自適應(yīng)繼電保護(hù)原理及其應(yīng)用研究

1、自適應(yīng)繼電保護(hù)原理及其應(yīng)用研究    摘 要： 繼電保護(hù)需要適應(yīng)頻繁變化的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式，正確切除各種故障及設(shè)備，而自適應(yīng)繼電保護(hù)能在參數(shù)變化時(shí)保持系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)特性，因此，自適應(yīng)繼電保護(hù)在微機(jī)線路保護(hù)中被廣泛采用。本文以幾種微機(jī)線路保護(hù)為例，說(shuō)明運(yùn)用自適應(yīng)原理解決繼電保護(hù)中保護(hù)判據(jù)、故障測(cè)距等問(wèn)題的方法。 關(guān)鍵詞：自適應(yīng)，繼電保護(hù)，控制，制動(dòng)特性，判據(jù) 1 自適應(yīng)控制與自適應(yīng)繼電保護(hù)1論文 畢業(yè)論文隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代自動(dòng)控制理論正日漸深人應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，形成了各種成熟的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。自適應(yīng)控制與常規(guī)反饋控制及最優(yōu)控制一樣，也是一種基于數(shù)學(xué)模

2、型的控制方法，所不同的是自適應(yīng)控制所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)比較少，需要在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中去不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐漸完善。具體地說(shuō)，可以依據(jù)對(duì)象的輸人輸出數(shù)據(jù)，不斷地辨識(shí)模型的參數(shù)，這個(gè)過(guò)程為系統(tǒng)的在線辨識(shí)。隨著生產(chǎn)過(guò)程的不斷進(jìn)行，通過(guò)在線辨識(shí)，模型會(huì)變得越來(lái)越準(zhǔn)確，越來(lái)越接近實(shí)際?；谶@種模型綜合出來(lái)的控制作用也將隨著不斷改進(jìn)，在這個(gè)意義下，控制系統(tǒng)具有了一定的適應(yīng)能力。自適應(yīng)控制由此而得名。 自適應(yīng)繼電保護(hù)是自適應(yīng)控制技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的應(yīng)用。自從微型計(jì)算機(jī)引人繼電保護(hù)以后，各種原理的微機(jī)繼電保護(hù)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前，自適應(yīng)控制理論與繼電保護(hù)結(jié)合而產(chǎn)生的自適應(yīng)式微機(jī)

3、繼電保護(hù)也得到比較大的發(fā)展。常規(guī)繼電保護(hù)的整定值是通過(guò)離線計(jì)算獲得，而且在運(yùn)行中保持不變，不能很好滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式和故障類(lèi)型變化的要求，從而不同程度地降低了繼電保護(hù)性能的發(fā)揮。自適應(yīng)繼電保護(hù)系統(tǒng)能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化信息和故障類(lèi)型信息實(shí)時(shí)改變保護(hù)陛能、特性或定值，使得繼電保護(hù)系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)、更充分地發(fā)揮其性能，以提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的選擇性、速動(dòng)性、可靠性和靈敏性。自適應(yīng)保護(hù)是一種保護(hù)理論，根據(jù)這種理論，可允許對(duì)各種保護(hù)功能進(jìn)行調(diào)節(jié)，使它們更適應(yīng)實(shí)際的電力系統(tǒng)運(yùn)行情況。其關(guān)鍵的設(shè)想是要對(duì)保護(hù)系統(tǒng)作某種改變來(lái)響應(yīng)因負(fù)荷變化、電網(wǎng)開(kāi)關(guān)操作或故障等引起的電力系統(tǒng)變化。在某種程度上，只有使

4、所有保護(hù)系統(tǒng)都適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化，保護(hù)作用才更完善。為了做到這一點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中常常是通過(guò)設(shè)法使保護(hù)的整定值能隨著可能出現(xiàn)的各種電力系統(tǒng)的變化情況而變化的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。有關(guān)文獻(xiàn)給自適應(yīng)繼電保護(hù)下了一個(gè)定義 ：“自適應(yīng)繼電保護(hù)是一種繼電保護(hù)的基本原理，這種原理使得繼電保護(hù)能自動(dòng)地對(duì)各種保護(hù)功能進(jìn)行調(diào)節(jié)或改變，以更適合于給定的電力系統(tǒng)的工況?！薄俺司哂谐Ｒ?guī)的保護(hù)功能外，還必需具有明顯的適應(yīng)功能模塊，只有在這種情況下。才能稱(chēng)為自適應(yīng)式保護(hù)”。自適應(yīng)繼電保護(hù)與系統(tǒng)問(wèn)的邏輯關(guān)系具體可用圖 l表示。2  自適應(yīng)繼電保護(hù)原理的應(yīng)用 由于自適應(yīng)繼電保護(hù)的含義是保護(hù)必須適應(yīng)于正在變化的系統(tǒng)情況，因此微

