核心提示：　　電力自動化設備自適應技術在電力系統(tǒng)繼電保護中應用陳皓（四川大學電力系，四川成都610065）究方向。利用通信網(wǎng)絡更加靈活地獲取和應用故障信息，將人工智能技術應用于故障信息處理繼電保護裝置有望獲得更

　　電力自動化設備自適應技術在電力系統(tǒng)繼電保護中應用陳皓（四川大學電力系，四川成都610065）究方向。利用通信網(wǎng)絡更加靈活地獲取和應用故障信息，將人工智能技術應用于故障信息處理繼電保護裝置有望獲得更強的自適應能力，從而顯著提高其動作性能。

　　EleetroniePublishi常運i行時動作判據(jù)的不平衡輸出有關。在采用自近年來，人工智能技術，如神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領域都得到了應用，在繼電保護領域應用的研究也己開始。充分利用人工智能技術采用適當?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡，以獲取更多的故障信息，繼電保護裝置有望獲得更強的自適應能力，從而顯著提高其動作性能。

　　1自適應技術在繼電保護中的應用自適應繼電保護是20世紀80年代提出的研究課題提出了新的方案：在微機保護平臺上，以刀閘輔助接點為主，根據(jù)各單元負荷電流的計算校驗刀閘輔助接點的正確性并自動糾正其錯誤。每副刀閘仍引入一對接點，由微機實時計算電流瞬時值，根據(jù)電流判據(jù)，將穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)判斷相結合，實時發(fā)現(xiàn)并糾正輔助接點的錯誤，以實現(xiàn)母線運行方式自適應的新方案，從而提高母差保護動作的正確率。

　　1.1.2利用被保護元件的實時信息實現(xiàn)自適應功能另一類信息是與被保護電氣元件直接相關的信息。傳統(tǒng)的繼電保護裝置大都使用保護安裝處所獲得的實時故障信息進行故障判別。對其合理利用，同樣可獲得更好的自適應動作特性。

　　通常，電流速斷保護動作值是按躲開線路末端的三相短路故障電流而定的。在發(fā)生二相短路時，保護動作的靈敏度大大減小。在采用自適應技術后，當故障發(fā)生時，保護首先判別系統(tǒng)運行方式和故障類型，再根據(jù)不同的故障類型自適應調整電流保護動作值，從而大大提高了保護動作的靈敏度。提出了實現(xiàn)自適應電流速斷保護的基本方法。電流速斷保護的整定值應隨電力系統(tǒng)運行方式和短路故障類型的實際情況而改變。為實現(xiàn)電流速斷的定值自適應整定，必須實時確定短路故障的類型和系統(tǒng)等值阻抗，需要分別考慮短路故障類型和系統(tǒng)運行方式的自適應處理。

　　在自適應過電流保護中將保護的動作值整定為固定門檻值和自適應浮動門檻值2部分。自適應浮動門檻值與適應浮動門檻值后，保護在不同類型故障中均有較高的動作靈敏度。討論了故障分量的保護啟動方式。在正常運行時，故障分量同樣會有不平衡輸出。取故障前一周期不平衡輸出的最大值作為故障啟動判據(jù)的自適應浮動門檻值，則固定門檻值可大大降低，例如取其為線路額定電流的10%，即可大大提高保護啟動的靈敏度。

　　直接利用發(fā)電機機端及中性點三次諧波電壓，可反映發(fā)電機中性點附近的接地故障；但三次諧波電壓的接地保護在正常運行時的工作量與發(fā)電機工況有關，普遍存在保護靈敏度不夠和不正確動作率較高的現(xiàn)象。提出一種自適應的三次諧波電壓發(fā)電機定子接地保護原理，保護對三次諧波進行實時自動跟蹤。由于發(fā)電機正常運行方式的改變與系統(tǒng)振蕩引起的三次諧波電壓及其比值的變化較發(fā)電機定子接地故障時的變化相對要緩慢得多，使用自適應微機保護能夠自動跟蹤這種慢速變化，從而大大提高保護靈敏度。

