數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點自動校核

摘 要：為提高失配點校核的精確度，并規(guī)范配網(wǎng)運行，本文提出數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點自動校核技術。明確各保護區(qū)域可能出現(xiàn)的故障類型和故障概率，選擇數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點；計算失配點凝聚度，考慮定值的可靠性和發(fā)生失配現(xiàn)象后可能對配網(wǎng)運行造成的影響，評估失配點風險及其發(fā)生轉移的風險；根據(jù)提取的故障特征和預設的保護參數(shù)，進行保護定值自動調整與校核。試驗結果表明，本文方法應用效果較好，能夠對繼電保護定值失配點進行精準校核，校核結果與設定值偏差為0，定值失配點轉移風險曲線平穩(wěn)。

關鍵詞：自動校核；失配點；繼電保護；智能配網(wǎng)

中圖分類號：TM 771 " " 文獻標志碼：A

傳統(tǒng)的繼電保護定值校核方法多基于人工操作，存在效率低下、準確性不足等問題。在電網(wǎng)建設規(guī)模持續(xù)擴大的復雜背景下，繼電保護定值失配問題愈發(fā)突出。而數(shù)字化、智能化技術的發(fā)展為繼電保護定值失配點自動校核提供了新的解決思路。

冉一丁等[1]利用定值校驗儀，將各種格式的定值單轉化為歸一化表格，進而自動提取和匹配定值項，對定值數(shù)據(jù)進行準確采集和校核。但是對于相對穩(wěn)定的定值單，使用該方法可能需要定制、開發(fā)相應的定值提取軟件，增加了管理的復雜性。楊橋偉等[2]擬采用深度學習方法學習二次系統(tǒng)圖紙，對終端配線、次級元件標記等要素進行精確提取與智能化校驗。但是對于圖像質量不佳或圖像背景較復雜的情況，系統(tǒng)的識別準確率可能會受一定影響。同時，系統(tǒng)的學習成本較高，訓練過程中需要大量標注數(shù)據(jù)，如果二次回路設計規(guī)則或技術要求出現(xiàn)更新，那么系統(tǒng)可能需要重新進行訓練。為全面深化上述工作，本文將進行數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點自動校核技術的研究。

1 數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點選擇

為實現(xiàn)數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點自動校核，設計方法前，應先選擇定值失配點。在此過程中，應深入分析智能配電網(wǎng)的結構和運行特點，了解并掌握電網(wǎng)的拓撲結構、設備配置、負荷分布以及運行方式等[3]。并對信息進行綜合分析，明確各保護區(qū)域可能出現(xiàn)的故障類型和故障概率。

根據(jù)電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)和負荷變化動態(tài)調整定值設置?？紤]智能配網(wǎng)具備實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控能力，因此可以利用采樣數(shù)據(jù)實時監(jiān)測電網(wǎng)的運行狀態(tài)，根據(jù)負荷變化預測未來的運行趨勢[4]。該過程如公式（1）所示。

（1）

式中：f表示電網(wǎng)運行趨勢預測；a表示負荷變化最大范圍；b表示負荷變化最小范圍；A表示定值范圍。

根據(jù)未來運行趨勢預測f，將λ視為數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點的具體位置，如公式（2）所示。

（2）

式中：λ表示數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點的具體位置；U表示數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點的原始電壓；V表示數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點的具體位置的電流。

基于現(xiàn)有信息，采用對保護定值進行動態(tài)調整的策略來提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平。該策略不僅應用了先進的監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析技術，還融合了智能化的決策支持系統(tǒng)，以保證電網(wǎng)在運行過程中能夠實時、精確地響應各種變化，迅速、準確地切斷故障區(qū)域，有效避免故障擴大化。具體策略包括建立數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析系統(tǒng)、持續(xù)監(jiān)測與優(yōu)化。在此基礎上，考慮不同保護設備（例如斷路器、繼電器等）間的配合關系，對電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)進行模擬，從一體化裝置中提取繼電保護相關信息和故障信息，確定可能的故障范圍，并在該范圍內確定繼電保護定值失配點。

