电力系统新型保护与研究

摘 要 随着人民生活水平提高，对电能的需求量急剧增长，电网规模也有了相应的扩大，以至于整个电力系统的供电压力增大，在此情况下，很容易出现故障，阻碍系统的正常运行，甚至危害工作人员的人身安全。因此，其安全保障问题成了人们关注的焦点。继电保护装置是系统安全的前提保障，能够有效地对出现的故障进行合理的处理，从而最大限度的减少损失，所以受到广泛应用。

关键词 电力系统；新型保护；继电保护装置

中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）11-0000-00

在经济飞速发展的背景下，我国的供电量不断攀升，电力工程承受的负荷也是空前巨大，电网的容量增大，且正朝着远距离、高电压的方向前进，各电网之间的关系越来越紧密，同时也变得更为复杂。有鉴于此，电力系统的安全问题引起了全社会的高度重视，如若发生故障，能够及时关闭故障元件是最好的解决方法，而继电保护无疑是最理想的选择。一旦继电保护失去效用，引起的后果不堪设想，因此，必须加强其可靠性以及安全性，保证其能够稳定运行。经过长期发展，继电保护技术呈现出多元化发展趋势，且在许多新技术的带动下不断地完善。

1 继电保护技术的历史和现状

1.1 发展过程

我国的继电保护技术开始于上世纪60、70年代，发展初期采用的是晶体管的继电保护器，因符合当时需求，得到了大力普及。接着研发出的是集成电路保护，该技术的前提是集成运算放大器。随着技术的不断进步，微机保护继电装置开始兴起，并得到广泛使用。结合目前具体情况对其发展过程进行分析，可大概推测出其以后的发展方向，即朝着电子化、网络监控化的方向发展。

1.2 应用现状

1）如何做好设备选型。在继电保护技术应用中，要想使其功能得到最大发挥，首要任务是做好设备选型工作。如何做好设备选型的工作，需注意以下几点：继电保护装置应与系统需求相适应，且能够正常履行其该有的义务功能。利用继电保护装置能够对电力系统的运行状态进行实时监控，一旦发现有故障出现，能在第一时间内发出警报并根据自动选择进行切除故障。而网络技术的发展，也被引进了继电保护领域，从而形成了现代自动化、网络化监控的模式。因此，在设备选型时，需从继电保护的基本功能入手，并对其可靠性、灵敏性以及速度性等多方面都做详细的考虑，不管是品牌还是型号，都要与系统需求相符，这样才能保证系统正常运转。

2）继电保护功能的应用探讨。就现代继电保护应用而言，较为常用的功能主要包括线路保护、主变保护、母联保护以及电容器保护功能等。在输变电过程中应用继电保护功能，能避免因故障而带来的损害，或将损失减到最低。一般来说，继电保护装置多采用二段式或者三段式的电流保护，对短路诸故障能起到很好的防范作用。而且，主变保护和母联保护也能保护输变电的设备，减轻了故障造成的损失。现代继电保护装置大都具备微电脑处理技术，能够实现自动监控、快速保护断开等功能，对电力系统的安全运行提供了可靠的保障。

3）继电保护技术的网络化和智能化。当前社会，各种技术都有了不同程度的进步，继电保护技术在不断发展中也吸收借鉴了许多技术，涉及面很广，如计算机、现代自动化以及网络技术等等。在多种技术的结合下，继电保护技术开始朝网络化、智能化方向发展。单片机技术的引入就是很好的见证，实现了微机化的保护应用，不但提高了其工作率的准确度，结合快速数据处理功能，还能对变电设备计算机系统起到良好的保护作用。利用网络通信，有利于监控人员对故障信息进行全面而正确的接受。可以这么说，在现代继电保护应用中，计算机技术起着关键性的作用，很大程度上决定着系统能否稳定供电。

