基于模糊支持向量機的線路繼電保護光纖通信應(yīng)用技術(shù)

摘要：傳統(tǒng)的繼電保護方法往往依賴于主觀因素，難以適應(yīng)復(fù)雜多變的運行環(huán)境。因此，文章研究新的繼電保護方法，提出基于模糊支持向量機的線路繼電保護光纖通信應(yīng)用技術(shù)。文章采用光纖傳輸作為通信裝置中的通信技術(shù)，設(shè)計繼電保護光纖通信裝置結(jié)構(gòu)，采集線路狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸入模糊支持向量機模型進行分類，根據(jù)分類結(jié)果，判斷線路的健康狀況、負載情況等關(guān)鍵信息，構(gòu)建基于模糊支持向量機的線路實時狀態(tài)傳輸通信流程，實現(xiàn)線路繼電保護光纖通信技術(shù)應(yīng)用。實驗結(jié)果表明：所設(shè)計技術(shù)能夠有效地提高繼電保護的處理效率。

關(guān)鍵詞：光纖通信應(yīng)用技術(shù)；線路繼電；電力系統(tǒng)；模糊支持向量機

中圖分類號：TM773 文獻標志碼：A

0 引言

在電力系統(tǒng)中，線路繼電保護不僅須要在故障發(fā)生時迅速、準確地切斷故障線路，防止故障擴大，還須要在正常運行時實時監(jiān)測線路狀態(tài)，為系統(tǒng)調(diào)度和決策提供可靠依據(jù)。因此，對線路繼電保護技術(shù)的研究和應(yīng)用具有重要的理論意義和實用價值。近年來，光纖通信憑借高速率、大容量、低損耗等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)通信中得到了廣泛應(yīng)用。特別是在線路繼電保護領(lǐng)域，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了保護的可靠性和實時性。如何充分利用光纖通信技術(shù)的優(yōu)勢，提高線路繼電保護的準確性和可靠性，成為當前研究的熱點和難點。模糊支持向量機作為一種新型的機器學(xué)習(xí)算法，通過將模糊理論引入支持向量機，使得算法能夠更好地處理數(shù)據(jù)中的噪聲和不確定性，從而提高分類和預(yù)測的精度。因此，將模糊支持向量機應(yīng)用于線路繼電保護中，具有重要的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。

靳艾靜［1］通過設(shè)計了面向電容電流補償?shù)娘L(fēng)電交流線路繼電保護方案，對風(fēng)電送出線路新型電容電流調(diào)控過程進行分析，并對電抗器接地零序差動保護展開研究，但該方法的故障識別準確性效果較差。李進等［2］針對無線通道傳輸光纖信號的技術(shù)方案，從信號同步、防雷設(shè)計、協(xié)議制定、安全保障、網(wǎng)絡(luò)管理等多個方面進行了詳細的分析與論述，從而構(gòu)建了一套完整的技術(shù)方案，但并未對該技術(shù)的抗干擾能力進行深度研究。本文利用光纖通信的高速、大容量特性，實現(xiàn)保護信息的實時傳輸和共享，提高保護的可靠性和響應(yīng)速度。

1 線路繼電保護光纖通信應(yīng)用技術(shù)

1.1 設(shè)計繼電保護光纖通信裝置結(jié)構(gòu)

光纖傳輸不受電磁干擾的制約，能夠確保信號的穩(wěn)定傳輸［3］。本文采用光纖傳輸作為通信裝置中的通信技術(shù)，設(shè)計的繼電保護光纖通信裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該裝置在線路的繼電保護過程中，能夠?qū)⑹占降母唠妷?電流數(shù)據(jù)首先通過二次霍爾傳感器進行處理，將其轉(zhuǎn)化為較低的電壓/電流信號；然后為保證通信的最大效率，通信會經(jīng)過帶通濾波器和二級低通濾波器；最后對經(jīng)濾波器處理過的信息進行增強處理，使得信息強度在芯片所能處理的3.3 V范圍內(nèi)。

