùn)用;分析研究

[中圖分類號]TM77 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）01–00–03

[Abstract]At this stage， the development speed of intelligent technology in China is accelerating， which provides effective support for the production and development of all walks of life. In the process of power system construction， the application of artificial intelligence technology can improve the level of relay protection and promote the stable operation of the system. When managing the application of this technology， power enterprises need to correctly select the application form of technology according to the operation characteristics of power system， so as to give full play to the application effect of technology and reduce the probability of power system failure. In this paper， the application of artificial intelligence technology in power system relay protection is analyzed and studied.

[Keywords]artificial intelligence technology; power system relay protection; application; analysis and research

一旦電力系統(tǒng)運(yùn)行期間出現(xiàn)故障問題，繼電保護(hù)系統(tǒng)可以在最短的時間內(nèi)，對故障設(shè)備的發(fā)生區(qū)域進(jìn)行隔離，并且發(fā)出相應(yīng)的警示信息，從而對電力系統(tǒng)進(jìn)行有效的保護(hù)。將人工智能技術(shù)與繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可以提高繼電保護(hù)的智能化水平。電力企業(yè)要加大資金的投入力度，加強(qiáng)技術(shù)的研發(fā)，將最新的科研成果作用到繼電保護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)中，才能為電力系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供有效的技術(shù)支持。目前電力系統(tǒng)已經(jīng)向著智能化方向發(fā)展，需要制定科學(xué)合理的繼電保護(hù)措施，才能滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求[1]。

1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在進(jìn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)時，主要是為了保護(hù)電力系統(tǒng)，降低故障問題的發(fā)生概率。我國在20世紀(jì)70年代左右，才開始引入繼電保護(hù)技術(shù)。在進(jìn)行技術(shù)研發(fā)的過程中，借鑒了國外的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，但因?yàn)榧夹g(shù)的起步時間比較晚，所以在進(jìn)行技術(shù)實(shí)踐時，缺乏相應(yīng)的理論支持。我國的電力市場規(guī)模比較大，在進(jìn)行繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用和實(shí)踐的過程中，具備更加廣闊的前景，提高了技術(shù)的發(fā)展速度。目前我國在進(jìn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)的過程中，融合了微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)，構(gòu)建的保護(hù)系統(tǒng)功能更加完善，可以通過微型的計算機(jī)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)操作。直到1984年，我國才引進(jìn)微機(jī)保護(hù)技術(shù)，最初這項(xiàng)技術(shù)，是為了保護(hù)計算機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行。目前微機(jī)保護(hù)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到其他行業(yè)，尤其是線路保護(hù)產(chǎn)品的研發(fā)，充分發(fā)揮了技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。我國在進(jìn)行智能電網(wǎng)建設(shè)的過程中，電力系統(tǒng)已經(jīng)呈現(xiàn)出智能化和信息化的特征，且智能化電網(wǎng)的功能正處于不斷完善的階段。尤其是計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用范圍變得更加廣闊。將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，可以對各個單元進(jìn)行有效保護(hù)，還可以對電力系統(tǒng)故障信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時共享。將智能化技術(shù)與繼電保護(hù)技術(shù)有效結(jié)合，可以構(gòu)建一體化、虛擬化以及智能化的新型電力系統(tǒng)保護(hù)體系。這項(xiàng)保護(hù)體系的計算能力和數(shù)據(jù)處理能力比較強(qiáng)，與繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)行充分融合之后，可以提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用水平。在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題時，繼電保護(hù)裝置可以對系統(tǒng)內(nèi)部所有元器件的應(yīng)用安全進(jìn)行有效的保護(hù)，并且對故障問題進(jìn)行迅速的排除，還可以向工作人員發(fā)出警示信號，確保工作人員能夠?qū)收蠁栴}進(jìn)行有效的處理，避免對鄰近系統(tǒng)產(chǎn)生影響[2]。

