基于模糊支持向量機的線路繼電保護光纖通信應用技術

摘要：傳統的繼電保護方法往往依賴于主觀因素，難以適應復雜多變的運行環境。因此，文章研究新的繼電保護方法，提出基于模糊支持向量機的線路繼電保護光纖通信應用技術。文章采用光纖傳輸作為通信裝置中的通信技術，設計繼電保護光纖通信裝置結構，采集線路狀態數據，輸入模糊支持向量機模型進行分類，根據分類結果，判斷線路的健康狀況、負載情況等關鍵信息，構建基于模糊支持向量機的線路實時狀態傳輸通信流程，實現線路繼電保護光纖通信技術應用。實驗結果表明：所設計技術能夠有效地提高繼電保護的處理效率。

關鍵詞：光纖通信應用技術；線路繼電；電力系統；模糊支持向量機

中圖分類號：TM773 文獻標志碼：A

0 引言

在電力系統中，線路繼電保護不僅須要在故障發生時迅速、準確地切斷故障線路，防止故障擴大，還須要在正常運行時實時監測線路狀態，為系統調度和決策提供可靠依據。因此，對線路繼電保護技術的研究和應用具有重要的理論意義和實用價值。近年來，光纖通信憑借高速率、大容量、低損耗等優點，在電力系統通信中得到了廣泛應用。特別是在線路繼電保護領域，光纖通信技術的應用極大地提高了保護的可靠性和實時性。如何充分利用光纖通信技術的優勢，提高線路繼電保護的準確性和可靠性，成為當前研究的熱點和難點。模糊支持向量機作為一種新型的機器學習算法，通過將模糊理論引入支持向量機，使得算法能夠更好地處理數據中的噪聲和不確定性，從而提高分類和預測的精度。因此，將模糊支持向量機應用于線路繼電保護中，具有重要的研究價值和廣闊的應用前景。

靳艾靜［1］通過設計了面向電容電流補償的風電交流線路繼電保護方案，對風電送出線路新型電容電流調控過程進行分析，并對電抗器接地零序差動保護展開研究，但該方法的故障識別準確性效果較差。李進等［2］針對無線通道傳輸光纖信號的技術方案，從信號同步、防雷設計、協議制定、安全保障、網絡管理等多個方面進行了詳細的分析與論述，從而構建了一套完整的技術方案，但并未對該技術的抗干擾能力進行深度研究。本文利用光纖通信的高速、大容量特性，實現保護信息的實時傳輸和共享，提高保護的可靠性和響應速度。

1 線路繼電保護光纖通信應用技術

1.1 設計繼電保護光纖通信裝置結構

光纖傳輸不受電磁干擾的制約，能夠確保信號的穩定傳輸［3］。本文采用光纖傳輸作為通信裝置中的通信技術，設計的繼電保護光纖通信裝置結構如圖1所示。

該裝置在線路的繼電保護過程中，能夠將收集到的高電壓/電流數據首先通過二次霍爾傳感器進行處理，將其轉化為較低的電壓/電流信號；然后為保證通信的最大效率，通信會經過帶通濾波器和二級低通濾波器；最后對經濾波器處理過的信息進行增強處理，使得信息強度在芯片所能處理的3.3 V范圍內。

1Myjr3qoMeVH7lOtmMpd5w==1.2 基于模糊支持向量機的線路實時狀態傳輸通信

模糊支持向量機通過引入模糊理論，使得模型在處理具有不確定性和模糊性的數據時具有更高的靈活性和適應性。由于每個樣本都被賦予了不同的權重，模型可以更加關注對分類結果有重要影響的樣本，從而提高分類的準確性和魯棒性。因此，本文設計的光纖通信裝置可實時采集線路狀態數據，并輸入模糊支持向量機模型進行分類。根據分類結果，系統可以實時判斷線路的健康狀況、負載情況等關鍵信息，并通過通信協議將相關信息發送給監控中心或相關設備［4］。本文設計的基于模糊支持向量機的線路實時狀態傳輸通信流程如圖2所示。

為了準確獲取短路故障電流信號的特征量，明確故障發生的精確時刻，本文收集該時刻后的一段電流信號，對信號進行相應的變換處理［5］。在線路繼電保護中，一般采用的是三段式電流保護，為提高電流速斷保護的可靠性，改進后的三點采樣信號的計算公式如下：

公式中，α代表衰減誤差；Δt表示時間增量；i1、i2、i3、u1、u2、u3分別表示電流、電壓采樣的3點。

1.3 構建線路實時狀態通信應用技術

構建線路實時狀態通信模型是線路繼電保護光纖通信領域的一個重要環節，涉及數據收集、處理、分析以及通信協議設計等多個方面，須要綜合運用通信技術解決實際問題。該模型可以實現對線路狀態的實時監測和預測，為電力系統的安全穩定運行提供有力支持，從而確保電力系統的安全穩定運行［6］。線路實時狀態通信模型的建立主要包括訓練集樣本點隸屬度的計算、結合模糊訓練集求取故障診斷結果、構建線路實時狀態通信應用技術。詳細步驟如下：

