探讨物联网技术在继电保护中的应用研究

【摘 要】 根据电网系统中继电保护技术的发展过程，结合继电保护任务及原理进行回顾性分析，并在传统继电保护技术基础上融合先进的计算机网络技术和传感器技术，提出利用基于物联网技术对继电保护技术结构和特征上的计算机化采集、网络化传输和智能化应用的分析性研究。

【关键词】 继电保护 物联网技术

我国的经济建设正在飞速的发展，促使电力需求规模的不断增大，覆盖的区域非常辽阔。随着电力建设的不断扩大以及日益复杂的电网结构，电力系统中的各项保护设施对于电网的安全运行起到了到关重要的作用。而继电保护作为电力系统的“保护者”，扮演着极其重要的角色，从而保证经济能源的持续供应。继电保护是电力系统重要组成部位和核心技术保障，其发展是随着电力系统的发展而发展起来的，最早的熔断器，后来出现的从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置，其发展技术朝着计算机化、网络化、智能化方向飞速地发展。

1 继电保护基本任务与原理

当电力系统的被保护元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生故障时，继电保护装置应能自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，防止故障范围扩大，以保证无故障部分继续保持正常运行，并使故障元件免于继续遭受损害；当电力系统的被保护元件出现异常运行状态时，继电保护装置应能及时反应，根据运行维护条件，向运行值班人员发出声光报警、图文信息等警告信号。此时一般不要求保护系统迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度设定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。

继电保护根据电力系统中元件发生短路或异常时，采集计算电气量（电流、电压、功率、频率等）的变化，构成继电保护动作条件，当然也有其他的物理量，如变压器油箱内部短路时伴随产生的瓦斯气体和油流速度的增大或油温的升高等。大多数情况下，无论反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分、逻辑部分、执行部分三个部分，其过程可分为三步：数据的采集、传输、应用。

2 物联网技术的架构特征

物联网应该具备三个特征：一是全面感知，即利用射频标签（RFID）、传感器（互感器）、读卡器等任何时间，任何地点都可获取物体的相关信息；二是可靠传递，通过各种独立网络（内网）与互联网的融合，将物体的相关信息实时准确地传输出去；三是智能处理，利用各种智能计算技术，如人工智能、云计算、神经网络等，进行海量数据信息分析与处理，对物体实行智能化地控制。因此，物联网大体被公认为三个层次：底层是感知层用来感知数据；中间层网络层进行数据传输，上层则是应用层。

2.1 感知层

感知层包括传感器等数据采集设备，包括数据接入到网关之前的互感器网络。感知层是物联网发展与应用的基础，RFID技术、传感和控制技术、短距离无线通信技术是感知层涉及的主要技术，其中又包括芯片研发、通信协议研究、RFID材料、智能节点供电等细分技术。

2.2 网络层

网络层将建立在现有的移动通信网和互联网基础上，由各种私有网络、有线和无线通信网、网络管理系统、互联网和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。

网络层中实现以数据为中心的物联网的核心技术是感知数据处理与管理技术，其包括传感网络中数据的查询、存储、挖掘、分析、理解和感知数据决策和行为的理论与技术。

2.3 应用层

物联网的应用层是通过对感知数据进行分析处理，来为用户提供特定的服务，可分为监测型（污染监测、物流监测）、查询型（远程抄表、智能检索）、控制型（路灯控制、智能家居、智能交通）、扫描型（高速公路不停车收费、手机钱包）等。应用层是物联网发展的目的，软件开发、智能控制技术将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。各种行业和家庭应用的开发将会推动物联网的普及，也给整个物联网产业带来利润。

3 继电保护中物联网技术的应用

近年来，随着传感器技术、计算机技术和通信网络技术结合的物联网时代的到来，继电保护技术得到快速的改变和发展。

3.1 继电保护计算机化采集

继电保护计算机化是以数字式计算机为基础而构成的继电保护。一整的微机保护装置主要由硬件和软件两部分构成：硬件指模拟和数字电子电路，提供软件运行的平台，并且提供微机保护装置与外部系统的电气联系，具体包括数据采集系统、CPU主系统、开关量输出、输入系统及设备等；软件指计算机程序，由它按照保护原理和功能的要求对硬件进行控制，有序地完成数据采集、外部信息交换、数字运算和逻辑判断以及动作指令执行等各项操作。

继电保护计算机化除了具有继电保护的基本功能外，还解决了大容量故障信息和数据的长期存放空间功能、提高数据快速处理能力、提升了通信功能和全系统数据共享功能等问题。

3.2 继电保护网络化传输

随着网络技术的发展，继电保护网络系统软件功能将不断完，配置将更加灵活。如采用基于Web语言的客户端和大容量数据库服务器、高性能数据处理服务器构成的继电保护网络管理系统。人机交互更加简便，可采用更加复杂的整定算法和自适应控制方法。

继电保护网络化技术就是通过通过计算机网络将全系统各主设备的保护装置联接起来，即实现微机保护装置的网络。其基本系统是一个基于B/S模式的三层网络结构系统如图1所示。系统由五大功能子系统构成，子系统完成自己定功能并处于不同物理位置提供服务。

3.3 继电保护智能化应用

近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。常规的电力系统故障、异常的检测、报警、排除的技术，普遍采用微机保护技术通过编程对特定的物理信号采取固定的动作，决策也是对已知问题的固化式解决，对未知问题则可能误决策。而基于物联网智能应用，可通过智能决策支持系统，将人工智能与继电保护知识进行有效的结合，运用计算机专家经验进行模拟，解决继电保护中的决策判断，实现继电保护的智能化。同样，神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络技术可容易解决这些问题。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误动或拒动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的模拟，只要样本集中充分考虑了各种故障情况，发生任何故障时保护不会误动作。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合继电保护可使问题解决地更快。继电保护的智能化必将会得到广泛应用，以解决用常规方法难以解决的问题。

4 结语

电力是国民经济的命脉，与人民生活息息相关，而继电保护作为系统的重要部分和核心技术保障，占居着极其重要的地位。继电保护发展至今，随着物联网技术在电力领域的广泛应用，电网中各种先进技术将用运用到继电保护，成为一个多学科、多领域的研究范畴。在物联网发展的大背景下，对继电保护工作者提出了艰巨的任务，同时也创造了更多研究的新天地。

参考文献：

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