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

2.1 構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

在進(jìn)行電力系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)時，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要是對故障問題的發(fā)生類型以及距離保護(hù)方向等內(nèi)容進(jìn)行準(zhǔn)確的判定。例如在對高壓輸電線進(jìn)行方向保護(hù)時，利用BP模型可以將其作為方向保護(hù)中的方向判別元件，這項(xiàng)元件可以對故障問題的發(fā)生方向進(jìn)行快速準(zhǔn)確的判別，并且對電流進(jìn)行充分的保護(hù)。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模式識別和學(xué)習(xí)能力，可以對系統(tǒng)中的故障情況進(jìn)行準(zhǔn)確的判別，從而對正方向的故障問題進(jìn)行有效的保護(hù)。并且采用閉鎖反應(yīng)，對反方向的故障問題進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了電流的自適應(yīng)功能，提高了電流的運(yùn)行靈敏度。在進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時，還可以與專家系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，通過兩種系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，對電力故障問題進(jìn)行有效的診斷。例如在進(jìn)行ES和ANN技術(shù)應(yīng)用時，建立的ANN模式，可以對線路和母線以及變壓器故障問題進(jìn)行科學(xué)的判斷。這項(xiàng)模型的技術(shù)核心是線路和母件以及元件。元件周圍的跳閘信息和保護(hù)信息數(shù)據(jù)可以作為輸入量，被診斷的元件狀態(tài)作為輸出量，同時采用了ES精煉過的被診斷元件周邊實(shí)時信息的特征量作為有效的輸入量，用故障樣本進(jìn)行ANN的訓(xùn)練，就可以獲取與故障問題診斷工作相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。這種診斷方法可以作用于電力系統(tǒng)內(nèi)部所有元件的故障問題判斷中，所以對于電力繼電保護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)，存在重要的影響[3]。

2.2 采用暫態(tài)保護(hù)形式

目前人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，在對各種類型故障問題進(jìn)行判斷時，存在更多的方法。例如小波理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。這些技術(shù)在應(yīng)用時，不僅能夠提高繼電保護(hù)系統(tǒng)故障問題判斷的準(zhǔn)確性，還可以對單一的工頻信號傳輸算法無法解決的技術(shù)難題進(jìn)行有效的處理。在我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)原理并沒有被人工智能技術(shù)完全取代，傳感器設(shè)備的頻寬仍然會限制各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。需要利用更加復(fù)雜的計算方法，并且加大計算工作量，才能提高故障問題診斷的準(zhǔn)確性和可靠性，采用暫態(tài)保護(hù)技術(shù)，主要是利用產(chǎn)生的高頻信號，對電力設(shè)備和線路進(jìn)行有效的保護(hù)。這種保護(hù)形式下產(chǎn)生的信號，主要包含了故障問題的類型和發(fā)生位置以及持續(xù)的時間等信息數(shù)據(jù)，在信號的所有頻率中，從直流到高頻都會產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)信息。傳統(tǒng)的保護(hù)方式在應(yīng)用時，主要是采用了過濾的方式，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提取會忽視高頻率等信號。過濾掉高頻信號之后，濾波器設(shè)備的設(shè)計工作難度，會得到一定程度的提升。需要投入更多的人力物力資源，才能實(shí)現(xiàn)這一設(shè)備的設(shè)計。暫態(tài)保護(hù)技術(shù)在應(yīng)用時，主要是將需要的高頻信號，利用特殊設(shè)計的檢測裝置和算法，從故障的暫態(tài)中進(jìn)行有效的提取。利用專門的快速處理信號算法，對故障問題進(jìn)行迅速準(zhǔn)確的判斷[4]。

2.3 應(yīng)用模糊理論

對于繼電保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)過程中的模糊理論應(yīng)用來說，主要是進(jìn)行發(fā)電機(jī)的保護(hù)、線路的保護(hù)以及主變的保護(hù)。例如在對電壓故障問題進(jìn)行判斷時，電壓的高頻成分存在不同的運(yùn)行原理，提取不同相電壓的變換頻率特征與模糊集合進(jìn)行有效的對比，可以對故障項(xiàng)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。還可以利用模糊相近的原則，對變壓器的電流故障問題進(jìn)行科學(xué)的判斷。這項(xiàng)理論的應(yīng)用，主要是通過對不同電流的對稱度隸屬函數(shù)近似程度進(jìn)行對比和分析，從而對故障問題進(jìn)行判斷。如果近似程度超過了某個限制，就可以判定設(shè)備出現(xiàn)了故障問題[5]。

2.4 構(gòu)建專家系統(tǒng)