1Myjr3qoMeVH7lOtmMpd5w==1.2 基于模糊支持向量機的線路實時狀態(tài)傳輸通信

模糊支持向量機通過引入模糊理論，使得模型在處理具有不確定性和模糊性的數(shù)據(jù)時具有更高的靈活性和適應(yīng)性。由于每個樣本都被賦予了不同的權(quán)重，模型可以更加關(guān)注對分類結(jié)果有重要影響的樣本，從而提高分類的準確性和魯棒性。因此，本文設(shè)計的光纖通信裝置可實時采集線路狀態(tài)數(shù)據(jù)，并輸入模糊支持向量機模型進行分類。根據(jù)分類結(jié)果，系統(tǒng)可以實時判斷線路的健康狀況、負載情況等關(guān)鍵信息，并通過通信協(xié)議將相關(guān)信息發(fā)送給監(jiān)控中心或相關(guān)設(shè)備［4］。本文設(shè)計的基于模糊支持向量機的線路實時狀態(tài)傳輸通信流程如圖2所示。

為了準確獲取短路故障電流信號的特征量，明確故障發(fā)生的精確時刻，本文收集該時刻后的一段電流信號，對信號進行相應(yīng)的變換處理［5］。在線路繼電保護中，一般采用的是三段式電流保護，為提高電流速斷保護的可靠性，改進后的三點采樣信號的計算公式如下：

公式中，α代表衰減誤差；Δt表示時間增量；i1、i2、i3、u1、u2、u3分別表示電流、電壓采樣的3點。

1.3 構(gòu)建線路實時狀態(tài)通信應(yīng)用技術(shù)

構(gòu)建線路實時狀態(tài)通信模型是線路繼電保護光纖通信領(lǐng)域的一個重要環(huán)節(jié)，涉及數(shù)據(jù)收集、處理、分析以及通信協(xié)議設(shè)計等多個方面，須要綜合運用通信技術(shù)解決實際問題。該模型可以實現(xiàn)對線路狀態(tài)的實時監(jiān)測和預(yù)測，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供有力支持，從而確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行［6］。線路實時狀態(tài)通信模型的建立主要包括訓(xùn)練集樣本點隸屬度的計算、結(jié)合模糊訓(xùn)練集求取故障診斷結(jié)果、構(gòu)建線路實時狀態(tài)通信應(yīng)用技術(shù)。詳細步驟如下：

步驟一：將收集到的各個信號進行故障模擬，以A、B、C三相與電流特征量作為輸入向量。為得到故障類型的模糊支持向量機中的訓(xùn)練集構(gòu)建決策函數(shù)，本文設(shè)計的故障診斷的最優(yōu)分類函數(shù)表達公式如下：

f（x）=β×k（x，xi）+b0（2）

公式中，β代表分類系數(shù)；b0表示常數(shù)項；k（x，xi）代表徑向基核函數(shù)。

步驟二：某樣本節(jié)點的決策函數(shù)的隸屬度計算公式如下：

公式中，x表示樣本節(jié)點；p代表輸入向量的個數(shù)；xi表示支持向量。

步驟三：設(shè)定一個模糊訓(xùn)練集：

s=（x1，y1，δ1，...，xn，yn，δn）（4）

公式中，δi表示某一故障類型的隸屬度。

步驟四：將s作為輸入，通過線路中繼電保護光纖通信裝置的實時狀態(tài)計算出判別函數(shù)系數(shù)β和常數(shù)項b0。假設(shè)訓(xùn)練集和測試集樣本點對應(yīng)的決策函數(shù)值為y，設(shè)定好相關(guān)參數(shù)后，得到支持向量機回歸模型，其表達公式如下：

f（y）=sign（βk×yi+b0）（5）

步驟五：當輸入測試集中各樣本點對應(yīng)的決策函數(shù)值時，模型會輸出隸屬于某一類的隸屬度。通過設(shè)定合適的閾值，得到準確的故障診斷結(jié)果，完成線路實時狀態(tài)通信應(yīng)用技術(shù)構(gòu)建。

