电力系统继电保护新技术发展分析

王海涛

(天津市龙宇达电力工程设计有限公司，天津 300384)

电力系统继电保护新技术发展分析

王海涛

(天津市龙宇达电力工程设计有限公司，天津 300384)

随着信息技术的发展，电力系统继电保护技术逐渐从传统模拟式与数字式向信息化、智能化以及自动化方向发展，这也使得继电保护在电力系统中的作用与地位越来越重要。鉴于此，对电力系统继电保护新技术的发展进行了研究和探讨。

电力系统；继电保护；信息技术；综合自动化

0 引言

近年来，信息技术的进步为继电保护的发展带来了相应的契机，新技术不断涌现，这些新技术在很大程度上使得电力系统更为完整且全面，为我国电力事业的发展奠定了坚实的基础。在继电保护范围内广泛应用各种新技术，不仅可使继电保护效果得到提高，同时在很大程度上也能为电力系统安全与稳定运行提供相应的技术保障，从而在此基础上推动社会经济的稳步增长。

1 信息技术与自适应控制技术

1.1 信息技术

在电力系统继电保护中信息技术的应用特征主要表现为以下几个方面：(1) 远方投切与整定，具备自诊断与监视报警的功能；(2) 信息保护与多种保护的集成；(3) 波形识别，从稳态发展至暂态，有利于推动综合自动化发展；(4) 可提供动态的定值修改功能。

在电力系统继电保护中信息技术的应用主要表现为2个方面，即数字信号处理技术与小波变换：(1) 数字信号处理技术。随着通信技术以及计算机技术的快速发展，信息产业也得到了相应的发展，就电力行业来讲，在继电保护发展过程中，数字信号处理技术的发展对其所产生的影响非常大，尤其是DSP。(2) 小波变换。小波变换其实是将一个信号波形划分为不同位置与尺度的小波总和，为振荡波形，持续的周期最多为几周，且形式较为多样，可产生新小波或者小波函数。小波变换具备较好的时频局部化分析性能，可分析信号或者图像中一些小细节。

1.2 自适应控制技术

在电力系统继电保护中，自适应控制这一概念出现于20世纪80年代，其含义为按照电力系统自身运行方式与故障状态所发生的变化，实施定值改变、保护性能或者特性的一种新继电保护。自适应控制模型如图1所示。在电力系统继电保护中应用这种技术的原理为使保护能够适应电力系统所发生的各种变化，从而在此基础上使保护性能得到改善。在继电保护中，自适应控制技术不仅可使电力系统响应得到有效的改善，同时还可提高继电保护的可靠性与经济效益。自适应控制技术在输电线路自动重合闸、距离保护、发电机保护以及变压器保护等方面具有良好的应用前景。

图1 自适应控制模型

在实践应用过程中，电力系统所出现的振荡影响、故障发展影响、系统频率变化影响以及在单相接地短路时出现的过渡电阻影响等，均可通过应用自适应控制技术强化保护性能来予以削弱。尽管目前关于自适应控制技术的研究非常多，且也获得了一定的成效，但要想真正意义上实现保护对于电力系统运行方式以及故障状态的自适应，还需要获得更多的故障信息以及系统运行信息，而要想达到这一目标，就必须推动计算机智能化与网络化的发展。

2 人工神经网络技术与模糊理论

2.1 人工神经网络技术

人工神经网络就是模仿脑细胞结构和功能、脑神经结构以及思维方式等人脑功能的信息处理系统。其所具备的动力学特性相对比较复杂，可实现问题的并行处理，不仅具备记忆、学习以及联想等功能，还具备较高的自适应能力与自组织能力，经过学习可反映输入特征量的样本，不论对何种状态或过程均可实施分类及识别。在电力系统继电保护中，这种技术主要应用于非线性优化、人工智能、自动控制以及信息处理等方面，具体如图2所示。

图2 继电保护中人工神经网络技术的应用

近年来，随着信息技术水平的提升，在电力系统继电保护范围内开始借助于人工神经网络技术来判故障的类型、测定故障的实际距离等。比如，电力系统中输电线路的两侧系统电势角度摆开，并在此基础上引发了非线性问题时，由于距离保护难以正确地判别故障的实际位置，因此会导致拒动或者误动。在这种情况下，可借助人工神经网络技术的应用，学习大量的故障样本，只要该样本综合考虑了故障的各种情况，那么在出现故障时继电保护就能正确地进行判别。除此之外，还可采用遗传算法与进化规划等手段，它们均具备复杂问题的求解能力，把这些先进且合理的智能方式有效结合，能使问题求解的速度变得更快。

2.2 模糊理论

在电力系统继电保护中，模糊理论的应用与发展主要表现为以下几个方面：(1) 通过模糊理论可有效区分电力系统在出现多模振荡时，是同步振荡，还是失步振荡。通过区分，在对一些复杂系统的失步振荡实施系统解列时，可有效提高其解列稳定性与可靠性。(2) 借助小波理论来提取特征，用模糊集法来进行变压器励磁故障与涌流的区分，即借助于小波变极大值符号特征来进行变压器励磁涌流间断角特征的提取，而这种识别方式也为新变压器保护的研制提供了相对比较先进且合理的思路。(3) 通过振动中所存在的无功功率和阻抗中电抗分量之间的关系，借助于模糊原理来实施振荡中不对称故障的选相，待正确选相以后，电力系统距离保护就能将振荡中存在的这种不对称故障及时切除。