5、機(jī)繼電保護(hù)就必須有分層配置的通信線路與電力系統(tǒng)中的其它設(shè)備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信以交換信息。就目前而言，光纖通信線路是應(yīng)用于自適應(yīng)繼電保護(hù)大量信息傳輸和轉(zhuǎn)換的最好媒介。  圖2配電網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)繼電保護(hù)系統(tǒng)圖圖2是一種配電網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)的方法之一。整個(gè)系統(tǒng)分為3層：即中央控制層、變電站控制層和繼電保護(hù)層。變電站的控制計(jì)算機(jī)將該變電站的各開(kāi)關(guān)、負(fù)荷狀態(tài)上傳給中央計(jì)算機(jī)，中央計(jì)算機(jī)根據(jù)電力系統(tǒng)電源及上層網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及各變電站上傳的狀態(tài)信息進(jìn)行綜合分析計(jì)算，給出影響各種保護(hù)繼電器的實(shí)際主要參數(shù)，從而給出具體整定值，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下傳至各繼電器。各繼電器就能以適合當(dāng)前電力系統(tǒng)狀態(tài)的整定值 (包括

6、方向繼電器的投、切)，在保證選擇性的前提下獲得最高的 靈敏度和最快的動(dòng)作速度。3 自適應(yīng)繼電保護(hù)在微機(jī)線路保護(hù)中的應(yīng)用 微機(jī)保護(hù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用以及通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，使得自適應(yīng)繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用成為可能。微機(jī)保護(hù)的硬件系統(tǒng)具有快速計(jì)算、強(qiáng)大的存儲(chǔ)能力和邏輯判斷能力，微機(jī)的這些特點(diǎn)正好為自適應(yīng)繼電保護(hù)提供了硬件基礎(chǔ)。下面以幾個(gè)例子來(lái)說(shuō)明白適應(yīng)在微機(jī)線路保護(hù)中的應(yīng)用。 3.1 自適應(yīng)制動(dòng)特性 2傳統(tǒng)電流差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性曲線如圖3所示，它的另一種作圖方法在復(fù)平面上表示的區(qū)域如圖4所示。圓內(nèi)為制動(dòng)區(qū)域，當(dāng)電流的矢量和落于圓內(nèi)時(shí)，被制動(dòng)，圓的直徑取決于制動(dòng)電流。  圖3 傳統(tǒng)的制動(dòng)特性

7、                  圖4 用矢量表示傳統(tǒng)方法的制動(dòng)特性L90光纖分相差動(dòng)保護(hù)使用一種新穎的自適應(yīng)判別技術(shù)在線計(jì)算測(cè)量誤差來(lái)源。該自適應(yīng)方法，制動(dòng)區(qū)域?yàn)闄E圓，其長(zhǎng)軸、短軸及方向可變。橢圓參量隨時(shí)間而變化，以充分利用當(dāng)前的測(cè)量精度。傳統(tǒng)的方法不考慮在測(cè)量電流幅值及相角的各個(gè)不定參量引起的不確定分布橢圓形狀，而是假定為圓分布。為保證安全，傳統(tǒng)方法的圓直徑大小須至少為自適應(yīng)橢圓的主軸一樣大。這就是說(shuō)，對(duì)傳統(tǒng)的方法，如圖5中，當(dāng)故障電流矢量落于圓與橢圓之間的區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)沒(méi)有被繼電器所保護(hù)。自適應(yīng)的橢

8、圓制動(dòng)特性相對(duì)于傳統(tǒng)方法有很多優(yōu)越性。盡管自適應(yīng)方法與傳統(tǒng)方法都有一大小變化的制動(dòng)區(qū)域，但自適應(yīng)橢圓制動(dòng)區(qū)域更能準(zhǔn)確地反映測(cè)量誤差來(lái)源。譬如，傳統(tǒng)的方法不考慮行波與操作沖擊對(duì)測(cè)量精度的影響，而自適應(yīng)橢圓制動(dòng)區(qū)域卻有極好的統(tǒng)計(jì)確信度，比傳統(tǒng)的方法更靈敏、更安全。圖5 自適應(yīng)橢圓制動(dòng)所增強(qiáng)的故障覆蓋率3.2自適應(yīng)保護(hù)判據(jù) 最簡(jiǎn)單的微機(jī)距離保護(hù)算法也要處理對(duì)應(yīng)于三個(gè)相與地之間故障及三個(gè)相間故障的六個(gè)單相距離方程。微處理機(jī)很難在連續(xù)采樣過(guò)程中完成對(duì)于所有六個(gè)方程的處理。如果用一個(gè)可以確定故障類(lèi)型的第一步算法，則可以節(jié)約大量的計(jì)算量。一般而言，對(duì)于接地故障和相間故障的六個(gè)方程中只有一個(gè)方程需要處理，這樣

