基于智能電網繼電保護定值在線比對和固化系統的研究

國網安徽省電力有限公司滁州供電公司 王成化 馬 艷 吳 航

隨著網絡通信、信息處理技術的不斷發展，傳統的變電站逐步被智能化電網所替代，其能夠對電力系統及電力系統中的每一個用戶進行實時監測。智能電網利用光纖網將各類電力裝置相互聯結，并將各裝置的感應器收集到的資料傳送至各信息處理終端，從而實現對電力系統的總體優化，提高電力系統的可靠性和效率。但是，隨著智能電網高度一體化，各個地區的電力系統之間的耦合、依賴關系日益增強，在電力系統中，必須采用繼電保護裝置對電力系統進行實時監測，以確保電網的安全、穩定。

在繼電器中設置的各種保護定值是保證繼電器正常工作的基礎，也是判斷保護能否準確、可靠地反映各種故障的關鍵指標。而定值的適用性和正確性，直接影響到電網的正常工作和保護工作。但也不是一成不變的，其會隨著系統的變化、運行方式的變化而變化，從而使其符合目前的運行模式。在設備的操作和新的設備投入使用之前，都要對繼電器的定值進行重新比較和固化。

當前，定值比對多采用紙質、電話、傳真、電子郵件等人工進行。由于繼電器的數量越來越多以及種類繁多，邏輯和格式也多種多樣，所以不能在較短時間內對全部設備進行定值比較。同時，傳統的定值比對方法不僅耗費人力、物力，而且容易受到人為因素的干擾而不能全部發現。同時，由于繼電保護裝置自身存在一定的定值漂移現象，對故障進行及時、有效地發現，不但可以消除電網的安全隱患，而且可以避免保護不能移動的現象。近年來，智能電網技術的優化，使多個平臺之間實現了信息融合與數據整合，能夠很容易地獲得電網的定值工作模式，從而為電力系統的定值整定提供技術支撐。

在此基礎上，提出并實現了多源數據的在線定值比對，并建立了以專家系統為基礎的定值固化體系。該系統充分考慮了設備間的兼容性，使用統一的定值模板，方便地獲取設備的定值數據，并利用模糊匹配方法實現設備首次匹配、包含匹配、關鍵詞匹配、尾匹配等方法，并將設備在實際操作時的定值與標準值進行對比，如果不一致，則發出故障警報。并在此基礎上，利用專家系統的定值固化，利用專家的經驗和正反兩方面的知識，來決定設備的固化方式。

1 智能電網特性

隨著智能電網的不斷發展，高科技和信息技術的不斷引進，使得原有的電力網絡系統越來越智能化，一旦發生故障，電力供應就會得到快速的恢復，從而將電力供應的問題降到最低。在智能電網中，用電是主要功能，而其他功能的正常運轉為用電提供重要保證（見表1）。

表1 智能電網功能使用（單位：%）

1.1 供電容量和運行的可靠性

在智能平臺的支持下，用戶可以進行靈活的訪問和退出，提高了電力市場的信息共享，有效地解決了電力市場中存在的信息不透明問題。同時，繼電保護技術的不斷發展，使智能電網的整體性能得到了提高，并創造了一個穩定、安全的操作環境。

1.2 改善了繼電器的性能

在傳統的電力系統中，電力系統中的電流流向是不會改變的，這就說明了電力系統中的電力系統必須具有繼電保護的特點，因此在這種情況下，電力系統的容量判斷是防止故障運行的基礎。目前，智能電網以交互和分布式發電為主，如果對智能電網進行改造，將會大大減少保護的難度。隨著現代信息技術的不斷發展，高精度傳感器的使用越來越普遍，在這種情況下，電力系統無論是發電還是供電，都能實時監測到電網的運行情況，從而對電網進行數據采集和分析，及時發現問題，及時進行改善。因此，對智能電網的改造，其實質是對數字化和網絡化的更新，使繼電器的總體性能大大提高，對原有的輔助功能進行了簡化，從而提高了電力傳輸的可靠性。

1.3 減少電力網運營費用

隨著智能電網的不斷發展，電力系統的輸配量可以得到優化，從而進一步降低了系統的運營費用。同時，大大提高了電力系統的傳輸效率，有效地解決了傳統輸電模式下的電力損失問題。同時，通過智能電網，可以調節本地負載，提高電網的平衡性。

2 智能電網中繼電保護應注意的幾個問題

隨著智能化電網的大規模建設，電力系統將會從傳統的輸電模式中擺脫出來。當然，在智能電網建設中，對繼電保護的使用應給予足夠的重視，采取適當的措施，可提高電網運行的穩定性。