2 實驗測試與分析

實際的測試結(jié)果會受到實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)集、實驗參數(shù)等多個因素的影響。因此，在進行實驗時，須要綜合考慮各種因素，并進行充分的驗證和測試，以確保實驗結(jié)果的準確性和可靠性。

2.1 實驗參數(shù)

為驗證基于模糊支持向量機的線路繼電保護光纖通信應(yīng)用技術(shù)的可行性，本文進行實驗測試與分析。以A市的一智能變電站進行案例分析，收集該站內(nèi)10個繼電保護設(shè)備連續(xù)運行2個月的數(shù)據(jù)，用于后續(xù)的測試與分析。該智能變電站配備有3個主變壓器，分別被標記為1#、2#、3#，每個主變壓器的電壓均為22 kV。實驗整體選用MATLAB軟件作為測試平臺，表1為本次測試中設(shè)置的各項參數(shù)。

本實驗將本文方法與靳艾靜［1］方法、李進等［2］方法進行比較測試，實驗過程中將測量3種方法在線路中的繼電保護通信傳輸質(zhì)量。

2.2 實驗準備

將繼電保護通信裝置安裝至線路中以保證線路的正常運行。線路各層次之間數(shù)據(jù)傳輸信息的時間要求如表2所示。

2.3 實驗結(jié)果與分析

基于上述實驗準備，3種方法的數(shù)據(jù)傳輸速率測試結(jié)果如表3所示。

由表3可知，本文提出的基于模糊支持向量機的線路繼電保護光纖通信應(yīng)用技術(shù)相較于靳艾靜［1］方法和李進等［2］方法，能夠有效地提高繼電保護的處理效率。在應(yīng)用模糊支持向量機進行故障檢測與分類的同時，光纖通信系統(tǒng)的性能也得到了優(yōu)化。通過合理設(shè)置通信參數(shù)和采用高效的通信協(xié)議，光纖通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和穩(wěn)定性得到了提升，從而確保了故障信息的實時傳輸和處理。

3 結(jié)語

基于模糊支持向量機的線路繼電保護光纖通信應(yīng)用技術(shù)，作為電力通信領(lǐng)域的一項創(chuàng)新技術(shù)，展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢和巨大的潛力。該技術(shù)不僅提高了線路繼電保護的準確性和可靠性，而且通過模糊支持向量機的應(yīng)用，進一步提升了通信的智能化和自適應(yīng)能力。在實際應(yīng)用中，該技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的成效，不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測線路狀態(tài)，準確判斷故障位置，還能夠快速響應(yīng)并采取相應(yīng)的保護措施，從而有效避免了電力事故的發(fā)生。未來的研究工作可以在提升電力通信系統(tǒng)的智能化水平、提高電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性等方面深入分析。

參考文獻

［1］靳艾靜.面向電容電流補償?shù)娘L(fēng)電交流線路繼電保護分析［J］.現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2024（1）：261-262，266.

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Application technology of line relay protection optical fiber communication based on fuzzy support vector machine

Abstract： Traditional relay protection methods often rely on subjective factors， and it is difficult to adapt to the complex and changeable operating environment. Therefore， the new relay protection method and the application technology of optical fiber communication based on fuzzy support vector machine are proposed. The optical fiber transmission is used as the communication technology in the communication device， design the structure of relay protection optical fiber communication device， collect the line status data， input the fuzzy SVM model， and judge the key information according to the classification result， construct the real-time state transmission communication process based on fuzzy SVM， and realize the research on the application technology of optical fiber communication for line relay protection. The results show that the designed technology can improve the efficiency of relay protection.

Key words： optical fiber communication application technology; line relay; power system; fuzzy support vector machine