人工智能背景下的電力系統繼電保護技術分析

陳征宇

舟山華電風力發電有限公司 浙江 杭州 310000

1 智能電網及繼電保護技術的特點

1.1 智能電網

智能電網就是對電網進行智能化改造，基于集成化、高速雙向通信網絡，配備了先進的傳感技術、測量技術、控制方式與決策支持系統，使電網能夠始終處于安全、高效、經濟化狀態下運行。

與普通電網相比，智能電網具有自愈性、激勵性功能，可以確實滿足大眾日漸提升的用電要求，允許不同發電形式設備接入，對啟動并加快電力市場發展進程具有重要意義。

在智能電網實際運行過程中，可以使每個用電用戶的用電行為均能夠得到實時監管、每個電力設備節點信息雙向流動、電力市場交易與電網成員無縫銜接。具體而言，智能電網的特征主要體現在以下幾方面：

安全性[1]。智能電網自身具備較強的自愈與自適應能力，可以從根本上控制大規模停電事故出現，切實保障電力系統實際運行過程中的設備安全；

兼容性。智能電網可以保障傳統集中性大電源設備接入，也可以接入太陽能、風能等新型分布式能源系統，實際兼容性更高；

靈活性。智能電網可以實現供電企業與用戶之間的實時互動，使電力資源得到優化配置，電網運行期間的經濟效益更為顯著；

通過分析智能電網的運行特征發現，智能電網大部分功能的實現需要建立在信息處理與通信支撐方面。

我國于20世紀末開始展開智能電網的建設工作，借助西電東輸項目，將煤電、水電、核電等資源進行跨越式運輸，使各地區均獲得了充足的電力支持。在當前智能電網建設環節，主要以建設堅強智能電網為主，以高壓電網為脈絡，將發電裝置、輸電裝置與變電裝置結合在一起，具有更加鮮明的數字化、信息化與自動化優勢。

1.2 繼電保護技術的特點

依照配電網實際操作要求，在配電網管理過程中，需要加強內外循環管理力度，分析影響電網正常運行水平的各類因素，切實增強電力資源實際傳輸效果。在電力系統實際運行過程中，經常會遇到諸多因素影響，因此需要制定出專項管控機制，控制安全故障問題發生概率。工作人員需要通過考核后持證上崗，確保繼電裝置保護實施方案能夠高質高效運行。

在電力系統運行故障問題發生后，繼電保護裝置能夠快速判斷出故障發生位置，采用切斷隔離措施，保護電路中其他設備及元件不會受到不利影響。在繼電保護裝置實際運行期間，主要通過測定瞬時電流大小判斷電力系統具體運行情況，也被稱之為電流速斷保護。

繼電保護裝置應當保障自身的高度靈活性，確保在設備發生故障后，能夠及時采取有效的保護措施，制定正確反應動作，為后續故障方案的制定提供重要理論依據。

2 智能電網背景下繼電保護技術分析

2.1 保護重構技術

在智能電網背景下，保護重構技術主要就是基于循環方式的繼電保護信道重構。在電力系統實際運行期間，電力設備繼續受到外界環境因素影響，導致繼電保護系統出現退出或誤動作，引發安全穩定裝置連鎖動作，導致大面積停電問題發生。為確保智能電網下的繼電保護裝置能夠充分發揮出應有作用，還需要建立起可靠的通道，快速切斷故障部位。復制所有通信鏈路，實現通信鏈路配置的雙重化目標。配合使用迂回通訊通道，可為故障問題的解決提供一條臨時信息傳輸路徑，作為自然條件下的智能電網臨時主保護裝置，保障智能電網系統安全高效運行。

2.2 智能傳感技術

在電力系統繼電保護技術應用過程中，配合使用智能傳感技術可以從根本上提升信息的采集與利用水平。借助變壓器保護手段，以傳感技術為基礎，在一側與二側電網處均配備智能傳感器。由于變壓器功能不同，需要選擇適宜的傳感器種類，如振動傳感器、溫度傳感器、液面傳感器以及流量傳感器等。在一次側與二次側位置安裝振動傳感器，可以檢測設備運行期間的位移量；溫度傳感器和檢測設備運行期間的溫度；液面傳感器能夠檢測油面位置。