在進(jìn)行專家系統(tǒng)建設(shè)的過程中，將其運(yùn)用到繼電保護(hù)領(lǐng)域，會受到時間等因素的影響。因此這項(xiàng)系統(tǒng)在運(yùn)行時限制程度比較大，只適用于對時間要求不太嚴(yán)格的繼電保護(hù)環(huán)境中，例如在對故障定位和故障診斷以及高阻接地故障探測、繼電保護(hù)整定和協(xié)調(diào)等內(nèi)容中。這項(xiàng)保護(hù)系統(tǒng)在應(yīng)用時，可以為繼電保護(hù)協(xié)調(diào)與整定工作的開展提供有效的技術(shù)支持。利用系統(tǒng)的通用原則，可以也對繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計過程中的所有影響因素進(jìn)行綜合考慮。如果通用原則在應(yīng)用時，無法滿足設(shè)計的要求，難以提供更加合理的設(shè)計方案，可以利用專家系統(tǒng)對矛盾沖突問題進(jìn)行有效的解決。利用專家系統(tǒng)對繼電保護(hù)故障問題進(jìn)行診斷，主要是通過產(chǎn)生式規(guī)則的系統(tǒng)運(yùn)行原理，將繼電保護(hù)裝置運(yùn)行期間的動作邏輯和運(yùn)行人員診斷經(jīng)驗(yàn)通過規(guī)則表現(xiàn)出來，將這些規(guī)則納入到專家系統(tǒng)的知識庫中，可以利用知識庫中的數(shù)據(jù)信息，對故障信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，并準(zhǔn)確地判別是否發(fā)生故障問題，明確故障問題的發(fā)生類型。在繼電保護(hù)期間應(yīng)用的專家系統(tǒng)，還包含了定值的智能化整定計算和管理專家系統(tǒng)，以及電力系統(tǒng)的保護(hù)配置專家系統(tǒng)等形式。由此可見這一系統(tǒng)的應(yīng)用范圍比較廣，系統(tǒng)的應(yīng)用具備更多的

優(yōu)勢[6]。

2.5 采用多種保護(hù)形式

在對電力系統(tǒng)進(jìn)行繼電保護(hù)時，因?yàn)榫€路類型存在一定的差異，因此要采用不同的接地形式。要按照電力系統(tǒng)的運(yùn)行電流，采用準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)接方式。具體的接地方式主要存在兩種形式，在電流比較大時，可以采用大電流的接地方式。如果系統(tǒng)在運(yùn)行期間出現(xiàn)了線路故障問題，可以利用人工智能技術(shù)，對其進(jìn)行有效的識別，并且及時切斷故障線路，對問題進(jìn)行解決。在電流比較小時，可以選用小電流的接地形式。電力系統(tǒng)運(yùn)行期間，可以利用人工智能技術(shù)發(fā)送繼電系統(tǒng)保護(hù)信號。如果系統(tǒng)出現(xiàn)了故障問題，可以第一時間發(fā)出警示信息，確保電力系統(tǒng)能夠繼續(xù)保持正常的運(yùn)行狀態(tài)，在進(jìn)行自動化繼電保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)時，執(zhí)行單元是非常重要的一項(xiàng)設(shè)計內(nèi)容，其中的邏輯層是小電流接地系統(tǒng)中非常重要的一項(xiàng)功能。系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，不會出現(xiàn)零序的電壓，主要分布點(diǎn)為三相的電壓。如果三相電壓中連接了電壓表設(shè)備，設(shè)備就會獨(dú)立顯示電壓。在這一情況下如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)了異常數(shù)據(jù)信息，例如其中一項(xiàng)處于接地的狀態(tài)，就會表現(xiàn)出連續(xù)的電壓。通過小電流的繼電保護(hù)系統(tǒng)，可以發(fā)出相應(yīng)的警示信息，工作人員僅需要觀察電壓的讀數(shù)，就可以對故障問題的類型和發(fā)生區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的

