試論繼電保護中的人工智能技術及其應用

柳旭東

摘要：本文以電力系統(tǒng)中繼電保護智能化技術應用為核心展開討論，首先簡述人工智能技術和在電力系統(tǒng)中應用意義，然后以專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊理論、模式識別、小波分析五種智能技術為主對其相關概念和應用展開分析。

關鍵詞：繼電保護;人工智能技術;應用

1人工智能技術相關概述及在繼電保護中應用意義

1.1人工智能技術相關概述

人工智能技術是計算機技術應用發(fā)展一個分支，是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。通過期望了解智能是指，生產(chǎn)能夠以人類智能相似的方式作出反應的智能機器，其中包括專家系統(tǒng)、自然語言、圖像識別、語言識別、機器人等。自人工智能誕生，其相關理論與應用技術便逐漸成熟，實踐應用領域不斷擴大，隨著應用技術的不斷成熟，人工智能極有可能成為人類智慧“容器”。人工智能是對人類思維的有效模擬，在生產(chǎn)中可以代替人工，并按照相關要求對數(shù)據(jù)信息進行處理。人工智能對于數(shù)據(jù)信息的處理具有極高的精準性，可有效提升企業(yè)工作、生產(chǎn)質(zhì)量和效率，因此，需要在實際的應用過程中不斷總結經(jīng)驗，加強研發(fā)，實現(xiàn)人工智能技術的高質(zhì)、高效應用。

1.2人工智能技術在電力繼電保護中應用意義

現(xiàn)階段，我國進入高質(zhì)量發(fā)展時期，人們生產(chǎn)、生活中對于電力的需求量不斷提升，為確保用電穩(wěn)定性、安全性，需要加強繼電保護相關設施建設，但是因為電力系統(tǒng)建設規(guī)模不斷擴大，以往通過人工方式、傳統(tǒng)繼電保護方式開展電力故障巡檢、系統(tǒng)保護的方式已經(jīng)不適用。電力行業(yè)需要順應時代發(fā)展，在繼電保護設施建設中積極應用人工智能技術，實現(xiàn)繼電保護智能化、自動化運行，當電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常故障和安全隱患等問題時，繼電保護設施能夠第一時間作為相應反應，避免故障的進一步演化，引發(fā)嚴重的安全事故。另外，在電力系統(tǒng)繼電保護中應用人工智能技術能夠促進電力行業(yè)向智能化方向發(fā)展，在確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行，保證電力正常供應的基礎上實現(xiàn)電力企業(yè)經(jīng)濟效益提升。

2繼電保護人工智能關鍵技術

2.1專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)屬于人工智能發(fā)展重要方向，智能運行原理是通過對某領域相關知識、經(jīng)驗加以總結統(tǒng)計，對數(shù)據(jù)進行深度分析后，借助計算機進行編程模擬，通過人類思維方式對領域中相關問題加以判斷決策。整體而言，專家系統(tǒng)的有效應用需要數(shù)據(jù)信息作為支撐，對多種數(shù)據(jù)信息加以分析判斷。在電力繼電保護中應用專家系統(tǒng)能夠采用人工方式或者自動方式采集故障信息，判斷故障誘發(fā)原因，針對問題具體情況采取相應的處理措施。繼電保護專家系統(tǒng)則主要是對繼電保護相關知識、經(jīng)驗分析和收集，深入分析繼電保護相關原理，根據(jù)應用需求不同制定不同規(guī)則，實現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護智能化、自動化運行[1]。

2.2人工神經(jīng)系統(tǒng)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡同樣屬于人工智能技術發(fā)展新方向，借助計算機對人類的認知過程進行模擬，通過人工智能方式對目標問題加以有效解決。對于神經(jīng)網(wǎng)絡的應用需要借助非線性映像實現(xiàn)，可以對難以通過方程式或求解難度較大的非線性問題。所以，相比于專家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡更加先進，可以通過標準樣本學習擴充知識，對復雜的問題加以有效處理，另外，在電力系統(tǒng)繼電保護中，相比于專家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡的應用具有更大的發(fā)展空間，但因為受學習邏輯因素影響，神經(jīng)網(wǎng)絡需要在不斷地學習中提升智能化經(jīng)驗。

2.3模糊理論

該技術的最大特點是打破二進制非此即彼的運算概念，通過模糊邏輯、引用變量描述不確定現(xiàn)象和事件。模糊理論能夠通過事物特征分析加以識別和分類，適用于電力系統(tǒng)繼電保護中海量數(shù)據(jù)信息處理需求[2]。對簡單故障問題的處理分析采用模糊理論更加高效，并有效降低計算成本。但模糊理論系統(tǒng)不具有學習能力，僅可通過構建模糊邏輯、語言模型加以優(yōu)化，因為在實際的應用中需要借助人工方式輔助升級。

