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自適應繼電保護原理及其應用研究
摘 要： 繼電保護需要適應頻繁變化的電力系統運行方式，正確切除各種故障及設備，而自適應繼電保護能在參數變化時(shí)保持系統的標準特性，因此，自適應繼電保護在微機線(xiàn)路保護中被廣泛采用。本文以幾種微機線(xiàn)路保護為例，說(shuō)明運用自適應原理解決繼電保護中保護判據、故障測距等問(wèn)題的方法。
關(guān)鍵詞：自適應，繼電保護，控制，制動(dòng)特性，判據
1 自適應控制與自適應繼電保護[1]論文 畢業(yè)論文
隨著(zhù)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，現代自動(dòng)控制理論正日漸深人應用到各個(gè)領(lǐng)域，形成了各種成熟的計算機控制系統。自適應控制與常規反饋控制及最優(yōu)控制一樣，也是一種基于數學(xué)模型的控制方法，所不同的是自適應控制所依據的關(guān)于模型和擾動(dòng)的經(jīng)驗知識比較少，需要在系統的運行過(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)，可以依據對象的輸人輸出數據，不斷地辨識模型的參數，這個(gè)過(guò)程為系統的在線(xiàn)辨識。隨著(zhù)生產(chǎn)過(guò)程的不斷進(jìn)行，通過(guò)在線(xiàn)辨識，模型會(huì )變得越來(lái)越準確，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(zhù)不斷改進(jìn)，在這個(gè)意義下，控制系統具有了一定的適應能力。自適應控制由此而得名。
自適應繼電保護是自適應控制技術(shù)在電力系統繼電保護中的應用。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(cháng)足的進(jìn)步。目前，自適應控制理論與繼電保護結合而產(chǎn)生的自適應式微機繼電保護也得到比較大的發(fā)展。常規繼電保護的整定值是通過(guò)離線(xiàn)計算獲得，而且在運行中保持不變，不能很好滿(mǎn)足電力系統的運行方式和故障類(lèi)型變化的要求，從而不同程度地降低了繼電保護性能的發(fā)揮。自適應繼電保護系統能根據電力系統運行方式變化信息和故障類(lèi)型信息實(shí)時(shí)改變保護陛能、特性或定值，使得繼電保護系統處于最佳運行狀態(tài)、更充分地發(fā)揮其性能，以提高繼電保護系統的選擇性、速動(dòng)性、可靠性和靈敏性。
自適應保護是一種保護理論，根據這種理論，可允許對各種保護功能進(jìn)行調節，使它們更適應實(shí)際的電力系統運行情況。其關(guān)鍵的設想是要對保護系統作某種改變來(lái)響應因負荷變化、電網(wǎng)開(kāi)關(guān)操作或故障等引起的電力系統變化。在某種程度上，只有使所有保護系統都適應電力系統的變化，保護作用才更完善。為了做到這一點(diǎn)，實(shí)際應用中常常是通過(guò)設法使保護的整定值能隨著(zhù)可能出現的各種電力系統的變化情況而變化的方法來(lái)實(shí)現的。有關(guān)文獻給自適應繼電保護下了一個(gè)定義 ：“自適應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(dòng)地對各種保護功能進(jìn)行調節或改變，以更適合于給定的電力系統的工況�！薄俺司哂谐Ｒ幍谋Ｗo功能外，還必需具有明顯的適應功能模塊，只有在這種情況下。才能稱(chēng)為自適應式保護”。自適應繼電保護與系統問(wèn)的邏輯關(guān)系具體可用圖 l表示。
2 自適應繼電保護原理的應用
由于自適應繼電保護的含義是保護必須適應于正在變化的系統情況，因此微機繼電保護就必須有分層配置的通信線(xiàn)路與電力系統中的其它設備的計算機網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信以交換信息。就目前而言，光纖通信線(xiàn)路是應用于自適應繼電保護大量信息傳輸和轉換的最好媒介。
圖2配電網(wǎng)絡(luò )自適應繼電保護系統圖
圖2是一種配電網(wǎng)絡(luò )自適應繼電保護實(shí)現的方法之一。整個(gè)系統分為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(kāi)關(guān)、負荷狀態(tài)上傳給中央計算機，中央計算機根據電力系統電源及上層網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)以及各變電站上傳的狀態(tài)信息進(jìn)行綜合分析計算，給出影響各種保護繼電器的實(shí)際主要參數，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前電力系統狀態(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(dòng)作速度。