如今，智能化技术在继电保护领域得以应用，使得继电保护装置的稳定性智能性都有了一定的提高。 智能化技术不仅为继电保护装置提供了更新的技术支持，还为现代电力系统智能化控制与保护奠定了基础 。集智能化技术、计算机技术、网络通信技术以及单片机技术于一体，有利于促进现代屯力系统继电保护与输变电的综合自动化。

2 网络继电保护与控制技术

该技术主要是在通信技术的基础上，将电力系统的运行状态以数字化的形式发送至继电保护控制系统，一旦有故障出现，控制系统会自动对其分析判断，然后发送控制命令，以完成继电保护工作。

2.1 构成

该系统的构成部分主要包括数字传输网络、测控装置、人机对话界面以及网络继电保护控制服务器等。其中，测控装置主要负责各个设备交流信息机信号的采集工作，将收集的模拟信号转变为数字信号发送至控制系统。当继电保护器和控制子系统都处于正常运行状态时，则对变电站实时监控；如果有故障发生，将替代完成系统的继电保护功能。而继电保护器和子系统都只是和某一个变电站相对应，也就是说，它们只能对与其相应的变电站进行数据收集工作。以至于系统服务器虽有故障发生，继电保护装置仍能够保护其相对应的变电站。数字传输网络起着桥梁作用，主要负责与系统服务器相连接，以及数字信息的传递工作，包括服务器和子系统之间的信号交换。网络继电保护控制系统主要负责接收信号的分析整理工作，它将固定的逻辑关系提前设置好，以方便对信号做出判断，并通过数据指令的形式来完成对各个设备的保护工作。人机对话界面是控制者和系统交流的有效途径。

2.2 数据流的运行模式

对网络继电保护器而言，数据流主要是靠分散采集、集中处理的形式运转的。在整个系统运行过程中，由测控装置对各个变电站进行信号收集，然后借助数字网络传输发送至服务器，然后做分析处理。在这个过程中，可将原件分成网外原件、网间原件以及网内原件三种。网外原件是指至少有一个端点是位于电路接线图中的，其收集不到端电外的信号；网间原件的端点在接线图之外，但从中能够获得有效信息；网内原件则是指所有的端点都能在电路接线图中找到。使用这种运行模式，不用对每个原件设置专门的信号通道，就能够得到原件两端的参数，以便于进一步对系统运行状态做出判断，同时还利于实现继电保护功能。

3 电力系统的智能化技术

电力系统非常庞大复杂，具有强非线性和时变性，因此，其各项参数也都在不断地变化中，且含有大量未建模动态部分。由于电力系统覆盖的面积较广，很多软件的物理特性都存在缺陷，这就加大了控制难度。随着科技的不断进步，专业人士积极探索，使得电力系统朝着智能化发展，以下介绍几种智能控制技术。

3.1 线性最优控制

在现代控制理论中，线性的最优控制成功地将优化理论同实际相结合，有效地应用在控制问题中，是控制理论系统不可或缺的一部分。现代控制理论五花八门，线性最优控制是应用范围最广的一种，除此外，还显得很成熟。有人提出了利用最优励磁控制手段提高远距离输电线路输电能力和改善动态品质的问题，取得了一系列重要的研究成果。在此项研究中，针对大型机组，主要是对传统的励磁方式的一种改进，用现代的最优励磁控制方式取而代之。除了这一方面，最优控制理论还可应用在水轮发电机中，能够很好的对其制动电阻的最优时间进行合理控制，而且取得了很好的效果。电力系统线性最优控制器目前已在电力生产中获得了广泛的应用，作用越来越突出，影响也越来越大。不过有一点需要注意，由于这种控制器是针对电力系统的局部线性化模型来设计的，在强非线性的电力系统中对大干扰的控制效果不理想。

