人工智能技术在电力系统继电保护中的应用

人工智能技术在电力系统继电保护中的应用

杨力

广东电网有限责任公司湛江供电局 广东省湛江市 524000

摘要：继电保护是电网的重要组成部分，其主要功能是通过对电网的实时检测，发现隐藏故障和信号异常，并发出报警信号或直接消除。继电保护的应用可以有效保证电力系统的稳定，避免事故的发生。随着人工智能的发展，继电保护也朝着新的方向发展。基于此，本研究通过对电力系统继电保护应用的现状以及相关新技术进行分析，并识别电力系统继电保护中存在的问题，从而深入探究了人工智能技术在电力系统继电保护中的具体应用。

关键词：人工智能，电力，继电保护，应用

引言：一般情况下，电力系统在运行过程中很容易受到外界环境的破坏，尤其是一些公共建筑的电力系统，人们的安全意识可能不高，经常会发生违规违法的事故^[1]。用电及继电保护的研发是为了实现电力系统的自动感应和故障排除，该措施可有效保证电力线路的稳定性，避免对用电设备及周围环境造成进一步的损害，影响局部电源的供应。

1.电力系统继电保护应用现状及新技术

1.1现状

首先，随着社会的不断发展，电网继电保护装置越来越多样化，为了能够有条不紊、高效地完成工作，员工往往选择功能齐全的产品，在实际运行中选择保护装置灵活可靠的设备^[2]。其次，随着社会的发展，社会各界对电力的运行质量要求越来越高，包含线路保护、电容器保护、主变保护等。为了提升对电力系统继电保护的质量和水平，还要引进先进的技术和设备^[3]。最后，人工智能理论和技术的不断发展，促进了专家系统、暂态保护技术等多种智能理论方法向电力系统领域发展，尤其是微机继电保护技术领域的渗透。其中磁感应、数字计算和逻辑处理功能已广泛应用于电气设备和高低压线路继电保护。我国微机防护设备自研制以来已取得自主知识产权，技术和性能优良，足以完全替代进口机电防护设备。

1.2新技术

首先，自适应控制技术。该技术是一种先进的保护技术，可以根据电网运行情况改变固定值，有效应对系统现有故障，确保更高效的系统性能^[4]。将该技术应用于电力系统的明显好处是：及时发现问题，并采取相应的解决方案，从而优化和提高系统性能，使系统运行更高效，在提高业务效率的同时，有效提高企业的经济效益。二是人工神经网络技术^[5]。这项技术不仅智能程度高，而且可以有效模拟人脑细胞的结构，具有复杂的动力学特性，可以快速及时地处理系统问题，工作效率非常高。此技术优势在于具有较强的环境适应能力和组织能，能有效地对缺陷样品进行识别和分类，减少工作量和不必要的经济损失^[6]。三是综合自动化技术。首先是电力设备控制、监测和运行。该技术具有微机化的特点，可以实现子系统信号的数字化，支持该技术的设备可以替代传统的变电站模拟设备和机电设备，有效提高电气性能。该技术还支持监控和驱动功能的集成，使人机连接更加紧密。其次是本地化的光缆和电信网络。光纤通信技术和局域网技术的应用和优化可以大大提高通信领域的电磁干扰防范性能。随着当今社会经济水平的不断提高，继电保护对电信领域的光缆和网络水平提出了更高的要求。局域网的实现可以有效提高信息和数据的传输速度，保证系统的稳定运行，同时简化线缆，方便施工。

2.电力系统继电保护中存在的问题

在城市发展过程中，随着电网的复杂化发展，相比以往很多技术都进行了创新，但在电网日常运行中保护继电设备还存在不少问题，相应的措施正在制定中。首先，在日常用电过程中，电路中的短路电流会随着系统规模的扩大而增大。特别是对于电网的动态管理，如果短路电流加倍，结果是继电保护装置很难检测到周围的电量变化，从而延长了继电保护时间，电力系统故障范围在短时间内扩大，造成严重后果。其次，继电保护问题中的计算问题。对于继电保护装置来说，计算电力系统中每个位置的功率是一项例行任务，但这可能是因为继电保护装置有影响。某些组件具有一定的排斥性，导致计算过程无法继续，从而影响数据的可靠性。另一方面，继电保护功能具有一定的局限性，不能适应当今电力系统的发展，因此缺乏一定的保护功能，导致系统出现其他问题。这些问题的出现表明继电保护系统需要改革，引进一些新的智能技术。

3.人工智能技术在电力系统继电保护中的具体应用

3.1专家系统在继电保护中的应用

适用范围包括：第一、时间敏感继电保护任务，例如故障诊断和检测；第二、定值智能综合计算；第三、相关零序电流保护整定值计算。将专家系统应用到电力系统继电保护中，不仅可以顺利地展示设备的运行情况，还可以清晰地表达操作者的诊断经验，还可以将故障诊断专家引入系统解决问题。此外，员工可以应用这些规则，对继电保护设计中存在的问题进行综合分析，有效解决冲突。

