基于人工智能技术的电力系统母线保护的应用研究

和定繁

摘 要：随着我国经济快速发展，电力系统也日益扩大。为了确保电网系统稳定运作，对继电保护技术提出更高的要求。传统的继电保护和诊断技术满足不了现阶段电力系统的发展需求。基于人工智能技术的继电保护装置，受到越来越多的重视。文章主要对基于人工智能技术母线继电保护的提出进行分析，概述了母线保护的发展状况，提出了基于人工神经网络电力系统的母线保护。

关键词：人工智能技术;电力系统;母线保护;应用研究

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）02-0145-02

继电保护技术是伴随着电力系统的发展而兴起的。相反，电力系统快速发展也推动了继电保护不断完善。与此同时，随着科学技术通信技术不断兴起，也为继电保护技术的发展注入新鲜活力。对于电力系统而言，最常见的故障就是短路故障，如果线路发生短路，不可避免会出现电流增大，进而破坏电力设备。因此，需要对电力系统母线保护的应用进行探究，具有至关重要的现实意义，在最大范围内确保人们的生命财产安全。

1基于人工智能技术的母线继电保护的提出

早在1901年，出现了感应型过电流继电器。发展到1910年方向性电流保护得到广泛应用，一直到上个世纪20年代初期出现了距离保护装置，随着电力线载波通信技术的发展。一直到20世纪50年代，人们通过微波传送，它成为继电保护装置原件及与此同时继电保护装置，它的原件和结构方式发生翻天覆地的变化。发展到上个世纪50年代，导体晶体管的出现推动晶体是继电保护装置的发展。一直到上个世纪70年代中期，基于集成运算放大器的集成电路已经开始研究发展。发展到80年代末形成了较为完善的晶体管保护系统。近年来，随着科学信息技术快速发展，计算机以及通讯技术取得快速發展。母线保护主要是将监控、测量、运动、通信等各个功能进行融合，减少设备投资，减少设备投资的同时，全面提高设备的稳定性。也在无形之中也推动人工智能技术的发展，在某种程度上，人工智能神经网络。它具备较高的运算能力、适应能力强，还具备较高的容错能力。和传统的方式相比，有着较高的优势，它能够弥补传统单纯的依靠数字求解问题的弊端。广泛使用在电力系统这种复杂的大规模动态系统中，人工神经网络作为人工智能分支的重要内容，在推动电网发展和母线保护应用中占据着关键地位，它更能适应现代化电网安全可靠经济运行的需求，能有效解决传统继电保护存在的不足。

2母线保护的发展状况概述

2.1实现方式的发展

在科学技术的推动之下，我国电网结构和规模都发生翻天覆地的变化，它从过去区域向容量小、低电压等级、发展到现阶段的远距离、大容量、超高压等等大规模的系统，离不开电力系统的母线保护装置，在某种程度上，母线保护它成为电力系统安全运作的守护神，突破原来单一性保护的弊端。针对母线保护发展状况进行分析，母线保护是在技术原理上实现不断的突破和完善，保护性能和可靠性能，随着科学技术的提升也得到显著提高，母线保护的功能，它从传统的单一逐渐向多元化发展，可靠性也逐渐提高，从传统过度依靠人为干预走向高度智能化发展。通常情况下，母线保护方式主要有以下三个内容，第一，电磁型的母线保护。对于电磁型的母线保护来说，它是最早的实现方式，操作较为简单，容易实现。然而它的保护性能并不高，灵敏度动作速度饱和能力等。有显著不足的现象。除此之外，母线运行条件并不具备较高的适应能力。第二，集成电路型母线保护。该母线保护它的灵敏度、动作速度、饱和能力，和电磁型母线保护相比，有着大幅度的改善，其中最主要的代表就是中阻抗母线保护。中阻抗母线保护它被广泛使用在电力系统中，成为母线保护的首选产品。近年来，随着我国电力系统的快速发展，国内公司最长使用的阻抗型母差保护是上海继电器厂生产组装的PMh150。它主要对中阻抗母线保护原理进行探究，能有效地降低母差回路产生的负载阻抗值，然而，集成电路型母线保护在适应母线运行情况还存在一些不足。第三，微机型母线保护。微机型的母线保护主要来源于系统功能强大的中央处理器，主要比较数字和模拟母线保护之间的特征，全面提高适应母线的运行方式灵敏度以及可靠度[1]。

2.2实现原理的发展

目前在进行母线保护实验原理发展状况分析时主要。包括以下几个方面的内容，第一，差动原理母线保护。该保护原理是确保母线正常运作，或者是外部故障发生时，母线上的各回路会出现电流和为零，在母线内部出现故障各线路上同一时刻的电流值之和应该大于零。然而，差动原理母线保护由于内外故障保护不同。然而，在实际运作中，母线各个回落，不可避免会出现特性误差，会存在着一个不平衡的电流，为了全面确保母线保护具有较高的灵敏度，应该采取有效的方式，将不平衡电流降到最低。为了确保差动原理母线保护，具有较高的灵敏度，可以通过加装中间变流器和软件修正的方式，在母线区故障外找到特性误差，降低母线保护不平衡电流。如果母线出现故障，尤其是区外故障电流互感器的饱和对保护的性能影响较大。如果区外故障会造成严重的误判，这时，必须要确保母线保护具有较高的抗饱和能力。通常使用的抗体低饱和的方法是通过判断差动动作和故障是否同步发生，以电流量作为主要的判别量。第二，方向原理母线保护。对于方向原理母线保护来说，它主要是确保母线外部故障，有一部分的电流方向流出母线。在进行内部故障探究时，母线上各回路故障电流方向如果流向母线。说明系统能够在较短的时间内，计算出母线各回路上的故障电流方向，不需要考虑电流特性和饱和问题，针对母线区外故障的运行情况进行探究，保证系统稳定运作，如果系统在较短时间内不能确定母线各回路故障电流的方向，这时需要根据电流行波和故障电压行波的极性进行判断[2]。