現階段智能電網也出現了光電流互感裝置與光電壓互感裝置。通過將兩互感裝置應用在電力系統中，可以切實保障電力設備電信號轉化水平，便于后期對設備運行情況進行計算保護與測量，并將信號更為精準地傳送到網絡主控室。主控室借助網絡系統，對被保護電力設備進行操作控制，借助一體化裝置執行斷路器的操作。

隨著人工智能技術在電力系統繼電保護裝置中的應用普及度更高，還可以借助智能傳感技術采集輸電線路、發電裝置、變壓器信息，對繼電保護裝置及活動的運行狀態進行全面評估，精準確定故障出現部位，并制定出專項可行的繼電保護裝置調試與檢查方案。

2.3 廣域保護技術

廣域保護系統主要包括僅涉及故障或擾動后的系統保護、保護功能拓展后的故障切除常規保護。通過使用廣域測量技術測量電力系統運行期間的信息數據，與常規保護手段結合在一起，對故障發生部位進行快速切除，并且切除后的部位進行在線安全分析，采用合理方式防止大規模或系統重建問題出現。

不同區域廣域保護系統的要求不同，各階段掌握的技術種類存在較大差異。現階段廣域保護技術可分為SCAD/EMS系統、帶系統保護終端平面結構、多層結構。

廣域測量技術是現階段的智能電網下電力系統繼電保護裝置電路分析重要手段，在電力系統處于非穩定狀態如功率搖擺狀態的情況下，設備運行期間的電壓及電流值變化較為緩慢，可以將磁變化作為設備穩定狀態，評估設備運行行為。借助廣域同步向量測量技術，可以增強繼電保護裝置在線不穩定預測、故障錄波、擾動錄波、輸電及發電系統計算模型檢驗等功能，為從根本上提升系統綜合管控水平，充分發揮出繼電保護裝置應用功能奠定了堅實基礎。

2.4 基于自動化技術二次設備狀態檢修

微機保護和微機自動裝置能夠實現自身狀態監控，從根本上提升繼電保護設備的狀態監管水平。保護軟件裝置內部主要包括存儲器、電源、CPU等構件。借助自動化系統，可以將各站的二次設備診斷信息上傳至控制主站。主站通過分析此些信息，發現存在于系統運行期間的各類問題，并就此些問題發生位置與發生原因制定相應解決對策，投入或退出等保護。

借助二次設備，將信息上傳至監控系統，由監控系統對這些信息進行集中處理，提取設備狀態故障信息。配合使用故障診斷平臺，判斷設備實際運行狀態。在設備智能化管控過程中，故障診斷系統是主要工具，可以從根本上提升設備狀態檢測水平。在故障診斷系統實際運行過程中，需要著重關注信息狀態的檢測工作，配合使用專家數據庫內大量理論知識，評估二次設備運行狀態，結合故障診斷平臺專業人員對自檢信息進行分析，分析電力設備故障發生位置、故障發生原因以及故障影響范圍，制定出專項可行的設備維護技術方案。

2.5 新能源并網

在智能電網建設與發展過程中，還需要著重關注可再生新能源的使用工作，如風能、水能、光伏能源等。由于新能源種類較多，獲取難度較小，可再生性強，能夠有效解決地區發展與資源緊缺矛盾問題。但就目前來看，新能源的來源并不穩定，相應的開發技術尚未成熟，仍需要對現有繼電保護裝置進行不斷優化，增強新能源場站在電力系統中的穩定性與可靠性。