辨別[7]。

在電力系統(tǒng)運(yùn)行時，變壓器設(shè)備是保持系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵設(shè)備。目前我國電力企業(yè)已經(jīng)對傳統(tǒng)的變壓器設(shè)備進(jìn)行了更新和優(yōu)化，通過人工智能技術(shù)，對變壓器設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。可以采用瓦斯的保護(hù)形式，電力系統(tǒng)中的變壓器設(shè)備內(nèi)置油箱，經(jīng)常會出現(xiàn)故障問題。一旦出現(xiàn)故障問題，就會釋放易燃和有毒的物質(zhì)，會降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。在進(jìn)行人工智能技術(shù)應(yīng)用時，可以對變壓器設(shè)備的瓦斯情況進(jìn)行動態(tài)的監(jiān)測。如果設(shè)備內(nèi)部的瓦斯?jié)舛瘸^了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，就可以及時地進(jìn)行斷電操作，并且發(fā)出相應(yīng)的警報信息，確保工作人員能夠及時對問題進(jìn)行處理，避免故障問題影響范圍的不斷擴(kuò)大。在對短路情況進(jìn)行保護(hù)時，利用人工智能技術(shù)可以對變壓器設(shè)備的短路故障問題進(jìn)行有效的處理。利用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行電路系統(tǒng)的設(shè)置，在設(shè)備內(nèi)部發(fā)生短路故障問題時，這項(xiàng)設(shè)置可以自動運(yùn)行，從而對故障問題進(jìn)行解決[8]。

在進(jìn)行人工智能技術(shù)實(shí)施時，還可以對電力系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)電機(jī)設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)。在對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)時，主要是在發(fā)電機(jī)設(shè)備內(nèi)部的定子繞組上安裝繼電保護(hù)裝置，一旦系統(tǒng)運(yùn)行時出現(xiàn)了故障問題，保護(hù)裝置就可以發(fā)揮相應(yīng)的功能作用，對機(jī)組進(jìn)行有效的保護(hù)。這項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用時，還可以通過安裝繼電保護(hù)裝置，對發(fā)動機(jī)的縱聯(lián)差動進(jìn)行有效的維護(hù)，可以通過發(fā)電機(jī)電流之間的融合作用，根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，對相位的高度進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的保護(hù)功能。在進(jìn)行備用保護(hù)時，可以對低負(fù)荷引發(fā)的電機(jī)絕緣擊穿故障問題進(jìn)行有效的解決。利用人工智能技術(shù)自動切斷電源，并且發(fā)出相應(yīng)的警示信息，可以對這些問題進(jìn)行有效的處理。在進(jìn)行實(shí)際保護(hù)時，還可以利用人工智能技術(shù)，建立功能完善的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，將其與信息化技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可以提高監(jiān)控系統(tǒng)的智能化運(yùn)行水平，從而對電力系統(tǒng)運(yùn)行期間，各種類型線路和設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全方位的了解[9]。

這項(xiàng)監(jiān)控系統(tǒng)在使用時，可以對線路和設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全方位的提取?？梢岳镁W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息和過程控制單元，對電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和管理;也可以通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和通信技術(shù)的綜合應(yīng)用，提高系統(tǒng)的運(yùn)行水平，確保電力系統(tǒng)在運(yùn)行時更加的安全穩(wěn)定。因?yàn)殡姎庾詣踊到y(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在建設(shè)的過程中涉及到的專業(yè)知識比較多，操作人員需要具備更加扎實(shí)牢固的專業(yè)技能知識，并且提高自身的實(shí)踐能力，才能降低人工失誤問題的發(fā)生概率，避免對電力系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。在進(jìn)行人工智能技術(shù)應(yīng)用時，操作人員需要對這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行全面的了解，從而對技術(shù)的應(yīng)用形式進(jìn)行熟練掌握，充分利用這項(xiàng)技術(shù)對電力系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制和管理。在進(jìn)行智能化技術(shù)應(yīng)用時，可以取代傳統(tǒng)的人工作業(yè)形式，降低系統(tǒng)的建設(shè)成本[10]。

3 結(jié)語

目前我國在進(jìn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)的過程中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用，還處于初步的探索階段，各項(xiàng)技術(shù)在實(shí)施時，存在一定的局限性。隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的過程中，已經(jīng)促進(jìn)了各項(xiàng)技術(shù)的有效融合，進(jìn)一步提高了電力系統(tǒng)和繼電保護(hù)系統(tǒng)的智能化建設(shè)水平。電力企業(yè)需要加強(qiáng)技術(shù)的管理，并且引進(jìn)更加專業(yè)的復(fù)合型技術(shù)人才，才能對系統(tǒng)運(yùn)行期間存在的各項(xiàng)技術(shù)性難題進(jìn)行有效的解決，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，促進(jìn)整個行業(yè)的健康發(fā)展。

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