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自適應(yīng)繼電保護原理及其應(yīng)用研究
摘 要： 繼電保護需要適應(yīng)頻繁變化的電力系統(tǒng)運行方式，正確切除各種故障及設(shè)備，而自適應(yīng)繼電保護能在參數(shù)變化時保持系統(tǒng)的標準特性，因此，自適應(yīng)繼電保護在微機線路保護中被廣泛采用。本文以幾種微機線路保護為例，說明運用自適應(yīng)原理解決繼電保護中保護判據(jù)、故障測距等問題的方法。
關(guān)鍵詞：自適應(yīng)，繼電保護，控制，制動特性，判據(jù)
1 自適應(yīng)控制與自適應(yīng)繼電保護[1]論文 畢業(yè)論文
隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代自動控制理論正日漸深人應(yīng)用到各個領(lǐng)域，形成了各種成熟的計算機控制系統(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)于模型和擾動的經(jīng)驗知識比較少，需要在系統(tǒng)的運行過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，可以依據(jù)對象的輸人輸出數(shù)據(jù)，不斷地辨識模型的參數(shù)，這個過程為系統(tǒng)的在線辨識。隨著生產(chǎn)過程的不斷進行，通過在線辨識，模型會變得越來越準確，越來越接近實際。基于這種模型綜合出來的控制作用也將隨著不斷改進，在這個意義下，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)繼電保護是自適應(yīng)控制技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護中的應(yīng)用。自從微型計算機引人繼電保護以后，各種原理的微機繼電保護得到了長足的進步。目前，自適應(yīng)控制理論與繼電保護結(jié)合而產(chǎn)生的自適應(yīng)式微機繼電保護也得到比較大的發(fā)展。常規(guī)繼電保護的整定值是通過離線計算獲得，而且在運行中保持不變，不能很好滿足電力系統(tǒng)的運行方式和故障類型變化的要求，從而不同程度地降低了繼電保護性能的發(fā)揮。自適應(yīng)繼電保護系統(tǒng)能根據(jù)電力系統(tǒng)運行方式變化信息和故障類型信息實時改變保護陛能、特性或定值，使得繼電保護系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)、更充分地發(fā)揮其性能，以提高繼電保護系統(tǒng)的選擇性、速動性、可靠性和靈敏性。
自適應(yīng)保護是一種保護理論，根據(jù)這種理論，可允許對各種保護功能進行調(diào)節(jié)，使它們更適應(yīng)實際的電力系統(tǒng)運行情況。其關(guān)鍵的設(shè)想是要對保護系統(tǒng)作某種改變來響應(yīng)因負荷變化、電網(wǎng)開關(guān)操作或故障等引起的電力系統(tǒng)變化。在某種程度上，只有使所有保護系統(tǒng)都適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化，保護作用才更完善。為了做到這一點，實際應(yīng)用中常常是通過設(shè)法使保護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實現(xiàn)的。有關(guān)文獻給自適應(yīng)繼電保護下了一個定義 ：“自適應(yīng)繼電保護是一種繼電保護的基本原理，這種原理使得繼電保護能自動地對各種保護功能進行調(diào)節(jié)或改變，以更適合于給定的電力系統(tǒng)的工況。”“除了具有常規(guī)的保護功能外，還必需具有明顯的適應(yīng)功能模塊，只有在這種情況下。才能稱為自適應(yīng)式保護”。自適應(yīng)繼電保護與系統(tǒng)問的邏輯關(guān)系具體可用圖 l表示。
2 自適應(yīng)繼電保護原理的應(yīng)用
由于自適應(yīng)繼電保護的含義是保護必須適應(yīng)于正在變化的系統(tǒng)情況，因此微機繼電保護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)備的計算機網(wǎng)絡(luò)進行通信以交換信息。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)繼電保護系統(tǒng)圖
圖2是一種配電網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)繼電保護實現(xiàn)的方法之一。整個系統(tǒng)分為3層：即中央控制層、變電站控制層和繼電保護層。變電站的控制計算機將該變電站的各開關(guān)、負荷狀態(tài)上傳給中央計算機，中央計算機根據(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)信息進行綜合分析計算，給出影響各種保護繼電器的實際主要參數(shù)，從而給出具體整定值，再通過網(wǎng)絡(luò)下傳至各繼電器。各繼電器就能以適合當前電力系統(tǒng)狀態(tài)的整定值 (包括方向繼電器的投、切)，在保證選擇性的前提下獲得最高的 靈敏度和最快的動作速度。