2 失配點凝聚度計算與轉移風險評估

明確繼電保護定值失配點所在范圍后，對該范圍內的失配點凝聚度進行計算。該指標旨在評估電網(wǎng)中失配點的重要性，反映了失配點在電網(wǎng)結構中的位置和與其他保護設備的關系[5]。凝聚度越高，說明該失配點在電網(wǎng)中的作用越重要，發(fā)生故障后，其對電網(wǎng)的影響也越大。在此過程中，確定電網(wǎng)中的關鍵節(jié)點和負荷區(qū)域，分析這些節(jié)點、區(qū)域與失配點間的連接關系和保護配置，聯(lián)立公式（2），按照公式（3）計算出失配點的凝聚度[6]。

（3）

式中：G表示失配點的凝聚度；n表示失配點間的連接系數(shù)；l表示連接線路長度。

在電網(wǎng)運行中，失配點的位置和設置可能會隨電網(wǎng)結構的變化而變化。當失配點發(fā)生轉移時，需要進行風險評估，以保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。在評估過程中，需要考慮定值的可靠性和出現(xiàn)失配現(xiàn)象后可能對配網(wǎng)運行造成的影響[7]，并以此為依據(jù)，結合失配點的凝聚度G，計算失配點風險，如公式（4）所示。

R=P×I×G （4）

式中：R表示失配點風險；P表示出現(xiàn)失配現(xiàn)象后可能對配網(wǎng)運行造成的影響；I表示定值的風險系數(shù)。

在此基礎上，基于歷史數(shù)據(jù)、故障統(tǒng)計或其他相關信息，精確計算失配點從一個運行狀態(tài)轉移到另一個狀態(tài)的概率。轉移概率是失配點在不同位置時潛在風險的量化指標，深入分析該數(shù)據(jù)，能夠更準確地掌握失配點在不同場景下的風險水平，并結合失配點風險計算結果R，保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行。失配點轉移風險計算過程如公式（5）所示。

（5）

式中：R'表示失配點轉移風險；C表示失配點從一個狀態(tài)轉移到另一個狀態(tài)的概率；i表示第i個失配點。

按照上述方式，完成失配點凝聚度計算與轉移風險評估。

3 保護定值自動調整與校核

3.1 保護定值自動調整

基于上述內容對繼電保護定值失配點進行保護定值自動調整與校核。在該過程中，需要先計算繼電保護定值，此環(huán)節(jié)是實現(xiàn)定值自動調節(jié)的核心，即根據(jù)提取的故障特征和預設的保護參數(shù)，計算出保護裝置應設置的定值。以電流保護為例，其定值通常由被保護設備的額定電流和過流倍數(shù)確定。結合失配點轉移風險計算結果R'，在被保護設備的額定電流、過流倍數(shù)已知的情況下，電流保護的定值如公式（6）所示。

（6）

式中：W表示電流保護的定值；w表示保護設備的額定電流；k表示過流倍數(shù)；δ表示負荷損失系數(shù)。

根據(jù)計算出的定值，自動調整保護裝置的實際定值。如果計算出的定值與實際定值存在偏差，那么采用發(fā)送控制指令或修改配置文件等方式自動調整保護定值。

3.2 保護定值校核

保護定值校核是保證自動調整后保護定值的準確性和可靠性的重要環(huán)節(jié)。校核前，需要準備一系列關鍵數(shù)據(jù)，包括電力系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)、詳細的設備參數(shù)、歷史故障信息以及自動調整后的保護定值等。為了驗證保護定值的準確性和可靠性，需要模擬了電力系統(tǒng)在不同故障條件下的運行情況[8]。在故障模擬過程中，需要觀察保護裝置在故障發(fā)生過程中的動作是否正確，動作的時間、電流等參數(shù)是否與調整后的保護定值相符。如果保護裝置在模擬故障條件下能夠迅速、準確地切斷故障電流，并且其動作參數(shù)與定值相符，那么可以認為保護定值校核通過，該保護定值在實際應用中具有較高的準確性和可靠性。

如果在校核過程中發(fā)現(xiàn)保護定值存在問題或不符合要求，需要重新計算定值并調整保護參數(shù)。反復校核和調整能夠保證保護定值能夠準確地反映電力系統(tǒng)的實際情況，為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供有力的保障。

