電力系統繼電保護新技術發展分析

王海濤

(天津市龍宇達電力工程設計有限公司，天津 300384)

電力系統繼電保護新技術發展分析

王海濤

(天津市龍宇達電力工程設計有限公司，天津 300384)

隨著信息技術的發展，電力系統繼電保護技術逐漸從傳統模擬式與數字式向信息化、智能化以及自動化方向發展，這也使得繼電保護在電力系統中的作用與地位越來越重要。鑒于此，對電力系統繼電保護新技術的發展進行了研究和探討。

電力系統；繼電保護；信息技術；綜合自動化

0 引言

近年來，信息技術的進步為繼電保護的發展帶來了相應的契機，新技術不斷涌現，這些新技術在很大程度上使得電力系統更為完整且全面，為我國電力事業的發展奠定了堅實的基礎。在繼電保護范圍內廣泛應用各種新技術，不僅可使繼電保護效果得到提高，同時在很大程度上也能為電力系統安全與穩定運行提供相應的技術保障，從而在此基礎上推動社會經濟的穩步增長。

1 信息技術與自適應控制技術

1.1 信息技術

在電力系統繼電保護中信息技術的應用特征主要表現為以下幾個方面：(1) 遠方投切與整定，具備自診斷與監視報警的功能；(2) 信息保護與多種保護的集成；(3) 波形識別，從穩態發展至暫態，有利于推動綜合自動化發展；(4) 可提供動態的定值修改功能。

在電力系統繼電保護中信息技術的應用主要表現為2個方面，即數字信號處理技術與小波變換：(1) 數字信號處理技術。隨著通信技術以及計算機技術的快速發展，信息產業也得到了相應的發展，就電力行業來講，在繼電保護發展過程中，數字信號處理技術的發展對其所產生的影響非常大，尤其是DSP。(2) 小波變換。小波變換其實是將一個信號波形劃分為不同位置與尺度的小波總和，為振蕩波形，持續的周期最多為幾周，且形式較為多樣，可產生新小波或者小波函數。小波變換具備較好的時頻局部化分析性能，可分析信號或者圖像中一些小細節。

1.2 自適應控制技術

在電力系統繼電保護中，自適應控制這一概念出現于20世紀80年代，其含義為按照電力系統自身運行方式與故障狀態所發生的變化，實施定值改變、保護性能或者特性的一種新繼電保護。自適應控制模型如圖1所示。在電力系統繼電保護中應用這種技術的原理為使保護能夠適應電力系統所發生的各種變化，從而在此基礎上使保護性能得到改善。在繼電保護中，自適應控制技術不僅可使電力系統響應得到有效的改善，同時還可提高繼電保護的可靠性與經濟效益。自適應控制技術在輸電線路自動重合閘、距離保護、發電機保護以及變壓器保護等方面具有良好的應用前景。

圖1 自適應控制模型

在實踐應用過程中，電力系統所出現的振蕩影響、故障發展影響、系統頻率變化影響以及在單相接地短路時出現的過渡電阻影響等，均可通過應用自適應控制技術強化保護性能來予以削弱。盡管目前關于自適應控制技術的研究非常多，且也獲得了一定的成效，但要想真正意義上實現保護對于電力系統運行方式以及故障狀態的自適應，還需要獲得更多的故障信息以及系統運行信息，而要想達到這一目標，就必須推動計算機智能化與網絡化的發展。

2 人工神經網絡技術與模糊理論

2.1 人工神經網絡技術

人工神經網絡就是模仿腦細胞結構和功能、腦神經結構以及思維方式等人腦功能的信息處理系統。其所具備的動力學特性相對比較復雜，可實現問題的并行處理，不僅具備記憶、學習以及聯想等功能，還具備較高的自適應能力與自組織能力，經過學習可反映輸入特征量的樣本，不論對何種狀態或過程均可實施分類及識別。在電力系統繼電保護中，這種技術主要應用于非線性優化、人工智能、自動控制以及信息處理等方面，具體如圖2所示。

圖2 繼電保護中人工神經網絡技術的應用

近年來，隨著信息技術水平的提升，在電力系統繼電保護范圍內開始借助于人工神經網絡技術來判故障的類型、測定故障的實際距離等。比如，電力系統中輸電線路的兩側系統電勢角度擺開，并在此基礎上引發了非線性問題時，由于距離保護難以正確地判別故障的實際位置，因此會導致拒動或者誤動。在這種情況下，可借助人工神經網絡技術的應用，學習大量的故障樣本，只要該樣本綜合考慮了故障的各種情況，那么在出現故障時繼電保護就能正確地進行判別。除此之外，還可采用遺傳算法與進化規劃等手段，它們均具備復雜問題的求解能力，把這些先進且合理的智能方式有效結合，能使問題求解的速度變得更快。

2.2 模糊理論

在電力系統繼電保護中，模糊理論的應用與發展主要表現為以下幾個方面：(1) 通過模糊理論可有效區分電力系統在出現多模振蕩時，是同步振蕩，還是失步振蕩。通過區分，在對一些復雜系統的失步振蕩實施系統解列時，可有效提高其解列穩定性與可靠性。(2) 借助小波理論來提取特征，用模糊集法來進行變壓器勵磁故障與涌流的區分，即借助于小波變極大值符號特征來進行變壓器勵磁涌流間斷角特征的提取，而這種識別方式也為新變壓器保護的研制提供了相對比較先進且合理的思路。(3) 通過振動中所存在的無功功率和阻抗中電抗分量之間的關系，借助于模糊原理來實施振蕩中不對稱故障的選相，待正確選相以后，電力系統距離保護就能將振蕩中存在的這種不對稱故障及時切除。