3 可编程控制器和新型互感器

3.1 可编程控制器

可编程控制器在工业生产过程中被看作一种具备特殊体系结构的计算机，这种类型的计算机可应用各种语言完成编程，便于控制。在由继电器所构成的需定期改变操作任务与实现复杂逻辑关系的控制系统中，要想用导线将各分立元件有效地连接在一起，显然是十分困难的，但应用可编程控制器则可有效地解决这一问题，即借助于软件编程来代替各分立元件接线。除此之外，为减少设备占地面积，还可借助于可编程控制器内所定义的各辅助继电器代替以往的机械触点继电器来完成保护工作，并实现各种更为复杂的逻辑关系，以降低工作人员的劳动强度，同时确保其工作质量与效率、

3.2 新型互感器

在电力系统中互感器为实现自动化的一个关键部件。推动电力系统继电保护技术发展的一个根本性因素即光电流互感器与光电压互感器在电力系统中的应用。相对于传统互感器而言，这些新型互感器具有显著的优势，它们不仅可完全将高压与弱电绝缘、隔离，还可通过光纤的应用来实现无电磁干扰影响的数据测量与信号传递，同时响应频带相对较宽，可有效改善各种保护技术的性能，改变继电保护应用的条件与方式，拓宽其应用范围。

4 广域保护

广域保护即借助于电力系统所产生的多点信息，及时、精确且可靠地将故障切除，并分析切除该故障对于系统稳定与安全运行可能会造成的影响，然后针对分析的结果采取相应的解决或控制措施。广域保护系统主要由电网安全稳定检测和控制主站、相量测量、通信线路、资料分析站、安全稳定控制装置、厂站安全稳定监控子站、网络服务器等构成，具备自动控制与继电保护功能。当前，在电力系统中所采用的广域保护系统主要分为2种：(1) 通过广域信息的应用，实现状态估计、安全监视、稳定边界的计算以及控制等各种功能，侧重点为广域信息的应用与各种安全功能的实现；(2) 借助于广域信息的应用来完成相应的继电保护工作。

5 综合自动化技术

综合自动化技术与继电保护的结合，主要表现为资源的集成、共享与远程控制，其核心为远方终端单元与微机保护装置。运用综合自动化技术，可把变电所的计费、控制、测量以及信号等回路均纳入计算机系统中，代替以往所用的控制保护屏，以减少变电所设备投资与占地面积，强化二次系统运行的稳定性与可靠性。相对于常规变电所二次系统而言，这种综合自动化技术具备以下特征：

(1) 设备、监视与操作的微机化。在综合自动化系统中，各子系统都实现了微机化，即实现了信号数字化与系统功能软件化等，其完全摒弃了常规变电所中的模拟式设备、机电式设备等，在一定程度上使得二次系统电气性能以及可靠性得到了相应的提高，再加上监视与操作的微机化，可使我们通过人机联系系统更为便捷地监视与控制变电所。

(2) 运行管理的智能化。综合自动化技术不仅包含了常规的自动化功能，比如故障录波、自动报警、事故判断和处理、电压调节等，还具备在线自诊断功能，可实时把所获得的信息传送至控制中心，从而将运行管理从以往的被动模式转变成主动模式。

(3) 通信局域的光缆化与网络化。随着光纤通信技术与局域网络技术的广泛应用，综合自动化系统自身所具备的抗电磁干扰性能也相对提高。另外，通信局域的光缆化与网络化不仅符合当前电力系统继电保护的实时性要求，可实现数据的高速传输，同时也使系统组态也更为灵活，有利于扩展，还简化了以往变电所中各种复杂的电缆，使得施工更为便捷。

总的来看，综合自动化技术打破了传统二次系统的设备划分原则与各专业的界限，弥补了以往常规保护装置与调度中心不可通信这一不足，赋予了变电所自动化发展更为先进的内容及含义。随着信息技术的快速发展，结构更为完善、功能更为全面且智能化水平更高的综合自动化系统必然出现，也必然会将电网运行的经济性、安全性、稳定性等提升到更高层次。

6 结语

综上所述，随着社会经济的快速发展，信息网络技术水平与通信技术水平不断提高，电力系统继电保护技术也取得了突飞猛进的发展，涌现出了很多新技术，而这些新的继电保护技术的发展也为电力系统的完善奠定了基础，拓宽了电力系统自动化运行的范围，减轻了电力工作者的劳动强度。相信在今后的发展过程中，继电保护新技术将会得到更加广泛的推广及应用，继而进一步确保电力系统运行的稳定性、安全性以及可靠性。

[1] 熊小伏，陈星田，夏莹，等.面向智能电网的继电保护系统重构[J].电力系统自动化，2009(17)：33～37

[2] 乔泽慧，杨海云.电力系统继电保护技术[J].中国新技术新产品，2011(17)：109

[3] 沈智健，熊小伏，周家启，等.继电保护系统失效概率算法[J].电力系统自动化，2009(23)：5～8，97

2013-12-10

王海涛(1963—)，女，河北阳原人，工程师，从事电力工程设计工作。