4 對比試驗

完成上述設計后，本文將對該方法的校核準確度進行校驗，選擇某數(shù)字化智能配電網(wǎng)作為研究試點，分析試點電網(wǎng)的接線方式，如圖1所示。

由圖1可知本文試點地區(qū)配網(wǎng)系統(tǒng)的整體布局與結構。該配網(wǎng)系統(tǒng)設計精巧，充分考慮了能源供應與分配的高效性，系統(tǒng)中包括2個關鍵的電源點，分別位于節(jié)點1的接入位置和節(jié)點6的輸出位置。電源點是系統(tǒng)的核心，為整個配網(wǎng)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力供應。

在節(jié)點設置方面，系統(tǒng)布局了6個節(jié)點，節(jié)點不僅充當了電力傳輸?shù)年P鍵節(jié)點，還將電力分配到各個用電區(qū)域。這些節(jié)點的合理分布能夠保證電力均衡分配，避免出現(xiàn)過載或欠載的情況。

同時，為了保證配網(wǎng)系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定運行，本文共配置了15個保護裝置，分散在系統(tǒng)的各個關鍵位置，用于監(jiān)測電力傳輸過程中的異常情況，并在必要時迅速切斷故障部分，防止故障擴散。保護裝置的存在顯著提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

統(tǒng)計一年內的校核結果，發(fā)現(xiàn)人工校核錯誤率超過20%，平均校核時間較長，超過4h，難以滿足快速響應的要求。

為解決配網(wǎng)繼電保護定值失配點自動校核偏差的問題，試驗前，還需要分析繼電保護的參數(shù)，繼電保護技術參數(shù)見表1。

已知繼電保護除第2、5、7外均為定值失配點，引進文獻[1]提出的定值校核方法、文獻[2]提出的基于人工智能深度學習的校核方法，同時應用本文方法進行失配點校核，并將校核結果與設定值偏差作為檢驗定值失配點自動校核技術應用效果的關鍵指標。結果見表2。

由表2可知，3種方法均可以對繼電保護定值失配點進行自動校核，但是只有本文方法可以將校核結果與設定值偏差控制為0，文獻[1]、文獻[2]方法均無法達到。由此可以證明，本文方法應用效果良好，可以對繼電保護定值失配點進行精準校核。

利用公式（5）計算本文方法下15個數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點的轉移風險，將收集的數(shù)據(jù)代入公式（5）進行逐項計算。計算每個數(shù)字化智能配網(wǎng)對應的繼電保護定值失配點轉移風險值，用該值比較不同配網(wǎng)間的風險水平，也可以將其作為后續(xù)優(yōu)化和改進的依據(jù)，所得結果如圖2所示。

由圖2可知，采用本文方法的數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護定值失配點轉移風險曲線比較平穩(wěn)，說明繼電保護設備狀態(tài)正常，沒有出現(xiàn)由定值設置不當導致的誤動或拒動情況。表明繼電保護設備在應對各種故障和異常情況時，能夠保持穩(wěn)定的性能輸出，不會出現(xiàn)性能下降或失效情況。在數(shù)字化智能配網(wǎng)中，繼電保護設備間的配合關系復雜、緊密。風險曲線的平穩(wěn)性也說明各保護設備在故障識別、動作時序和故障隔離等方面配合良好，沒有因配合不當而導致風險增加，降低了故障擴大和電網(wǎng)崩潰的風險，提升了電網(wǎng)的整體安全性和運維效率。

5 結語

繼電保護是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的核心，在預防電網(wǎng)故障和保障供電連續(xù)性方面具有關鍵作用。為了及時識別和糾正失配點，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行，本文以某數(shù)字化智能配網(wǎng)繼電保護為例，進行了定值失配點選擇、失配點凝聚度計算與轉移風險評估以及保護定值自動調整與校核，進而進行了定值失配點自動校核技術研究。本文方法旨在集成先進的計算機技術、信息通信技術和大數(shù)據(jù)分析技術，快速、準確地識別、校核繼電保護定值失配點，從而提高電網(wǎng)的運行水平、降低電網(wǎng)事故風險，并為智能電網(wǎng)的建設和發(fā)展提供有力的技術支持和保障。

參考文獻

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