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

張 寧

（青海水電技師學(xué)院，青海 西寧 810007）

1 人工智能技術(shù)概述

1.1 人工智能的概念和發(fā)展

人工智能技術(shù)是在電子信息技術(shù)、通信技術(shù)等新型技術(shù)融合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新興學(xué)科，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器設(shè)備和人類思維方式、人類智慧的科學(xué)連接。利用代碼和程序的模擬應(yīng)用，能夠完成和人類相同的一些動(dòng)作，甚至某些功能能夠超過人類[1]。人工智能技術(shù)自誕生以來一直備受爭(zhēng)議，大部分人認(rèn)為其能夠促進(jìn)人類發(fā)展和進(jìn)步，但極少部分專家認(rèn)為其違背自然發(fā)展規(guī)律，甚至可能反噬人類。人工智能的應(yīng)用極大地便利了人們的生活，推動(dòng)其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用和快速擴(kuò)張，在電力行業(yè)、電力系統(tǒng)以及繼電保護(hù)中也具有重要的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1.2 人工智能關(guān)鍵技術(shù)分析

1.2.1 自適應(yīng)控制技術(shù)

自適應(yīng)控制技術(shù)是保護(hù)性技術(shù)的代表，能夠在電力系統(tǒng)運(yùn)行方法的基礎(chǔ)上對(duì)定值進(jìn)行優(yōu)化，科學(xué)處理電力系統(tǒng)中的既存故障，提升繼電保護(hù)的有效性。在電力系統(tǒng)中引入自適應(yīng)技術(shù)后，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和故障并給出解決措施，有效排除故障，以保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，有效提升了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[2]。

1.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為這幾年迅速發(fā)展的人工智能技術(shù)，其模擬人腦細(xì)胞結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，引入動(dòng)力學(xué)特性實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)問題的高效處理。在電力系統(tǒng)以及繼電保護(hù)中引入該技術(shù)能夠形成對(duì)數(shù)據(jù)的記憶和學(xué)習(xí)，同時(shí)借助較強(qiáng)的組織能力和環(huán)境適應(yīng)能力，更科學(xué)有效地進(jìn)行故障樣本的識(shí)別分類，降低工作量，提升效率，降低成本。

1.2.3 綜合自動(dòng)化技術(shù)

綜合自動(dòng)化技術(shù)是在傳統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上引入計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，綜合自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程操作。該技術(shù)能夠?qū)⒆酉到y(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號(hào)，同時(shí)基于該技術(shù)的電力設(shè)備能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)電設(shè)備和電力系統(tǒng)中的模擬設(shè)備，對(duì)電氣性能提升具有直接推動(dòng)作用。此外，該技術(shù)還具備實(shí)施監(jiān)控、遠(yuǎn)程操作功能，將工作人員和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接的更加緊密[3]。

（2）通信網(wǎng)絡(luò)化和局域光纜化。在綜合自動(dòng)化技術(shù)中引入局域網(wǎng)絡(luò)術(shù)和光技纖通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)化，有效改善了系統(tǒng)的抗電磁干擾性能。在人們對(duì)電力系統(tǒng)和繼電保護(hù)要求越來越高的背景下，通過有效提升通信局域網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)化和光纖化性能，進(jìn)一步加快數(shù)據(jù)傳輸效率，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

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

基于人工智能技術(shù)的電力繼電保護(hù)系統(tǒng)屬于一種新型的自動(dòng)化變電設(shè)備，它的處理效率相對(duì)于傳統(tǒng)的變電設(shè)備有了成倍的提升。該系統(tǒng)主要通過層的方式進(jìn)行傳輸，除了具有傳統(tǒng)變電設(shè)備信息傳輸層之外，還具有其他的傳統(tǒng)設(shè)備不具有的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)整個(gè)設(shè)備起到安全防護(hù)作用。目前，這種自動(dòng)化的設(shè)備已經(jīng)成為了變電站發(fā)展的主要方向[4]。它的信號(hào)層相對(duì)于傳統(tǒng)的變電站層來說更多一些，其主要增加的電路保護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)﹄娐废到y(tǒng)起到良好的保護(hù)作用。在電路系統(tǒng)中，安全防護(hù)很重要，而新型的智能變電設(shè)備正好可以解決這個(gè)問題。傳統(tǒng)的變電設(shè)備繼電保護(hù)系統(tǒng)如圖1所示，基于人工智能技術(shù)的繼電保護(hù)系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)