　　1.1.3使用變電站綜合信息實現(xiàn)自適應功能變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展為實現(xiàn)整個變電站實時信息的綜合利用提供了條件。這類信息除了包括開關量信息及每一個電氣元件上的實時電流、電壓信息外，還包括每一電氣元件保護的動作信息。對同一元件不同原理的繼電保護裝置動作行為進行綜合分析，可以最大限度地發(fā)揮不同原理繼電保護裝置優(yōu)勢，獲得保護的綜合最優(yōu)動作特性。對相鄰電氣元件繼電保護裝置動作行為進行綜合分析，還可能實現(xiàn)對非故障元件繼電保護裝置更加可靠的閉鎖。另一方面，綜合使用變電站故障信息，加了故障信息冗余度，也就提高了計算機繼電保護的可靠性。為實現(xiàn)整個變電站實時信息的綜合利用，必須采用快速故障信息交換技術。

　　國內一些單位開始了對分布式母線保護的研究。分布式母線保護采用網(wǎng)絡技術實現(xiàn)故障數(shù)據(jù)的共享。在母線連接20條出線的情況下，估算出通道的最小數(shù)據(jù)傳輸率應為3. 52Mbit/s為此選用了IEEE-88標準總線構成通信網(wǎng)。目前，IEEE-88總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率可達8Mbit/s完全能夠滿足分布式母線保護對數(shù)據(jù)傳輸率的要求。隨著這些研究成果的逐步應用，自適應保護完全可以實現(xiàn)其故障信息集成。

　　綜合利用變電站線路保護的方向元件實現(xiàn)方向式母線保護的設想己提出很久提出了一種基于線路閉鎖式方向縱聯(lián)保護構成的分散的線路對待，母線上連接的各個電氣元件則可視為多端線路的一端。由于母線保護不必考慮選相跳閘，如果母線處于一個開閉所內，即母線上只連接有線路，采用閉鎖式線路保護原理，將各條線路反映區(qū)外故障和區(qū)內故障的元件組合在一起，即可構成母線保護。當線路發(fā)生故障時，故障線路段瞬動接點發(fā)出閉鎖信號，母線保護不能跳閘；當母線發(fā)生故障時，反映區(qū)內故障的元件動作，同時沒有閉鎖信號，母線保護正確動作。由于是建立在完善的微機線路保護基礎上，正、反方向元件應能瞬時反映各種類型故障，這種方向式分散布置的母線保護，各間隔單元之間相互交換的信息量小，可通過簡單可靠的通信網(wǎng)絡實現(xiàn)。充分利用己有的微機線路保護，能隨線路保護的雙重化而雙重化。母線保護建立在成熟的微機線路保護基礎上，可將電壓閉鎖量分散布置，其可靠性高，同時，母線保護也將不再受到TA飽和的影響。

　　1.1.4利用遠方信息實現(xiàn)自適應功能隨著電網(wǎng)調度自動化的發(fā)展，還可利用各種通信方式從相鄰變電站和調度中心獲取有用的其它信息。

　　當然，用通信方式獲取遠方信息要求具有完備的實時通信手段。對信息傳送的基本要求主要是其實時性和可靠性。只有實時的數(shù)據(jù)傳送，才能完成繼電保護的實時自適應功能；而可靠的數(shù)據(jù)傳送，則是實現(xiàn)高度可靠的自適應繼電保護的基本前提。可以預料，數(shù)字通信方式將在其中起到重要作用。例如，在一些復雜的難以判別的故障狀態(tài)下，可利用相鄰變電站的故障信息實現(xiàn)更為可靠的自適應繼電保護。隨著通信技術的發(fā)展，采用高速數(shù)據(jù)通道實現(xiàn)變電站故障數(shù)據(jù)共享的新型保護己開始得到研究和試驗。

　　合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)為基礎的高速數(shù)據(jù)通道實現(xiàn)自適應廣域電流縱差后備保護的新方案。采用這一技術用戶與寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)之間的接入速度將達到155Mbit/s可非常容易地實現(xiàn)變電站故障數(shù)據(jù)的共享。在主保護發(fā)生故障情況下，利用廣域通信網(wǎng)獲得必要的故障電流信息，可實現(xiàn)自適應廣域電流縱差后備保護的快速動作。