3.2 模糊控制

这种方法有许多优点，不但实用性较强，而且操作起来十分方便简单。在家用电器中表现出良好的性能。在目前，为实现有效控制，较为常用的方法就是建立模型，不过在实际中，要建立数学模型是有一定的难度的。与其相比，模糊关系模型的建立相对会容易些，而其优势也在大量的应用中得以充分发挥。除了模型，其相应的理论也在日常生活中多个领域得到利用，如电风扇等一些家用电器。以恒温器为例，对于普通的恒温器，可借助模糊控制器加以改进。多数情况下，电热炉或其他电器在不同状态中温度也会发生相应的变化，恒温器的作用就是对其进行合理调节并保存记录，为以后的使用提供方便。这是从理论上说的，在实际操作中往往会出现许多问题，通常表现在两个方面，一是在恒温应用中，可能会出现围绕恒温摆动振荡的情况，二是在冷态启动时，可能会发生温度过高的状况。为了尽量避免这些问题的出现，减小其发生率，可选用模糊控制器加以有效控制。至于具体的操作方法，则很容易掌握，只需输入两个语言变量，分别为温度、温度变化，各自论域通常会用5组语言变量互相跨接进行描述即可。采取这个措施，虽然方法简单，却能起到很不错的节电效果，一旦杜绝了冷态加热时的超温现象，热态中围绕恒温值摆动的情况也不复存在。

3.3 专家系统控制

在电力系统中，该方法有着很广泛的应用，且取得的效果也都十分良好，如在辨识危险信号、对故障加以隔离以及系统恢复控制等方面都发挥着相当重要的作用。不过由于受各方面条件的影响，在应用中还有一定局限性，主要体现在以下几点：①掌握的大多只是基础知识和表面功能，对其更深度的探析则有所不够；②没有健全系统的学习机构，碰到很多陌生问题会束手无策；③缺乏独立的创造性，而且验证问题做的十分复杂，容易耗费时间。由分析可知，在应用此方法时，需对其效益问题做重点考虑。

3.4 神经网络控制

人工神经网络最早是开始于上世纪四十年代，在六十年代曾一度出现研究低潮，然而发展到今天，不管是学习算法，还是模型结构，都取得了比较不错的成效。其结构组成是大量的神经元，按照一定的规律相连接起来的，其连接权值上隐含着大量未知信息，因此，采取适当的计算方法对权值进行合理调整，有利于神经网络从m维空间到n维空间复杂的非线性映射的实现。它本身具有非线性的特点，鲁棒性、自主学 习以及并行处理的能力都比较强，在全球范围受到了广泛重视。就目前而言，此方法受到了足够的重视，有许多相关专业人员对其进行了理论研究，但大都集中在神经网络模型及结构的研究、神经网络学习算法的研究、神经网络的硬件实现问题等。

3.5 综合智能系统

综合智能控制既包含了智能控制与现代控制方法，又包含了各种智能控制方法之间的交叉结合，对电力系统这样一个复杂的大系统来讲，综合智能控制更有巨大的应用潜力。目前，专家系统与模糊控制的结合、神经网络与模糊控制的结合等是电力系统中的主要研究对象。神经网络适合于处理非结构化信息，而模糊系统对处理结构化的知识更有效。因此，模糊逻辑和人工神经网络的结合有良好的技术基础。这两种技术从不同角度服务于智能系统，人工神经网络主要应用在低层的计算方法上，模糊逻辑则用以处理非统计性的不确定性问题，是高层次的推理，这两种技术正好起互补作用。因此将二者结合起来的研究成果较多。

4 结束语

通过以上分析我们可知，继电保护装置在电力系统中占据着相当重要的位置，对输变电设备的安全起着关键性的作用。随着用电量的急剧增长，电力系统的安全运行问题成了关注焦点，为解决这一潜在的危害，必须采取继电保护技术。近些年来，继电保护技术有了很大进步，相应的设备也发生很大变化，为保证电力系统的正常运行，需要将该技术进一步完善，即朝着智能化、网络化以及自动化方向再迈进一步。

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作者简介

王宏成（1968-），男，内蒙古通辽人，本科，研究方向：电气自动化。