圖2 基于人工智能技術(shù)的繼電保護(hù)系統(tǒng)

基于人工智能技術(shù)的繼電保護(hù)系統(tǒng)的組網(wǎng)方式優(yōu)化過后，每個(gè)層次都有不同程度的改變。首先在過程層，其網(wǎng)絡(luò)采取的是并聯(lián)模式，對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組合不僅可以保證不同網(wǎng)絡(luò)之間的獨(dú)立性，還可以大大提升設(shè)備的運(yùn)行速度，保證信息的保真程度。其次在間隔層，優(yōu)化的網(wǎng)組方式有效保證了國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的有效操作，保障了人們發(fā)出指令的有效執(zhí)行。硬件設(shè)備也隨著網(wǎng)組方式的改變進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)改成并聯(lián)方式，減少交換機(jī)的數(shù)量，全新的設(shè)備大大精簡(jiǎn)了體積，不僅減輕了搬運(yùn)過程中的人工工作量，而且大大減少了設(shè)備占地面積[5]。對(duì)升級(jí)優(yōu)化的軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)改變后的組網(wǎng)方式和設(shè)備能夠協(xié)調(diào)工作，在滿足基于人工智能技術(shù)的繼電保護(hù)系統(tǒng)繼電保護(hù)需要的同時(shí)，節(jié)約成本，保障網(wǎng)絡(luò)安全順利運(yùn)行[6]。

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

3.1 智能化繼電保護(hù)信息應(yīng)用平臺(tái)架構(gòu)

基于人工智能技術(shù)的智能化繼電保護(hù)信息應(yīng)用平臺(tái)，綜合協(xié)同監(jiān)視平臺(tái)和二次設(shè)備在線分析平臺(tái)，由安全I(xiàn)區(qū)、II區(qū)、III區(qū)以及外區(qū)構(gòu)成。其中繼電保護(hù)信息狀態(tài)與故障信息管理平臺(tái)構(gòu)建于電力系統(tǒng)調(diào)度側(cè)，和外網(wǎng)相結(jié)合進(jìn)行信息展現(xiàn)，為工作人員進(jìn)行繼電保護(hù)提供信息支持和平臺(tái)應(yīng)用支持[7]。本文提出的智能化繼電保護(hù)信息應(yīng)用平臺(tái)構(gòu)架如圖3所示。

圖3 智能化繼電保護(hù)信息應(yīng)用平臺(tái)構(gòu)架

由圖3可知，I區(qū)、II區(qū)以及III區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信主要通過站內(nèi)聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)和內(nèi)網(wǎng)客戶機(jī)實(shí)現(xiàn)，而且信息和數(shù)據(jù)的傳輸采用單向傳輸方式。移動(dòng)終端和平臺(tái)的連接主要依次經(jīng)過專用移動(dòng)服務(wù)器、專用通道，對(duì)3個(gè)區(qū)域內(nèi)二次設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與一體化管理。通過智能化繼電保護(hù)信息應(yīng)用平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)化自動(dòng)巡檢、安全防護(hù)、全景數(shù)據(jù)采集監(jiān)視、便攜式移動(dòng)終端信息發(fā)布以及故障綜合分析處理等功能[8]。

3.2 智能化繼電保護(hù)信息應(yīng)用平臺(tái)功能與實(shí)現(xiàn)

3.2.1 全景化數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視

在該平臺(tái)中，對(duì)繼電保護(hù)裝置的監(jiān)視和數(shù)據(jù)采集主要采用全景化方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)定值、告警事件、變位信息、開關(guān)量以及裝置錄波等大量數(shù)據(jù)和指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程采集。