　　布置母線保護。其基本原理是把母線當作1條超~ishl電線路的雙端測距具有較重要的意義。bookmark1方法，并將其應用于輸電線路的雙端測距中。它取線路長度為線路桿塔間的水平距離，把各種因素對線路參數(shù)的影響統(tǒng)一歸入線路參數(shù)的變化；借助雙端或多端通信工具，自適應半實時在線估計線路參數(shù)，以提高雙端測距的精度。在雙端測距中，利用己有的硬件設備，可有效地削弱線路參數(shù)變化對測距精度的影響。該方法對各種架空輸電線路，尤其是對穿越地形復雜、氣候惡劣地區(qū)（如高寒覆冰地）輸方案。原分相電流差動保護遠方通信缺乏靈活性，而提出的通信專用和復用自適應方式克服了這一不足。現(xiàn)有的差動保護大都采用數(shù)值修正法實現(xiàn)同步，其前提為2個方向傳輸時延相等。這在應用于某些彈性負載的復接系統(tǒng)中，誤差較大；而僅在使用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）實現(xiàn)同步時，保護對GPS依賴性強。對此，比較理想的解決辦法是采用以GPS時鐘同步法為主、數(shù)值修正法為輔的自適應同步調整法。電流差動采用瞬時值和故障分量瞬時值綜合差動原理，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）對TA飽和自動識別。在確定TA飽和時，自動切換到瞬時值差動方式，并且制動系數(shù)自適應改變，以提高保護的穩(wěn)定性，即具有實時判定電流互感器狀態(tài)，自適應改變保護判據(jù)的能力。

　　利用本地和遠方變電站故障信息實現(xiàn)自適應協(xié)同保護系統(tǒng)的方案，由許多獨立的智能代理保護子系統(tǒng)組成。智能代理保護子系統(tǒng)間相互通信和協(xié)調，從而在系統(tǒng)運行方式變化、個別保護裝置故障等情況下，自適應重構保護系統(tǒng)。

　　保護系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。根據(jù)電力系統(tǒng)的固有分布性，提出了利用電力調度系統(tǒng)計算機構成分布式計算機系統(tǒng)，利用廠站計算機和繼電保護裝置構成分布式自適應繼電保護子系統(tǒng)，并將它們結合起來，構成大電網(wǎng)分布式自適應繼電保護系統(tǒng)。通過對運行方式的模式識另1j，在電力系統(tǒng)擾動域內音卩，對分布式自適應繼電保護子系統(tǒng)的保護定值按運行模式進行離線計算、分散存儲、在線運行，從而實時改變保護定值。

　　1.2利用不同的信息處理方法實現(xiàn)自適應功能1.21利用模糊邏輯實現(xiàn)自適應功能將模糊集理論引入繼電保護，為繼電保護的發(fā)展開辟了新的道路。模糊理論（fuzzytheory）是將經(jīng)典集合理論模糊化，并引入語言變量和近似推理的模糊邏輯具有完整推理體系的智能技術提出了一種基于模糊集理論的多判據(jù)算法。它將傳統(tǒng)的數(shù)字式變壓器保護的各種動作判據(jù)，通過模糊處理分別賦予一定的隸屬度函數(shù)；再根據(jù)故障信息的實際測量值確定各種動作判據(jù)的隸屬度經(jīng)過模糊運算由模糊決策系統(tǒng)自適應確定變壓器的運行工況并發(fā)出動作指令。與傳統(tǒng)的變壓器保護相比其動作靈敏度、選擇性及可靠性都得到了提高。變壓器故障電流和勵磁涌流的方法。通過比較實際采樣電流對稱度的隸屬度函數(shù)和理論分析計算電流對稱度的隸屬度函數(shù)近似程度，實現(xiàn)對變壓器的故障診斷。在模糊貼近度大于某一定值時才判別變壓器故障。

　　頻分量的模糊故障選相新原理。該原理利用電壓故障量中的高頻成分提取三相電壓，以不同相為基準的模變換頻域特征，利用模糊集和對頻域特征進行處理以實現(xiàn)故障選相，具有超高速的特點。故障選相不受過渡電阻和故障初始角的影響，對轉換性故障也能選出故障相。

