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

姬生飛，潘仁秋，徐華斌

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

在繼電保護(hù)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，是提高供電可靠性、實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的關(guān)鍵。因此，我國(guó)電力企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)人工智能技術(shù)的分析，加大資金投入，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備故障，將事故范圍盡可能縮到最小，最大限度地保證用戶可以安全可靠用電。因此，針對(duì)人工智能技術(shù)的基本含義與特征分析、人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀、人工智能技術(shù)的具體應(yīng)用以及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。

1 人工智能技術(shù)的基本含義與特征分析

1.1 人工智能技術(shù)的基本含義

人工智能技術(shù)從概念上講屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)在應(yīng)用與發(fā)展過程中產(chǎn)生的一個(gè)分支，研究領(lǐng)域主要為人類的智能化思維，在實(shí)際研究過程中是通過科技手段對(duì)人類的智能化思維進(jìn)行模擬，然后形成較為系統(tǒng)性的技術(shù)體系，最終可以將其應(yīng)用到企業(yè)生產(chǎn)和居民生活的各個(gè)領(lǐng)域。人工智能技術(shù)的研究涉及的內(nèi)容較為復(fù)雜，如邏輯思維和心理學(xué)等學(xué)科方面的內(nèi)容。目前，該技術(shù)常被應(yīng)用在復(fù)雜性工作或者具有較高危險(xiǎn)性的工作中[1]。

1.2 人工智能技術(shù)的基本特征

人工智能技術(shù)是對(duì)人類大腦思維的一種有效模擬，因此在發(fā)展過程中逐漸可以代替人腦參與部分的工作，并結(jié)合相關(guān)要求對(duì)一些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相應(yīng)處理。人工智能技術(shù)下的智能計(jì)算結(jié)果具有很強(qiáng)的精準(zhǔn)性，將其應(yīng)用于我國(guó)電力企業(yè)的繼電保護(hù)工作可以有效提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的全面革新與完善。

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

現(xiàn)階段，人工智能技術(shù)在我國(guó)繼電保護(hù)的應(yīng)用與西方等發(fā)達(dá)國(guó)家相比還處于初級(jí)階段。在實(shí)際應(yīng)用中，它的作用主要體現(xiàn)在一些局部領(lǐng)域。雖然20世紀(jì)人們開始嘗試將人工智能技術(shù)應(yīng)用于電力繼電保護(hù)系統(tǒng)，但是人工智能技術(shù)在實(shí)踐操作過程中產(chǎn)生的磁效應(yīng)會(huì)對(duì)繼電保護(hù)的可靠性造成一定影響，因此人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的應(yīng)用被擱置，且在之后較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)沒有取得突破性進(jìn)展。

近年來，隨著我國(guó)數(shù)字繼電保護(hù)裝置的發(fā)展完善，人們開始在繼電保護(hù)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，使得人工智能技術(shù)的應(yīng)用處于一個(gè)高速發(fā)展時(shí)期，很大程度上解決了我國(guó)繼電保護(hù)裝置的一些問題。一方面，對(duì)于電力系統(tǒng)的一些問題，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)方式無法建立精確的數(shù)學(xué)模型，使得難以用數(shù)學(xué)知識(shí)反映實(shí)際問題；另一方面，受我國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展水平的局限，在進(jìn)行復(fù)雜問題計(jì)算時(shí)很難在較短時(shí)間內(nèi)得出計(jì)算結(jié)果。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)繼電保護(hù)，可以有效解決傳統(tǒng)方式的不足，因此具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

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

3.1 接地保護(hù)

在實(shí)際建設(shè)過程中，電力系統(tǒng)線路不同，其在接地方式上也有所不同。相關(guān)轉(zhuǎn)接按照電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的電流不同，將其接地方式分成兩種模式。電流較大的情況下，采取大電流接地方式。運(yùn)行過程中如果線路出現(xiàn)故障問題，則可以利用人工智能技術(shù)進(jìn)行有效的識(shí)別和解決，及時(shí)切斷線路。電流較小的情況下，則采取小電流接地方式。在實(shí)際運(yùn)行過程中，可以利用人工智能技術(shù)發(fā)送繼電系統(tǒng)的保護(hù)信號(hào)。如果出現(xiàn)故障問題，也會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出告警信號(hào)，此時(shí)電力系統(tǒng)還可以繼續(xù)運(yùn)行。

在自動(dòng)化繼電保護(hù)系統(tǒng)中，執(zhí)行系統(tǒng)是大電流接地系統(tǒng)運(yùn)行的重要功能，而邏輯層則是小電流接地系統(tǒng)中的重要功能。在正常運(yùn)行的時(shí)候，電力系統(tǒng)中不會(huì)出現(xiàn)零序電壓，其主要分布點(diǎn)是三項(xiàng)電壓。如果三項(xiàng)電壓中連接了電壓表，電壓則會(huì)被獨(dú)立顯示。這時(shí)如果電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況發(fā)生異常，例如其中的一項(xiàng)處于接地狀態(tài)，電力系統(tǒng)則會(huì)表現(xiàn)出零序電壓。通過小電流繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)送警告信息，故障處理人員僅僅需要觀察電壓的讀數(shù)就可以判斷故障問題[2]。

3.2 變壓器繼電的保護(hù)