3 可編程控制器和新型互感器

3.1 可編程控制器

可編程控制器在工業生產過程中被看作一種具備特殊體系結構的計算機，這種類型的計算機可應用各種語言完成編程，便于控制。在由繼電器所構成的需定期改變操作任務與實現復雜邏輯關系的控制系統中，要想用導線將各分立元件有效地連接在一起，顯然是十分困難的，但應用可編程控制器則可有效地解決這一問題，即借助于軟件編程來代替各分立元件接線。除此之外，為減少設備占地面積，還可借助于可編程控制器內所定義的各輔助繼電器代替以往的機械觸點繼電器來完成保護工作，并實現各種更為復雜的邏輯關系，以降低工作人員的勞動強度，同時確保其工作質量與效率、

3.2 新型互感器

在電力系統中互感器為實現自動化的一個關鍵部件。推動電力系統繼電保護技術發展的一個根本性因素即光電流互感器與光電壓互感器在電力系統中的應用。相對于傳統互感器而言，這些新型互感器具有顯著的優勢，它們不僅可完全將高壓與弱電絕緣、隔離，還可通過光纖的應用來實現無電磁干擾影響的數據測量與信號傳遞，同時響應頻帶相對較寬，可有效改善各種保護技術的性能，改變繼電保護應用的條件與方式，拓寬其應用范圍。

4 廣域保護

廣域保護即借助于電力系統所產生的多點信息，及時、精確且可靠地將故障切除，并分析切除該故障對于系統穩定與安全運行可能會造成的影響，然后針對分析的結果采取相應的解決或控制措施。廣域保護系統主要由電網安全穩定檢測和控制主站、相量測量、通信線路、資料分析站、安全穩定控制裝置、廠站安全穩定監控子站、網絡服務器等構成，具備自動控制與繼電保護功能。當前，在電力系統中所采用的廣域保護系統主要分為2種：(1) 通過廣域信息的應用，實現狀態估計、安全監視、穩定邊界的計算以及控制等各種功能，側重點為廣域信息的應用與各種安全功能的實現；(2) 借助于廣域信息的應用來完成相應的繼電保護工作。

5 綜合自動化技術

綜合自動化技術與繼電保護的結合，主要表現為資源的集成、共享與遠程控制，其核心為遠方終端單元與微機保護裝置。運用綜合自動化技術，可把變電所的計費、控制、測量以及信號等回路均納入計算機系統中，代替以往所用的控制保護屏，以減少變電所設備投資與占地面積，強化二次系統運行的穩定性與可靠性。相對于常規變電所二次系統而言，這種綜合自動化技術具備以下特征：

(1) 設備、監視與操作的微機化。在綜合自動化系統中，各子系統都實現了微機化，即實現了信號數字化與系統功能軟件化等，其完全摒棄了常規變電所中的模擬式設備、機電式設備等，在一定程度上使得二次系統電氣性能以及可靠性得到了相應的提高，再加上監視與操作的微機化，可使我們通過人機聯系系統更為便捷地監視與控制變電所。

(2) 運行管理的智能化。綜合自動化技術不僅包含了常規的自動化功能，比如故障錄波、自動報警、事故判斷和處理、電壓調節等，還具備在線自診斷功能，可實時把所獲得的信息傳送至控制中心，從而將運行管理從以往的被動模式轉變成主動模式。

(3) 通信局域的光纜化與網絡化。隨著光纖通信技術與局域網絡技術的廣泛應用，綜合自動化系統自身所具備的抗電磁干擾性能也相對提高。另外，通信局域的光纜化與網絡化不僅符合當前電力系統繼電保護的實時性要求，可實現數據的高速傳輸，同時也使系統組態也更為靈活，有利于擴展，還簡化了以往變電所中各種復雜的電纜，使得施工更為便捷。

總的來看，綜合自動化技術打破了傳統二次系統的設備劃分原則與各專業的界限，彌補了以往常規保護裝置與調度中心不可通信這一不足，賦予了變電所自動化發展更為先進的內容及含義。隨著信息技術的快速發展，結構更為完善、功能更為全面且智能化水平更高的綜合自動化系統必然出現，也必然會將電網運行的經濟性、安全性、穩定性等提升到更高層次。

6 結語

綜上所述，隨著社會經濟的快速發展，信息網絡技術水平與通信技術水平不斷提高，電力系統繼電保護技術也取得了突飛猛進的發展，涌現出了很多新技術，而這些新的繼電保護技術的發展也為電力系統的完善奠定了基礎，拓寬了電力系統自動化運行的范圍，減輕了電力工作者的勞動強度。相信在今后的發展過程中，繼電保護新技術將會得到更加廣泛的推廣及應用，繼而進一步確保電力系統運行的穩定性、安全性以及可靠性。

[1] 熊小伏，陳星田，夏瑩，等.面向智能電網的繼電保護系統重構[J].電力系統自動化，2009(17)：33～37

[2] 喬澤慧，楊海云.電力系統繼電保護技術[J].中國新技術新產品，2011(17)：109

[3] 沈智健，熊小伏，周家啟，等.繼電保護系統失效概率算法[J].電力系統自動化，2009(23)：5～8，97

2013-12-10

王海濤(1963—)，女，河北陽原人，工程師，從事電力工程設計工作。