基于自适应粒子群的配电网继电保护定值多目标优化方法

翟颖超

（国网平顶山供电公司，河南 平顶山 467001）

0 引 言

继电保护系统的性能主要是确保系统中传输线路的通道容量和配电网系统安全可靠运行。传统继电保护通过基本算法计算出整合值，实际运作中数值保持相同。当配电网系统发生运行故障时，继电保护系统的灵敏程度就会随之降低，甚至会触发拒动保护，极大减少了配电网线路的传输容量，降低了电网运行的稳定性。现阶段根据电网运行状态减少运行成本，摆脱对通信系统的依靠，在传统方法的基础上利用粒子群优化算法得到电网电流保护的最小整体动作时间和整定值，降低了保护的拒动概率，提高了对单个传感器出现干扰等采样异常情况和网络极端攻击的免疫能力。下面对此次提出的基于自适应粒子群的配电网继电保护定值多目标优化方法进行详细分析和实验[1]。

1 配电网继电保护

1.1 设计保护动作判据

基于同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）通信环网可以进行传感器信息采样，达成纵联保护的实施多样性，但是如果对其复制简单信息则有可能发生无法提升性能的情况，时效性会导致信息交互的环节下降，延时性导致信息流通不畅，数据传输异常和传输时长增加，从而使得配电网的继电保护传输中的距离增加，传输效率降低[2]。通过搭建保护环境进行运行及保护判别，选取命名传感器为A1、A2、A3、A4。将这些传感器编制成组，并需要对应设定好的纵联保护判据，针对重要线路{A1,A2}、{A1,A4}、{A3,A2}、{A3,A4}进行单元式保护，对涉及{A1,A4}、{A3,A2}2组保护判据，对4组实行纵联保护判据。

式中：∑Eset为整合门槛。当线路出现故障时，综合指令权重若大于设置数值，则保护动作可靠，反之则为不可靠[3]。

1.2 配置保护采样信息完整传输的联动装置

自适应继电保护在电流速断保护中占据主要保障地位，保护不受时间限制，同时也具有可选择性，在实际继电保护范围内可操作。这种状态下能够保证自适应继电保护的电流速度满足最基本的要求，达到需要的保护功能，将电网的保护系统进行调整，发生故障时对具体情况进行说明分析，保持相互之间的设定和安全性。配电网继电评价函数为

式中：S(Fa)是评价函数的随机值，保护程度越高则数值越小；X为粒子总数；Ik为第k个粒子中的电流数据；表示粒子中的评价函数的预估值。通过对2种传感器相联合的保护装置配置，控制信号之间相互整合，设置合适的动作门槛来实现保护指令的配合。设置单套保护指令逻辑配合方案，就地保护在检查合格之后发送动作信号，来避免网络攻击，线路在传输中发生故障保护均可以可靠识别。

联动装置获得的保护信号具有完整的阻止数据异样能力，动作可靠。若识别出的判断信号为1，则可由公式推算出在发生故障时的第40 ms时退出。若判断信号为0，则在周围元器件发生故障时，保护电路不发生操作。单侧传感器也是同样道理，若判断信号为1，在收到连续不间断脉冲信号攻击时，保护电流开始运作。假如保护判断信号在故障启动后40 ms内达到退出，则闭锁保护双重来回，来防止冲击信号，保护可靠不发生拒动指令。在这期间线路传输遇到故障的同时，信号会变成1，能保护可靠动作信号发生[4]。

在电网运行过程中，随系统产生的负荷波动情况进行调节，当主保护故障时后备将继续按照主保护指令完成稳定运行。联合装置能够将各个系统中的保护的自适应性和原则进行调整，有效提高保护采样信息的完整传输。

1.3 应用自适应粒子群算法优化指令参数

标准粒子群算法的主要控制参数有普通权重和学习指令，在学习指令中选择固定值，普通权重引用线性代数设计简单、算法更新数据速度慢、精度准确度低。在自适应基数权重的重组上，平衡了算法整体和具体点之间的性能，提高了算法精算的准确度[5]。运用算法更新过程中，计算自适应粒子群中最大的对角线距离为