2.1 適當調整保護定值

由于智能電網具有高度的靈活性和不確定性，在其運行中，存在著各種可能出現的情況，因此，對其進行定值保護是非常重要的。當電網的運行模式發生變化時，相應的保護定值也要相應地調整，以使保護的作用得到最大程度的發揮。由于電網中的傳感器數量眾多，其高靈敏度的特點使其容易受到外部環境的干擾，從而影響到保護的定值。同時，在電力網運行時，必須密切注意周圍環境的變化，并分析其對保護定數值的影響，并根據實際情況，合理地調整保護定值，保證電網的正常工作。

2.2 改善繼電保護裝置的安全性

由于智能化電網的信息廣域化，使得安全自動化設備的性能有了很大的提高，能夠最大限度地減少故障的發生，并為電網的運行創造一個更加安全的條件。

2.3 繼電保護裝置結構的變化

隨著電力系統的數字化和網絡化的發展，電力系統中繼電保護系統的信息采集和傳輸機制也相應地發生了變化，從而使保護系統的工作效率得到了提高。另外，由于網絡共用信號的變化，相應的保護裝置的配置也會相應地發生變化，因此在信息分享時，應注意分析保護裝置的配置狀況，并對其進行適當的修改，以提高信息傳輸的穩定性。

3 基于專家系統的定值固化設計

當電網設備發生異常時，需要對其輸出進行分析，從而進行故障分析。在這種情況下，定值固化技術是非常可行的，能夠為各種設備的整定提供工具，并對其進行適當的調整。該方法是一種比較實用的方法，其特點是建立知識庫和推理兩個部分。尤其是知識庫的建設，指的是要創造出能夠滿足智能電網繼電保護要求的各種知識，包括知識標識、知識分類、知識維護等。而對于知識推理，則是通過分析處理的結果，得出相應的定值固化方法，這個過程主要是推理的方向和沖突消除策略的確定。

3.1 建立知識庫

本文將面向對象的概念引入到專家系統中，使得專家系統包含類、子類和客體三大部分。具體地說，定值可以將所有的規則和方法都固定在一起，這樣才能將知識進行歸類，每一種固定的數值固定方式，都需要相應的知識，通過文檔或者知識庫的方式進行存儲，才能起到相應的作用。

定值的固化包括兩個部分，分別是專業知識與通用知識。對于前者，僅能將其用于特定的電力系統，因而有很大的限制；而后者由于其通用性較強，其應用領域也有所拓展。在此基礎上，根據電力系統中的繼電保護指南，結合電力系統的專業知識，建立了相應的知識庫（如圖1所示）。通過對電網知識的分類，可以得到一次設備知識、互感器知識、二次設備知識。

圖1 知識分類結構圖

圖2 知識庫設計框架

在圖2中顯示了知識庫的設計結構。在這個時候，知識和推理是分開的，如果有新的知識，只需要對知識庫進行更新就可以了，這樣省去了修改程序的麻煩。繼電器的知識必須儲存在資料庫中，表2列出了有關其實用儲存格式。該方法具有較好的穩定性，當發生故障時，可以對相關的專家進行維護。尤其是當系統投入使用后，其后續的維修工作就變得非常重要。基于知識的維護體系，增加了一種新的檢測方法，當專家的知識庫發生變化時，系統會自動對這些知識進行分析，看看這些知識的格式是否符合規定。

表2 繼電保護知識在數據庫中的存儲格式

3.2 知識推理

專家系統實施的決策策略將直接關系到專家系統的知識推理處理的質量。在這樣的大環境下，對推理的機理進行深入的研究是十分必要的。

從推理的角度來看，可以分為正向、反向和混合雙向推理。與此相比，前兩種方法都能高效地得出結論，但通常都有次序問題。因此，筆者選擇了一個混合的雙向推理方法，詳細過程如圖3所示。

從圖3中可以看出，該方法遵循了先反后正的基本原理，首先采用反向推理方法，獲得相關的結論，然后再對正向推理進行初始化運算，再由正向推理得出最后的結論。

圖3 知識推理流程

根據啟發式搜索策略，進行決策檢索，首先要獲取已過濾的數據，然后再與判斷機制進行匹配，從而獲取相應的知識和信息。在此基礎上，根據深度優先搜索的方法，進行與相應的策略的匹配，最后得到相應的結果。

在此基礎上，提出了一種能有效地解決各類沖突問題的沖突消除策略。本文中，筆者充分考慮了設備類型、保護設備型號等因素，并以此為約束條件，以消除沖突。在確定了一定的限制條件之后，系統才能進行下一步的操作。

4 結論

總而言之，鑒于傳統的定值比對方法存在效率低以及其他風險等問題，本文提出了一種能夠為電網安全運行創造有利條件的定值固化體系。本系統適用于各類儀器的使用，并使用統一的定值模板，結合模糊匹配技術，實現了首次匹配、關鍵詞匹配等功能，并對設備的參數進行了比較和分析。在專家系統定值固化法的作用下，采用混合正反兩種推理方法，實現了設備的固化。通過對電力系統的仿真，實踐表明，本設計方案能夠為電網的安全運行提供可靠的保證。