　　自動重合閘自適應優(yōu)化判據(jù)的方法，以提高重合閘的成功率。文中將電容耦合電壓與互感電壓的比值作為模糊控制器的第1個輸入變量，將故障端電壓與互感電壓的比值作為模糊控制器的第2個輸入變量，跳閘信號為模糊控制器的輸出。這種方法綜合利用電容耦合電壓、互感電壓及故障端電壓等故障邊界條件信息，利用模糊控制器自適應修正原有的電壓判據(jù)。理論分析和動模試驗結果表明，這種方法具有良好的應用前景。

　　不同特征分析，從故障特征入手，利用模糊集合理論識別振蕩過程中發(fā)生的短路。電力系統(tǒng)的運行情況十分復雜，而振蕩和短路的情況又多種多樣，在這種情況下想要根據(jù)單一的判據(jù)，利用某一精確而絕對的定值區(qū)分振蕩和短路是有局限性的。利用模糊模式識別原理建立了相應的模糊數(shù)學模型，它使在許多不利于識別的情況下，包括2機系統(tǒng)功角為180*時于振蕩中心處發(fā)生的三相短路都能迅速準確地識別出來。文章給出了相應的模糊數(shù)學模型，并經(jīng)大量的仿真試驗，獲得良好的仿真效果。

　　1.22利用神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)自適應功能1提出了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡識別永久性故障和瞬時性故障的方法。在瞬時性故障情況下，能夠確定熄弧時間，實現(xiàn)自適應單相重合閘。瞬時性故障與永久性故障電壓的波形不同，可將其作為判別故障類型的依據(jù)。但實際故障電壓波形和幅值受許多因素的影響，如線路結構、系統(tǒng)參數(shù)、故障前負荷分量等。作者利用EMTP仿真對系統(tǒng)參數(shù)、故障位置、故障前負荷分量和斷路器斷開時刻等不同的組合情況進行了故障電壓波形的仿真分析，提取最具有代表性特征作為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入，并選擇了輸入節(jié)點為6隱含節(jié)點為5，輸出節(jié)點為1的非全連BP神經(jīng)網(wǎng)絡。提出了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)自適應單相重合閘的設計細節(jié)，提出了如何利用故障數(shù)據(jù)訓練神經(jīng)網(wǎng)絡的特殊方法及在硬件上的實現(xiàn)方式。

　　回線路距離保護定值的自適應調整新方法。由于互感的影響，雙回線路距離保護的定值自適應調整十分困難。采用的新方法是在阻抗整定值中引入一個補償平行線路互感的校正因子。由于校正因子與系統(tǒng)狀態(tài)呈非線性關系，用常規(guī)方法難以估算因此采用了一個BP神經(jīng)網(wǎng)絡，通過給網(wǎng)絡輸入正序母線電壓、正序線路電流、負荷電流、雙回線路運行方式等參數(shù)在線估算校正因子，從而實現(xiàn)自適應適時調整保護動作值。

　　護實現(xiàn)方法并探討了其在輻射型配電系統(tǒng)中應用的可能性。通過大量的仿真實驗，由神經(jīng)網(wǎng)絡模擬不同地區(qū)、不同電弧電阻下的故障情況，探討了在線應用時根據(jù)實時阻抗測量值用BP神經(jīng)網(wǎng)絡判別保護是否動作的問題。它對于解決配電系統(tǒng)發(fā)生電弧電阻下的故障不能準確測量故障阻抗，導致常規(guī)距離保護不能可靠動作的問題而具有實際意義。

　　的微機距離保護新方法。該方法采用遞推全周傅里葉算法及各種補償方法，對輸入采樣進行數(shù)據(jù)預處理；之后結合考慮線路發(fā)生各種故障時的特征，采用新型接地距離、相間距離比相判據(jù)和相電流差突變量，建立一個三層前向神經(jīng)網(wǎng)絡模型；并對此模型進行大量的樣本訓練，使之對線路的各種故障和不正常工作狀態(tài)給出正確的識別。這一方法克服了系統(tǒng)運行方式及過渡電阻等因素的影響，解決了系統(tǒng)振蕩時發(fā)生短路現(xiàn)象保護閉鎖開放的難題，有效地提高了保護動作的可靠性。速繼電保護故障分類的方法。網(wǎng)絡采用四層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡（FNN）訓練采用BP算法。提出了2種故障分類方法，分別采用2種不同的神經(jīng)網(wǎng)絡。一種用于單相接地、二相短路、二相接地短路、三相短路和三相接地短路故障的分類；另一種用于電弧故障和非電弧故障的分類，以便實現(xiàn)自適應自動重合閘。