3 自適應(yīng)繼電保護在微機線路保護中的應(yīng)用
微機保護在電力系統(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)繼電保護技術(shù)的應(yīng)用成為可能。微機保護的硬件系統(tǒng)具有快速計算、強大的存儲能力和邏輯判斷能力，微機的這些特點正好為自適應(yīng)繼電保護提供了硬件基礎(chǔ)。下面以幾個例子來說明白適應(yīng)在微機線路保護中的應(yīng)用。
3.1 自適應(yīng)制動特性 [2]
傳統(tǒng)電流差動保護的制動特性曲線如圖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)為制動區(qū)域，當電流的矢量和落于圓內(nèi)時，被制動，圓的直徑取決于制動電流。
圖3 傳統(tǒng)的制動特性 圖4 用矢量表示傳統(tǒng)方法的制動特性
L90光纖分相差動保護使用一種新穎的自適應(yīng)判別技術(shù)——在線計算測量誤差來源。該自適應(yīng)方法，制動區(qū)域為橢圓，其長軸、短軸及方向可變。橢圓參量隨時間而變化，以充分利用當前的測量精度。傳統(tǒng)的方法不考慮在測量電流幅值及相角的各個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，對傳統(tǒng)的方法，如圖5中，當故障電流矢量落于圓與橢圓之間的區(qū)域時，系統(tǒng)沒有被繼電器所保護。自適應(yīng)的橢圓制動特性相對于傳統(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區(qū)域，但自適應(yīng)橢圓制動區(qū)域更能準確地反映測量誤差來源。譬如，傳統(tǒng)的方法不考慮行波與操作沖擊對測量精度的影響，而自適應(yīng)橢圓制動區(qū)域卻有極好的統(tǒng)計確信度，比傳統(tǒng)的方法更靈敏、更安全。
圖5 自適應(yīng)橢圓制動所增強的故障覆蓋率
3.2自適應(yīng)保護判據(jù)
最簡單的微機距離保護算法也要處理對應(yīng)于三個相與地之間故障及三個相間故障的六個單相距離方程。微處理機很難在連續(xù)采樣過程中完成對于所有六個方程的處理。如果用一個可以確定故障類型的第一步算法，則可以節(jié)約大量的計算量。一般而言，對于接地故障和相間故障的六個方程中只有一個方程需要處理，這樣即可節(jié)約大量時間。比如：對于中性點直接接地系統(tǒng)，可以通過測量變壓器中性點的電流IN，就可以根據(jù)IN為零與否的情況判斷兩大類型故障。如果IN=0，則為相間故障；若IN≠0，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，距離保護中的六個方程只要計算其中的一個方程，提高了保護的動作時間。在WXH—801／802數(shù)字式微機線路保護中，就采用了自適應(yīng)保護判據(jù)，使保護的速動性得到了提高。[3]
3.3 自適應(yīng)故障測距
過渡電阻的存在使得保護裝置故障測距的測距值經(jīng)常不準。WXH—801／802數(shù)字式微機線路保護采用了一種自適應(yīng)故障測距方法，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，準確計算出實際電抗。采用自適應(yīng)阻抗測距的方法，提高了經(jīng)過渡電阻接地測距的準確度。
3.4 自適應(yīng)并聯(lián)電抗器補償
對于超高壓輸電線路來說，電容電流對電流差動保護的影響很大[4]，光纖分相差動保護的電流差動判據(jù)必須要考慮電容電流的影響。PRS—753光纖分相差動保護裝置[5]，由軟件實現(xiàn)了電容電流及并聯(lián)電抗器補償功能，可根據(jù)具體情況選擇投退。對基于電流相量做判據(jù)的保護設(shè)置電容電流補償功能(包括穩(wěn)態(tài)量及突變量比差)，進一步提高了保護靈敏度。對于有并聯(lián)電抗器的線路，裝置可通過軟件自動檢測線路兩端并聯(lián)電抗器的投切狀態(tài)，做自適應(yīng)的補償處理，提高保護靈敏度。
4 結(jié)束語
自適應(yīng)繼電保護技術(shù)是進一步提高和改善現(xiàn)有繼電保護性能的一個方向，本文介紹了自適應(yīng)技術(shù)在幾種微機線路保護中的運用，較好地說明了自適應(yīng)保護的優(yōu)越性。然而目前絕大多數(shù)自適應(yīng)繼電保護只是在某個或幾個保護環(huán)節(jié)上具有自適應(yīng)特性，保護并沒有達到全自適應(yīng)，要實現(xiàn)全自適應(yīng)繼電保護還有很長的路要走。相信在不遠的將來，自適應(yīng)繼電保護將成為新一代繼電保護領(lǐng)域的統(tǒng)治者。
參考文獻
[1] 葛耀中．自適應(yīng)繼電保護及其前景展望．電力系統(tǒng)自動化，1997．
[2] 陳德樹，陳 衛(wèi)，尹項根，等．差動保護運行動作特性的相量分析．繼電器，2002，30(4)：1-3．
[3] WXH—801／802數(shù)字式微機線路保護裝置技術(shù)說明書．許繼集團有限公司，2000．
[4] 伍葉凱，鄒東霞．電容電流對差動保護的影響及補償方案．繼電器，1997，25(4) ：1-4．
[5] PRS—753光纖分相縱差成套保護裝置技術(shù)說明書．深圳南瑞科技有限公司，2004．
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