式中：X(a)为最大对角线距离；pi(t)、pk(t)为粒子。设定粒子之间电流保护动作时间为m(t)，计算粒子在保护时间m(t)上的集合为

式中：投影集合为r(t)。将集合粒子按照具体规定分别分成相同的分量，收集记录每个粒子的投影个数为

式中：bx(t)为投影粒子的个数。在采用更新适应学习指令的变化中搜索到最优解为

式中：d、Dmax为学习指令更新次数和最大更新次数；h1,st、h1,fn分别为学习指令的最初设定和最后设定。经过计算得到粒子集合数据，优化指令参数。

2 实验测试

2.1 保护距离动作测试

使用传感器1和传感器2进行区内故障点检测，设置线路参数为顺应电阻0.123 Ω，顺应电感1.245 mH，顺应电容3.21 μF。设置电线长度L1=20 km，L2=60 km。设置相似度比较算法的门槛值为B1点距离Fset=1.02。同时设定线路P上区内故障点X1，设定线路P1上区外故障点X2，距离标准线Q为5 km，设定位于标准线Q上的故障点为X3。检测接地故障时保护传感器1电流跨越门槛如图1所示。

图1 传感器1电流基波幅值波形

图2 传感器2电流基波幅值波形

针对上述情况，各纵联合保护组合综合指令权重距离动作量如图3所示。

图3 各纵联合保护距离动作

测试发现，对比传感器1和2的到达门槛值时间后，继电工作时遇到故障时，各纵联合保护的距离在故障后3.3 ms都通过门槛值，保护综合指令权重大于门槛值，则判断保护信号为1，并不断向两侧发送判断信号。

2.2 实验结果分析

实验中断路器的断路电流数据显示，状态是闭合状态，继电处于并行状态。当遇到网侧故障或者其他问题，固定控制单元开始工作。针对断路器问题，继电器将提供独立模式，负荷电流和及时电流等电流问题发生保护，需要重新对电流信号进行数据分配。起始电流在并行状态运行工作时，在继电器的电流整合系数的独立模式下，选取数据不一的设定值，采用迭代更新方式改进粒子更新过程，将电流保护整体动作时间最小作为目标，排查各个断路器的正常运行效果。选取配电网线路遇到故障时故障点保护动作反应进行实验，设置应用自适应粒子群算法的路段为实验路段，其他5组应用传统算法的路段为对照路段，具体实验参数如表1所示。

表1 故障路段保护动作反应效果

由表1可知，遇到故障时，对照路段4显示判断信号为0，说明保护动作未开启，无法获取电流保护动作时间的数值。当判断信号为1时，故障点保护动作开启，继电设备显示保护信号，实验路段和对照路段1、2、3、5均可以获取电流保护动作时间的数值。在同样的测试环境下，比较通过门槛的距离可以发现，使用自适应粒子群算法的实验路段通过门槛的速度最快，电流保护整体动作时间最短，数值小于10 ms。而运用传统算法的故障路段在相同的环境下，电流保护动作时间长，几乎都在10 ms以上，有的甚至临近12 ms，可见传统方法在遇到故障时通过门槛值的速度慢，启动保护动作反应时间长。综合测试结果，验证了文中研究的方法的有效性，完成了电网继电保护整体动作时间最短，实现了对继电保护整定值多目标优化。

3 结 论

从自适应粒子群算法入手，探究了配电网维点保护定值多目标优化方法，结合分布式自适应控制器与计算机系统，根据继电保护系统整合计算原则计算出各继电保护值，并发出整定值指令，通过数据通道更新达到优化，为今后的电网保护提供了相应完善的帮助。但方法中还存在一些不足之处，例如演算流程尚未明确和简化，实验提出的工作机制需要人工干预计算，分析数据不完善，存在一些约束粒子群早熟方面的问题。今后应持续完善算法，通过建立电网继电保护整合优化，合理选择粒子的起始数据，再结合根据实际问题分析，实现对配电网的多目标保护。