　　仿真表明，采用這種方法的故障分類計算速度快而且可靠。還介紹了所采用神經(jīng)網(wǎng)絡的具體實現(xiàn)及其在故障檢測、故障方向識別等方面的具體應用。

　　多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡和Kohrnm網(wǎng)絡在故障類型識別方面的應用。

　　在變壓器保護中關于勵磁涌流狀態(tài)的識別一直是困擾繼電保護研究人員的棘手問題。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡，綜合考慮變壓器勵磁涌流狀態(tài)和故障狀態(tài)的特征，提出并建立了一個三層前向神經(jīng)網(wǎng)絡模型，用以實現(xiàn)變壓器的微機保護。它利用EMTP進行了大量的仿真計算，并將計算結果作為訓練樣本，對所建立的神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行訓練。對該模型進行故障狀態(tài)檢驗結果表明，所建立的神經(jīng)網(wǎng)絡能夠對變壓器所發(fā)生的故障狀態(tài)作出正確響應。

　　壓器故障電流和勵磁涌流的方法。網(wǎng)絡采用BP型前饋神經(jīng)網(wǎng)絡（FNN），通過對電流波形的識別區(qū)分變壓器故障電流和勵磁涌流。為改善計算速度，神經(jīng)元的傳遞函數(shù)在訓練時選為S（Sigmoid）函數(shù)，訓練結束后，則改為階躍函數(shù)。勵磁涌流的訓練樣本是在實驗室里隨機對一個小型變壓器進行投切產(chǎn)生的，故障電流的訓練樣本則是由仿真軟件產(chǎn)生的。

　　2自適應保護的研宄方向和主要內容獻提出了1種基孟人工釋網(wǎng)絡進行高適工智能技術和信號處理方厲現(xiàn)保護性bookmark3自適應繼電保護能夠克服同類型傳統(tǒng)保護長期以來存在的困難和問題，改善保護的動作性能。目前，自適應保護還處在研究開發(fā)的初期，但其研究成果己說明了它的優(yōu)越性。對自適應繼電保護的基本要求是，系統(tǒng)運行方式及故障類型的自動診斷和識別，以及保護動作定值和特性的自適應調整。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)運行方式及故障類型越來越復雜。自適應保護必須利用各種人工智能技術和信號處理方法，有效地提取故障特征，實現(xiàn)系統(tǒng)運行方式及故障類型的自動識別。在此基礎上，充分利用人工智能技術的自學習和自適應能力，根據(jù)系統(tǒng)不同的運行工況，自適應地調整各種保護定值和保護的動作特性。要實現(xiàn)上述目標，關鍵是選擇和使用適當?shù)墓收闲畔崿F(xiàn)自適應保護，以及選擇和使用陸征軍。微機母線保護的母線運行方式自適應方案PowerSystems，葛耀中。自適應繼電保護及其前景展望丨J.電力系統(tǒng)何奔騰，金華烽。能量方向保護原理和特性研宄。中國電機工程學報，1997，袁榮湘，陳德樹。高壓輸電線路新型差動保護的研宄。中國電機工程學報，2000，20（4）：9―13.何奔騰，金華烽。能量方向保護的實現(xiàn)與試驗。電力系統(tǒng)自動化，199721（3）36-38.羅姍姍，賀家李。實時通信在超高壓多回路母線保護中的應用。中國電機工程學報，199919（4）1一3.。電站設備自動化1992，。繼電全玉生，揚敏中，王曉蓉，等。雙端測距中的自適應線路參數(shù)在線估計1J電力系統(tǒng)自動化，2000，。電力系統(tǒng)自動化2000