在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行和應(yīng)用過程中，變壓器是其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵內(nèi)容。因此，我國(guó)電力企業(yè)也逐漸開始應(yīng)用人工智能技術(shù)加強(qiáng)對(duì)變壓器的保護(hù)。第一，對(duì)瓦斯的保護(hù)。電力系統(tǒng)的變壓器內(nèi)置的油箱經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障問題，產(chǎn)生較多的有毒物質(zhì)和易燃?xì)怏w，影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。通過人工智能技術(shù)可以動(dòng)態(tài)監(jiān)控變壓器的瓦斯，如果變壓器的瓦斯?jié)舛瘸^了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，可以及時(shí)進(jìn)行斷電操作并發(fā)出警報(bào)，降低故障問題帶來的損失。變壓器瓦斯結(jié)構(gòu)，如圖1所示。第二，對(duì)短路進(jìn)行保護(hù)。利用人工智能技術(shù)可以通過阻抗繼電保護(hù)器保護(hù)電力系統(tǒng)變壓器短路情況。根據(jù)相關(guān)資料顯示，應(yīng)用人工智能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路系統(tǒng)的設(shè)置，在變壓器內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)自動(dòng)運(yùn)行。

圖1 變壓器瓦斯結(jié)構(gòu)

3.3 發(fā)電機(jī)組的保護(hù)

如圖2所示，利用人工智能技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)方式主要有以下幾種。第一，重點(diǎn)保護(hù)方式。這種保護(hù)方式在我國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作中的應(yīng)用較為常見。具體地，在電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)內(nèi)部的定子繞組上安裝電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題，所安裝的保護(hù)裝置就會(huì)發(fā)揮作用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組的保護(hù)。另外，在實(shí)際應(yīng)用過程中，通過安裝電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)的有效維護(hù)，即綜合利用電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)電流之間的融合作用，結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，科學(xué)調(diào)整相位高度，進(jìn)而加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)組的保護(hù)。第二，備用保護(hù)方式。在實(shí)際應(yīng)用過程中，這種方式對(duì)低負(fù)荷導(dǎo)致的電機(jī)絕緣擊穿故障問題，可以通過應(yīng)用人工智能技術(shù)自動(dòng)斷掉電源并發(fā)出警報(bào)提醒。

圖2 發(fā)電機(jī)組保護(hù)

3.4 建立智能化的監(jiān)控系統(tǒng)

應(yīng)用人工智能技術(shù)還可以建立完善的智能化監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)用新時(shí)期下的先進(jìn)技術(shù)，保證監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的有效監(jiān)控。智能化的監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中，工作人員可以利用其完善的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和過程控制單元，監(jiān)控管理電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況。另外，工作人員還可以結(jié)合當(dāng)前的通信技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)提高監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控水平，以此促進(jìn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步提供穩(wěn)定的電力能源支持。

3.5 人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)本身具有一定的復(fù)雜性，在建設(shè)過程中會(huì)涉及較多的專業(yè)知識(shí)。因此，相關(guān)的電氣自動(dòng)化設(shè)備的操作人員需要具備完善的專業(yè)知識(shí)和素質(zhì)能力，才能降低因人工失誤導(dǎo)致的電力系統(tǒng)故障問題。通過應(yīng)用人工智能技術(shù)，可以加強(qiáng)對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備的管理，應(yīng)用計(jì)算機(jī)理論編制相關(guān)的計(jì)算機(jī)程序，從而可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制。一般情況下，電氣設(shè)備的智能化管理主要體現(xiàn)在利用智能技術(shù)代替人工操作，以此提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，并提高電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行的科學(xué)性，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境和實(shí)際性能。

4 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 智能化水平越來越高

現(xiàn)階段，隨著我國(guó)人工智能技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，它被廣泛應(yīng)用于我國(guó)電力系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域，在繼電保護(hù)方面的應(yīng)用也逐漸成熟。其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射方法。通過應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以解決電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中很多非線性問題，通過科學(xué)有效的計(jì)算方法得出問題結(jié)論。工作人員在進(jìn)行故障處理時(shí)可以利用這種方法，在解決電力系統(tǒng)故障時(shí)，可以進(jìn)行大量的故障樣本分析，結(jié)合樣本分析的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)故障問題的有效判斷。同時(shí)，人工智能技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)不僅體現(xiàn)在可以解答電力系統(tǒng)運(yùn)行中的復(fù)雜問題，而且可以提高問題解答的速度。因此，人工智能技術(shù)在我國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作中的應(yīng)用越來越廣泛，智能化水平也在不斷提高。

4.2 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為一種信息和數(shù)據(jù)通信工具，對(duì)我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，也為工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的通信手段支撐。在實(shí)際運(yùn)行過程中，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用除了切除電力系統(tǒng)的故障部件、降低電力系統(tǒng)故障問題的影響范圍以外，還可以有效促進(jìn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。這個(gè)過程中電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置需要了解整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行信息和故障信息，從而充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的作用，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

在此背景下，我國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)在發(fā)展過程中的網(wǎng)絡(luò)化水平越來越高。通過應(yīng)用人工智能技術(shù)，可以幫助繼電保護(hù)系統(tǒng)獲取更多的電力系統(tǒng)運(yùn)行信息，以此進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的有效分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理電力系統(tǒng)的故障問題。因此，未來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在我國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作中的應(yīng)用會(huì)更加廣泛[3]。

5 結(jié) 論

綜上所述，在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作中應(yīng)用人工智能技術(shù)，可以有效突破我國(guó)傳統(tǒng)繼電保護(hù)方式的不足，提高電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作的質(zhì)量和工作效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)，具有較高的應(yīng)用和研究?jī)r(jià)值。