9、即可節(jié)約大量時(shí)間。比如：對(duì)于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，可以通過(guò)測(cè)量變壓器中性點(diǎn)的電流IN，就可以根據(jù)IN為零與否的情況判斷兩大類(lèi)型故障。如果IN=0，則為相間故障；若IN0，則為接地故障。然后，再根據(jù)序分量或相分量條件判斷故障相別，距離保護(hù)中的六個(gè)方程只要計(jì)算其中的一個(gè)方程，提高了保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。在WXH801802數(shù)字式微機(jī)線路保護(hù)中，就采用了自適應(yīng)保護(hù)判據(jù)，使保護(hù)的速動(dòng)性得到了提高。3 3.3 自適應(yīng)故障測(cè)距 過(guò)渡電阻的存在使得保護(hù)裝置故障測(cè)距的測(cè)距值經(jīng)常不準(zhǔn)。WXH801802數(shù)字式微機(jī)線路保護(hù)采用了一種自適應(yīng)故障測(cè)距方法，裝置采用微分方程算法，配合有限沖擊響應(yīng)(TIR)的數(shù)字濾波器，粗算出感

10、受的電抗分量和電阻分量，再根據(jù)不同系統(tǒng)估算出電抗的斜率，準(zhǔn)確計(jì)算出實(shí)際電抗。采用自適應(yīng)阻抗測(cè)距的方法，提高了經(jīng)過(guò)渡電阻接地測(cè)距的準(zhǔn)確度。 3.4 自適應(yīng)并聯(lián)電抗器補(bǔ)償 對(duì)于超高壓輸電線路來(lái)說(shuō)，電容電流對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)的影響很大4，光纖分相差動(dòng)保護(hù)的電流差動(dòng)判據(jù)必須要考慮電容電流的影響。PRS753光纖分相差動(dòng)保護(hù)裝置5，由軟件實(shí)現(xiàn)了電容電流及并聯(lián)電抗器補(bǔ)償功能，可根據(jù)具體情況選擇投退。對(duì)基于電流相量做判據(jù)的保護(hù)設(shè)置電容電流補(bǔ)償功能(包括穩(wěn)態(tài)量及突變量比差)，進(jìn)一步提高了保護(hù)靈敏度。對(duì)于有并聯(lián)電抗器的線路，裝置可通過(guò)軟件自動(dòng)檢測(cè)線路兩端并聯(lián)電抗器的投切狀態(tài)，做自適應(yīng)的補(bǔ)償處理，提高保護(hù)靈敏度。4 結(jié)束語(yǔ) 自適應(yīng)繼電保護(hù)技術(shù)是進(jìn)一步提高和改善現(xiàn)有繼電保護(hù)性能的一個(gè)方向，本文介紹了自適應(yīng)技術(shù)在幾種微機(jī)線路保護(hù)中的運(yùn)用，較好地說(shuō)明了自適應(yīng)保護(hù)的優(yōu)越性。然而目前絕大多數(shù)自適應(yīng)繼電保護(hù)只是在某個(gè)或幾個(gè)保護(hù)環(huán)節(jié)上具有自適應(yīng)特性，保護(hù)并沒(méi)有達(dá)到全自適應(yīng)，要實(shí)現(xiàn)全自適應(yīng)繼電保護(hù)還有很長(zhǎng)的路要走。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，自適應(yīng)繼電保護(hù)將成為新一代繼電保護(hù)領(lǐng)域的統(tǒng)治者。 參考文獻(xiàn) 1 葛耀中自適應(yīng)繼電保護(hù)及其前景展望電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1997 2 陳德樹(shù)，陳 衛(wèi)，尹項(xiàng)根，等差動(dòng)保護(hù)運(yùn)行動(dòng)作特性的相量分析繼電器，2002，30(4)：1-33 WX