3.2.2 設(shè)備專業(yè)自動(dòng)巡檢

為實(shí)現(xiàn)該平臺(tái)對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的專業(yè)自動(dòng)巡檢功能，在平臺(tái)構(gòu)建中引入了專業(yè)自動(dòng)巡檢技術(shù)，根據(jù)預(yù)設(shè)值對(duì)某周期內(nèi)的開關(guān)量功能、定值、軟壓板的一致性進(jìn)行在線校核，最終實(shí)現(xiàn)專業(yè)化巡檢。在完成自動(dòng)化巡檢之后，還能夠生成巡檢報(bào)告并上傳數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)能夠?yàn)檠矙z人員開展工作提供數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)若巡檢過程中發(fā)現(xiàn)異常信息，系統(tǒng)還會(huì)直接給出警告信息，方便運(yùn)維、巡檢人員及時(shí)處理問題和故障[9]。

3.2.3 電網(wǎng)故障綜合分析與處理

平臺(tái)和D5000電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)連接，兩者協(xié)同獲得電網(wǎng)中的一次模型和相關(guān)圖形信息，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備、一次設(shè)備以及圖模之間的科學(xué)關(guān)聯(lián)。此外，通過D5000系統(tǒng)和一次設(shè)備的聯(lián)合，能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)動(dòng)作、開關(guān)跳閘的自動(dòng)對(duì)應(yīng)，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)檢修信息的自動(dòng)過濾和不同平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)科學(xué)共享。本文構(gòu)建的智能化繼電保護(hù)信息應(yīng)用平臺(tái)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)故障報(bào)告內(nèi)容的優(yōu)化，基于國(guó)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理要求，實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距、故障過程等信息的表單化和綜合性表述分析，并且能夠生成故障分析報(bào)告。在滿足實(shí)際應(yīng)用和繼電保護(hù)管理需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)的智能診斷，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的深度分析并生成報(bào)告，為工作人員開展相關(guān)工作提供數(shù)據(jù)支持和技術(shù)支持。

3.2.4 便攜式移動(dòng)終端信息發(fā)布

智能化繼電保護(hù)信息應(yīng)用平臺(tái)中引入了移動(dòng)終端方式，在終端中進(jìn)行繼電保護(hù)巡視情況、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備異常預(yù)警信息數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)故障分析報(bào)告的圖形化展示。電網(wǎng)故障報(bào)告信息能夠?qū)崿F(xiàn)在移動(dòng)終端的實(shí)時(shí)展示，故障報(bào)告信息涵蓋故障性質(zhì)、錄波波形、故障發(fā)生設(shè)備、故障發(fā)生動(dòng)作狀況、時(shí)間以及測(cè)距等。此外，在智能化繼電保護(hù)信息應(yīng)用平臺(tái)中還能夠?qū)φ麄€(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的裝置、設(shè)備、運(yùn)行情況以及異常信息等進(jìn)行全景可視化展示，為工作人員的工作開展提供有效支持[10]。

3.2.5 安全防護(hù)

智能化繼電保護(hù)信息應(yīng)用平臺(tái)構(gòu)建中充分考慮了數(shù)據(jù)安全性，通過針對(duì)性的科學(xué)安全防護(hù)，加強(qiáng)了對(duì)專用通道、數(shù)據(jù)源以及專控終端的安全保護(hù)。引入入網(wǎng)測(cè)試專用終端來加強(qiáng)專控終端的安全性保護(hù)，服務(wù)器和APN通道應(yīng)用于專用通道的安全防護(hù)。此外，在I區(qū)、II區(qū)以及III區(qū)中裝設(shè)Web服務(wù)器應(yīng)用于數(shù)據(jù)信息發(fā)布和傳遞，最大限度保障了數(shù)據(jù)安全性。

4 結(jié) 論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，人們對(duì)電力企業(yè)供電質(zhì)量提出了更高的要求，繼電保護(hù)技術(shù)也必須在此背景下進(jìn)行升級(jí)和優(yōu)化。人工智能技術(shù)作為新興的重要技術(shù)之一，將該技術(shù)引入到電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，可以充分發(fā)揮人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)中的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的智能化發(fā)展。