2.3实现结构的发展

母线保护在实现结构上主要分为集中式母线，保护和分布式母线保护。首先对于常见的集中式母线保护来说，它主要是实现信号的采集和处理，进而进行准确的保护和判断，保护出口。将所有的功能全部集中在一起，集中式母线保护它具备较高的优势，结构较为简便，操作容易。目前，我国大部分使用的都是集中式的母线保护。其次，分布式母线保护，分布式母线保护能够将信号进行采集和处理，保护出口各个功能，将其放在母线的各个间隔单元中，实现各见各单元的分布排序。将不同的数据信息，通过光纤输送到不同的中心单元，做好保护方式的判断，然后将得到的结果传回到各个间隔单元，实现保护出口操作。在无形之中能节约大量的二次电缆，具有较高的扩展性，它和传统的母线保护相比，更加符合电力系统母线设备的运行特点。在某种程度上分布式母线保护在操作过程中，技术要求较高，广泛使用在数据采集和同步传输中[3]。

3基于人工神经网络的电力系统母线保护

3.1母线保护的人工神经网络模型

母线保护智能化发展是未来母线继电保护的发展方向，本文主要针对基于人工神经网络的电力系统母线保护进行探究，在最大范围内发挥智能化调节母线保护的作用，降低母线保护过程中不必要的人为干扰，减轻母线保护工作者的压力。对于人工神经网络来说，它是一种高度智能化的数学工具。它能对确定的物理对象进行输入和输出，确定关系，在某种程度上人工神经网络，它更像是一种传遞函数，针对物理对象输入输出进行分析，找到两者之间的误差，进而调节各层的全系数。在基于人工智能技术母线继电保护装置探究时，可以将电力系统母线作为一个确定的物理对象，然后做好母线各回路的分析工作。在输入和输出的同一时刻建立函数关系，可以使用带有隐藏型的人工神经网络模型描绘这个函数关系[4]。

人工神经网络，它具备较高的容错能力和自适应能力，能对母线存在的故障进行排除，做好图像处理预测，被广泛使用在电力通讯工程，人工神经网络，它能够智能化地解决复杂问题。在继电保护中，广泛使用可以将电力系统中的具体保护对象。例如：母线、线路、变压器等等不同的器件作为输入输出关系所确定的对象，然后使用人工神经网络确立数学模型，进而代替这个保护对象。在保护对象区域内，如果发生故障，这时可以考虑到可能系统由于输入输出关系的改变，对回路产生影响，要确定物理对象的实际参数。如果不能真实的获取参数，那么基于模型保护原理的性能将大大降低[5]。

3.2母线保护的故障启动方法

在基于人工智能技术电力系统母线保护应用探究过程中，必须要对故障启动方法进行分析，母线保护能有效地反应出故障区域，做好电气故障特征值的分析。一般情况下，电气故障特征值多种多样，无论是电流、电压幅值，还是电压波形都会产生各种各样的干扰。母线保护故障启动方法需要按照电气特征值的大小以及电气特征量变化率进行分析，严格地参照电气特征量的大小，如实地反映故障母线保护的启动方式。需要设置特定的阈值来分析母线是否发生那区或者是外区的故障，这些阈值就是保护整定值。除此之外，也可以根据故障电气特征量的大小，降低人为干扰。通常情况下，使用的方式由采样值突变量方法、小波奇异性方法、自适应模型预测法、以及瞬时幅值突变量方法。不同的运作环境，使用的方式也是不同的[6]。

3.3母线保护的故障判断方法

在母线保护故障启动以后，需要判断区内和区外故障，要使用基于人工神经网络模型对母线保护进行探究。针对母线区内故障，在进行判定过程中，可以使用电流采样数据进行训练，找到母线保护对象的输出和输入关系。在母线区外故障判断时，如果母线保护对象输入输出关系并没有发生改变，这时需要通过无故障运行学习训练进行探究。在最大范围内判断故障预警动时间和人工神经网络数学模型输入变大的时间是否同步。如果同步，则说明母线出现故障[7]。

4 结语

电力系统稳定运作离不开母线，母线保护是确保母线安全运作的关键。在科技的推动之下，母线继电保护技术也得到显著提升。人们的工作和生活离不开电力系统，它也是国民经济的主要产业，电力系统在运作过程中稳定性和安全性，母线保护和母线继电保护密切相关，为了提高电力系统安全可靠，为了确保电力系统能够输送高质量、经济性能好的电源。要考虑到自然条件设备以及人为因素产生的影响，降低设备出现的故障。

参考文献

[1] 孙恒东.基于人工智能技术的电力系统母线保护的应用研究[J].电子测试，2018（22）：14+2.

[2] 郑帅.基于人工智能技术的电力系统母线保护的应用研究[D].广州：广东工业大学，2016.

[3] 徐良骏.基于多Agent的分布式母线保护在数字化变电站中的应用研究[D].上海：上海交通大学，2018.

[4] 龙霞飞.粗糙集理论在配电网故障诊断中的应用研究[D].石河子：石河子大学，2013.

[5] 韩涵.基于神经网络的智能型母线保护技术的研究[D].成都：西华大学，2017.

[6] 雷宇，陈少华，桂存兵，等.利用模糊神经网络实现母线充电保护的研究[C].//河海大学.中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十二届学术会论文摘要集，2019：2087-2090.

[7] 毕天姝，倪以信，吴复立，等.基于混合神经网络和遗传算法的故障诊断系统[J].现代电力，2018，22（01）：31-36.