2.6 電力電子元件的應用

智能電網下的電力系統繼電保護裝置還應當著重使用電力電子元件，如功率整流二極管、可管斷晶閘管、功率靜電感應晶體管等。在設計繼電保護裝置過程中，為避免電力電子元件開關頻率較大，產生的諧波對電網運行狀態造成不利影響，還需要設計出柔性交流輸電系統，完善電網監控系統內部功能。

2.7 變壓器繼電保護

在電力系統實際運行期間，變壓器可直接影響到系統運行質量及效率，需要將人工智能技術應用在變壓器保護工作中。

首先，對變壓器瓦斯進行保護。電力系統內部變壓器油箱設施經常會因故障問題產生有毒或易燃氣體，嚴重影響到電力系統運行期間的安全性。可使用人工智能設施能夠自動監測變壓器油箱內瓦斯含量。如果瓦斯含量超過安全限值，可自動進行斷電操作并發出預警，以有效控制故障問題發生概率，避免在變壓器運行過程中出現較大安全事故問題；

其次，對于變壓器短路情況進行保護。配合使用人工智能技術，能夠借助抗阻電磁保護裝置管控電力系統變壓器短路情況，使變壓器發生短路時也能夠自動運轉。

最后，借助人工智能技術做好暫態穩定計算工作。在電力系統運行工作開展期間，人工智能技術還可應用在變壓器狀態穩定計算過程中，通過對變壓器電源線進行跟蹤及布置，為繼電保護裝置安全可靠運行提供必要數據支持。通常情況下，暫態穩定計算工作需要對電路進行假設，判斷電路故障問題發生原因，針對此原因制定專項可行解決方案。如果在實際分析期間并沒有出現各因素排斥問題，則假設結果正確。如出現排斥情況，則需要進行重新假設，并以此類推找尋到真正引發故障問題的原因；配合使用計算機及人工智能計算方式，借助穩定分析結果增強電力系統保護水平。相較于傳統變壓器運維管控模式而言，將人工智能技術與站臺穩定計算工作結合在一起，可以切實提升系統運維管控水平，有效控制變壓器故障問題發生概率。

3 人工智能背景下繼電保護技術的發展

在電力系統實際運行過程中，經常會出現各類不良因素影響系統運行期間的穩定性，因此在智能電網建設與運營過程中，需要配合使用更加先進的繼電保護技術與配電自動化手段，對系統可能出現的安全漏洞問題進行細致分析，精準劃分故障區域，傳達故障通知信號，快速解決故障問題。

借助繼電保護與智能傳感器裝置，快速鎖定出現故障問題的電力設備位置，分割故障區域，控制設備故障問題對周邊電力系統運行效果造成影響。就目前來看，繼電保護與配電自動化系統雖然在實際功能上存在較大差異，但均已保護電力系統，高效平穩運行為目標。

為從根本上提升繼電保護裝置的智能化及網絡化水平，需要確保保護裝置具備功能完善、運行性能高等優勢，能夠在電力系統中起到一個智能終端的作用。保護裝置可以在網絡上獲取與電力系統及系統故障維護相關的信息資料，并將這些信息資料傳輸到網絡控制中心。因此微機保護裝置可具備繼電保護功能，還可以在系統正常運行的情況下做好測量、控制、通信等工作[2]。

在人工智能背景下繼電保護裝置不僅應當做好切除故障元件、降低事故發生概率的工作，還是要采用合理方式為系統運行提供一個安全穩定的環境。要求各保護單元的共享系統運行及故障信息數據均能夠得到高效應用，加強微機保護裝置的網格化水平[3]。因人工智能系統的學習功能強大，在電力設備故障頻繁發生的情況下，保護裝置后期的檢驗精準度就會越高，使繼電保護效果能夠得到根本上提升。

4 結束語

總而言之，電力系統繼電保護裝置是保障電力資源平穩供應的關鍵所在，也是促進地區經濟發展的重要研究課題。在人工智能技術不斷成熟的當前背景下，繼電保護裝置也需要切實提升各類資源的利用率，及時發現與解決系統故障問題，從根本上提升電力系統實際運行期間的經濟效益與社會效益。