3.2人工神经网络在继电保护中的应用

人工神经网络最近成为人工智能领域的研究热点，在保护电网继电器方面发挥着非常重要的作用，主要可应用于以下几个方面：第一、故障类型和距离判断，采用BP等模型作为方向识别装置，快速判断错误方向，有效保护输电线路方向。第二、区分正确方向和相反方向的电流误差。人工神经网络具有极好的学习和判别能力，作为支撑，使工作人员能够更好地分析和区分正确电流方向的故障，及时关闭反方向的电流故障，有效提高电流灵敏度。第三、结合专家系统，综合诊断电力系统继电保护的故障。

3. 3模糊理论在继电保护中的应用

现有的无功功率和电压算法往往采用单一目标的方法来优化问题，存在错误调整限值和控制量等缺点，并且由于电力系统故障与故障前征兆之间存在不确定性，关系不明确，导致最终诊断结果也模糊不清，应用模糊理论可以很好的解决这些问题，因此在电力系统继电保护中使用越来越广泛。模糊理论主要涵盖了三方面的内容：模拟控制、系统规划、潮流计算，既可以有效地确定发电过程和干载荷变化过程中的不确定因素外，还可以表示不确定的关系。

3.4遗传算法在电力系统继电保护中的应用

遗传算法是美国科学家在1970年代提出的计算模型，主要是以遗传机制和自然选择为基础理论，通过计算机设备的应用，首先对问题的所有备选解决方案进行编码，然后根据该理论进行全局优化，最终找到最优解决方案集。目前，该算法已广泛应用于电网继电保护，如电网故障原因诊断、输电网电容优化配置、电网无功优化、图像处理等。该算法具有突出的应用优势，可以在庞大而复杂的搜索空间中进行自适应搜索并找到最优算法，不必经历一个复杂的求解过程，即可以得到一组最佳的解决方案。最大的应用局限是输电网络的故障诊断模型尚没有形成系统性和科学性。

3.5计算机化在统继电保护中的应用

另一方面直接促进了计算机硬件特别是微机的快速发展。因此，计算机化在电力系统继电器保护中的应用越来越广泛，并取得了惊人的效果。主要包含以下三点：第一、强大的保护功能；第二、足够的错误数据和信息存储空间，数据处理效率高；第三、完善网络资源通信功能，提高电力系统继电保护的效率。

3.6模糊识别在继电保护中的应用

模糊识别是人工智能的一个分支，在电力系统继电保护中起着非常重要的作用。特别是工作内容主要包括高阻抗传感和距离保护等。将模糊感知应用于电力系统继电保护中可以改变系统的配电线路接地保护。具体工作原理为：通过进一步比较识别保护电压电流信号模式与系统电压电流。可以准确识别继电保护的高阻运行状态。

3.7小波分析在继电保护中的应用

小波分析的概念是由法国石油信号处理工程师J·莫雷特指出，经过几十年的探索和研究，已经建立了一套完整形式化的数学体系。小波分析是一项重要的人工智能技术的分支，在电力系统继电保护中正发挥着越来越积极的作用。第一、电流电压相关故障的分析与诊断。第二、能够有效地提取当前不连续的断角特征，并结合模糊理论，共同分析系统误差。第三、分别提取变压器正常和异常运行的电流信号，为后续运行提供数据库。

3. 总结

总而言之，现阶段电网与以往大不相同，对继电保护的要求越来越高，因此迫切需要人工智能技术的研发与继电保护相结合为电力系统提供有力的保证。本研究通过对电力系统继电保护应用的现状以及相关新技术进行分析，并识别电力系统继电保护中存在的问题，从而深入探究了人工智能技术在电力系统继电保护中的具体应用。相关研究成果以期能够为电力企业提供相应的理论与实践参考，从而促使我国电力事业高质量、健康发展。

参考文献：
[1]李祖明,孙仲民,顾乔根,吕航.基于继电保护装置态势感知及辅助决策的智能运维系统[J].电力系统保护与控制,2020,48(19):142-150.

[2]李子屾.关于电力变压器继电保护技术的应用与实践研究[J].冶金与材料,2021,41(03):116-117.

[3]蒙小胖,梁泓泉,齐安新.继电保护及二次回路现场作业安全水平提升探讨[J].农村电工,2021,29(06):41-42.

[4]杨亮.电厂继电保护常见故障诊断及现场处理措施[J].技术与市场,2021,28(05):137+139.

[5]袁成川,屈天龙,郝畅,孙超.百万千瓦级核电厂升压站继电保护设备状态的智能检修方法研究[J].电子设计工程,2021,29(13):170-173.

[6]沈海莲,胡冬霞,罗双林.基于多维信息态势感知的继电保护设备的智能运行管控系统的设计[J].电工技术,2021(02):78-79+82.