步驟一：將收集到的各個信號進行故障模擬，以A、B、C三相與電流特征量作為輸入向量。為得到故障類型的模糊支持向量機中的訓練集構建決策函數，本文設計的故障診斷的最優分類函數表達公式如下：

f（x）=β×k（x，xi）+b0（2）

公式中，β代表分類系數；b0表示常數項；k（x，xi）代表徑向基核函數。

步驟二：某樣本節點的決策函數的隸屬度計算公式如下：

公式中，x表示樣本節點；p代表輸入向量的個數；xi表示支持向量。

步驟三：設定一個模糊訓練集：

s=（x1，y1，δ1，...，xn，yn，δn）（4）

公式中，δi表示某一故障類型的隸屬度。

步驟四：將s作為輸入，通過線路中繼電保護光纖通信裝置的實時狀態計算出判別函數系數β和常數項b0。假設訓練集和測試集樣本點對應的決策函數值為y，設定好相關參數后，得到支持向量機回歸模型，其表達公式如下：

f（y）=sign（βk×yi+b0）（5）

步驟五：當輸入測試集中各樣本點對應的決策函數值時，模型會輸出隸屬于某一類的隸屬度。通過設定合適的閾值，得到準確的故障診斷結果，完成線路實時狀態通信應用技術構建。

2 實驗測試與分析

實際的測試結果會受到實驗設計、數據集、實驗參數等多個因素的影響。因此，在進行實驗時，須要綜合考慮各種因素，并進行充分的驗證和測試，以確保實驗結果的準確性和可靠性。

2.1 實驗參數

為驗證基于模糊支持向量機的線路繼電保護光纖通信應用技術的可行性，本文進行實驗測試與分析。以A市的一智能變電站進行案例分析，收集該站內10個繼電保護設備連續運行2個月的數據，用于后續的測試與分析。該智能變電站配備有3個主變壓器，分別被標記為1#、2#、3#，每個主變壓器的電壓均為22 kV。實驗整體選用MATLAB軟件作為測試平臺，表1為本次測試中設置的各項參數。

本實驗將本文方法與靳艾靜［1］方法、李進等［2］方法進行比較測試，實驗過程中將測量3種方法在線路中的繼電保護通信傳輸質量。

2.2 實驗準備

將繼電保護通信裝置安裝至線路中以保證線路的正常運行。線路各層次之間數據傳輸信息的時間要求如表2所示。

2.3 實驗結果與分析

基于上述實驗準備，3種方法的數據傳輸速率測試結果如表3所示。

由表3可知，本文提出的基于模糊支持向量機的線路繼電保護光纖通信應用技術相較于靳艾靜［1］方法和李進等［2］方法，能夠有效地提高繼電保護的處理效率。在應用模糊支持向量機進行故障檢測與分類的同時，光纖通信系統的性能也得到了優化。通過合理設置通信參數和采用高效的通信協議，光纖通信系統的數據傳輸速率和穩定性得到了提升，從而確保了故障信息的實時傳輸和處理。

3 結語

基于模糊支持向量機的線路繼電保護光纖通信應用技術，作為電力通信領域的一項創新技術，展現了顯著的優勢和巨大的潛力。該技術不僅提高了線路繼電保護的準確性和可靠性，而且通過模糊支持向量機的應用，進一步提升了通信的智能化和自適應能力。在實際應用中，該技術已經取得了顯著的成效，不僅能夠實時監測線路狀態，準確判斷故障位置，還能夠快速響應并采取相應的保護措施，從而有效避免了電力事故的發生。未來的研究工作可以在提升電力通信系統的智能化水平、提高電力網絡的穩定性和安全性等方面深入分析。

參考文獻

［1］靳艾靜.面向電容電流補償的風電交流線路繼電保護分析［J］.現代工業經濟和信息化，2024（1）：261-262，266.

［2］李進，張濤，薛明軍，等.基于無線通信技術的線路差動保護關鍵技術探析［J］.信息通信，2020（11）：8-11.

［3］李道圣.電力繼電保護業務通信通道研究［J］.長江信息通信，2021（2）：212-214.

［4］程秀芝，程軍，關付生，等.基于距離保護的輸電線路繼電保護設計研究［J］.能源技術與管理，2023（5）：36-38，55.

［5］張晉菁，吳奎忠，劉文斌，等.一起220 kV線路多次高阻接地故障的跳閘分析［J］.吉林電力，2023（6）：44-47.

［6］薛明軍，陳福鋒，楊林剛，等.海上風電交流送出線路繼電保護優化設計［J］.電力系統保護與控制，2023（20）：150-159.

Application technology of line relay protection optical fiber communication based on fuzzy support vector machine

Abstract： Traditional relay protection methods often rely on subjective factors， and it is difficult to adapt to the complex and changeable operating environment. Therefore， the new relay protection method and the application technology of optical fiber communication based on fuzzy support vector machine are proposed. The optical fiber transmission is used as the communication technology in the communication device， design the structure of relay protection optical fiber communication device， collect the line status data， input the fuzzy SVM model， and judge the key information according to the classification result， construct the real-time state transmission communication process based on fuzzy SVM， and realize the research on the application technology of optical fiber communication for line relay protection. The results show that the designed technology can improve the efficiency of relay protection.

Key words： optical fiber communication application technology; line relay; power system; fuzzy support vector machine