2.4模式識別

該智能技術指的是把定值、定性、定量統(tǒng)一結合分配至電力系統(tǒng)中，做待識別模式，吐過電力系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障問題，通過對比故障信息與系統(tǒng)內(nèi)儲存的識別信息分析故障問題，模式識別能夠快速分析電力系統(tǒng)繼電保護中存在的故障問題，具有較高的準確性。但模式識別智能技術應用前需要首先在系統(tǒng)中構建模型，作為故障對比參考，該技術的應用雖然理論較為簡單，但是在實際應用中需進行大量的識別模型設計、分析，工作量比較大。

2.5小波分析

該智能技術主要是通過電力系統(tǒng)運行頻率判斷故障類型。電力系統(tǒng)運行中，借助小波分析技術可對電力系統(tǒng)頻率加以實時監(jiān)控，因為小波分析方式技術能夠有效分析判定系統(tǒng)運行中的波形，當出現(xiàn)故障問題，電力系統(tǒng)運行頻率必將發(fā)生變化，因此，小波分析智能技術能夠判別信息變化，及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運行過程中時候存在異常故障，通過應用小波分析技術能夠在電力系統(tǒng)運行信號不穩(wěn)定或者存在非常規(guī)波動時發(fā)揮顯著作用。

3繼電保護中的人工智能技術應用

3.1專家系統(tǒng)應用

在電力系統(tǒng)繼電保護中對于專家系統(tǒng)的應用效率不高，因為一般情況下應用于時間要求較低故障處理分析中。究其原因，專家系統(tǒng)對電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)計算分析、故障類型判斷所需要消耗的時間較長，對于突發(fā)故障應急處理需要消耗大量的時間，無法實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的高效保護。但專家系統(tǒng)對于故障問題的診斷、定位以及整定協(xié)調(diào)方面發(fā)揮著積極作用。在電力系統(tǒng)繼電保護整定協(xié)調(diào)中應用專家系統(tǒng)可以通過知識和經(jīng)驗，全面綜合考慮設計繼電保護系統(tǒng)，提升繼電保護全面性，避免存在的矛盾與沖突。

3.2神經(jīng)網(wǎng)絡應用

因為神經(jīng)網(wǎng)絡具有智能故障判斷和學習能力，因為多應用于故障類型、故障距離測定中，可周全保護電力系統(tǒng)主設備。如，在高壓輸電線中，應用神經(jīng)網(wǎng)絡智能技術能夠及時判斷線路運行過程中存在的故障問題以及故障方向，提升故障處理分析效率。對于電流保護，借助神經(jīng)網(wǎng)絡可有效保護電流正方向故障問題，經(jīng)故障學習可不斷提升電力故障識別能力，為電力網(wǎng)絡繼電保護系統(tǒng)有效應用提供技術支撐。

3.3模糊理論應用

因為在電力系統(tǒng)中繼電保護模糊理論智能技術的應用主要是判別非線性問題，提升故障問題判斷效率，多用于發(fā)電機、主變設備等關鍵設施保護中。如，電力系統(tǒng)出現(xiàn)電壓故障，電壓高頻的成本不同，采用線性故障識別系統(tǒng)，無法對故障問題加以迅速判斷，存在計算耗時較長、結果錯誤等情況。通過模糊理論能夠?qū)Ρ裙收霞蟽?nèi)電壓模式，分析故障問題。通過模糊理論能夠判斷變壓器存在的電流故障，因為具有較高的識別效率，因此多用于主要設備保護中。

3.4模式識別應用

該智能技術主要應用于高阻抗檢測與距離保護，借助模式識別技術可對配電線路中的接地保護設施加以改進，提升線路保護可靠性，通過電流、電壓信號識別，實時對比信號數(shù)據(jù)，判別高阻抗運行狀態(tài)。

3.5小波分析應用

該技術主要應用在繼電保護電壓、電流故障檢測中，收集變壓器勵磁涌流、短路電流數(shù)據(jù)，通過規(guī)模理論對比特征，實現(xiàn)故障問題判斷。

總結

綜上所述，在電力系統(tǒng)的運行過程中因為存在大量的影響因素，需要采用繼電保護措施分析電力系統(tǒng)中存在的故障問題，但是以往的繼電保護技術應用仍然需求投入大量的人力資源。在新時代背景下，人工智能技術的發(fā)展進步為繼電保護的智能化發(fā)展提供了有力支撐。本文對繼電保護專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊理論、模式識別、小波分析技術的實際應用加以分析，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行。

參考文獻

[1]樊玉新，余波，王永強，等.電力系統(tǒng)繼電保護專家系統(tǒng)的構建[J].水電能源科學，2007（02）：96-98.

[2]Zhao-jiyuan，趙紀元，Liu-gang，等.基于在線計算及模糊理論的繼電保護風險預警系統(tǒng)方案[C]//中國電機工程學會.中國電機工程學會，2016.