3 自適應繼電保護在微機線(xiàn)路保護中的應用
微機保護在電力系統的廣泛應用以及通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，使得自適應繼電保護技術(shù)的應用成為可能。微機保護的硬件系統具有快速計算、強大的存儲能力和邏輯判斷能力，微機的這些特點(diǎn)正好為自適應繼電保護提供了硬件基礎。下面以幾個(gè)例子來(lái)說(shuō)明白適應在微機線(xiàn)路保護中的應用。
3.1 自適應制動(dòng)特性 [2]
傳統電流差動(dòng)保護的制動(dòng)特性曲線(xiàn)如圖3所示，它的另一種作圖方法在復平面上表示的區域如圖4所示。圓內為制動(dòng)區域，當電流的矢量和落于圓內時(shí)，被制動(dòng)，圓的直徑取決于制動(dòng)電流。
圖3 傳統的制動(dòng)特性 圖4 用矢量表示傳統方法的制動(dòng)特性
L90光纖分相差動(dòng)保護使用一種新穎的自適應判別技術(shù)——在線(xiàn)計算測量誤差來(lái)源。該自適應方法，制動(dòng)區域為橢圓，其長(cháng)軸、短軸及方向可變。橢圓參量隨時(shí)間而變化，以充分利用當前的測量精度。傳統的方法不考慮在測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，傳統方法的圓直徑大小須至少為自適應橢圓的主軸一樣大。這就是說(shuō)，對傳統的方法，如圖5中，當故障電流矢量落于圓與橢圓之間的區域時(shí)，系統沒(méi)有被繼電器所保護。自適應的橢圓制動(dòng)特性相對于傳統方法有很多優(yōu)越性。盡管自適應方法與傳統方法都有一大小變化的制動(dòng)區域，但自適應橢圓制動(dòng)區域更能準確地反映測量誤差來(lái)源。譬如，傳統的方法不考慮行波與操作沖擊對測量精度的影響，而自適應橢圓制動(dòng)區域卻有極好的統計確信度，比傳統的方法更靈敏、更安全。
圖5 自適應橢圓制動(dòng)所增強的故障覆蓋率
3.2自適應保護判據
最簡(jiǎn)單的微機距離保護算法也要處理對應于三個(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。微處理機很難在連續采樣過(guò)程中完成對于所有六個(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(gè)方程中只有一個(gè)方程需要處理，這樣即可節約大量時(shí)間。比如：對于中性點(diǎn)直接接地系統，可以通過(guò)測量變壓器中性點(diǎn)的電流IN，就可以根據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IN≠0，則為接地故障。然后，再根據序分量或相分量條件判斷故障相別，距離保護中的六個(gè)方程只要計算其中的一個(gè)方程，提高了保護的動(dòng)作時(shí)間。在WXH—801／802數字式微機線(xiàn)路保護中，就采用了自適應保護判據，使保護的速動(dòng)性得到了提高。[3]
3.3 自適應故障測距
過(guò)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數字式微機線(xiàn)路保護采用了一種自適應故障測距方法，裝置采用微分方程算法，配合有限沖擊響應(TIR)的數字濾波器，粗算出感受的電抗分量和電阻分量，再根據不同系統估算出電抗的斜率，準確計算出實(shí)際電抗。采用自適應阻抗測距的方法，提高了經(jīng)過(guò)渡電阻接地測距的準確度。
3.4 自適應并聯(lián)電抗器補償
對于超高壓輸電線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，電容電流對電流差動(dòng)保護的影響很大[4]，光纖分相差動(dòng)保護的電流差動(dòng)判據必須要考慮電容電流的影響。PRS—753光纖分相差動(dòng)保護裝置[5]，由軟件實(shí)現了電容電流及并聯(lián)電抗器補償功能，可根據具體情況選擇投退。對基于電流相量做判據的保護設置電容電流補償功能(包括穩態(tài)量及突變量比差)，進(jìn)一步提高了保護靈敏度。對于有并聯(lián)電抗器的線(xiàn)路，裝置可通過(guò)軟件自動(dòng)檢測線(xiàn)路兩端并聯(lián)電抗器的投切狀態(tài)，做自適應的補償處理，提高保護靈敏度。
4 結束語(yǔ)
自適應繼電保護技術(shù)是進(jìn)一步提高和改善現有繼電保護性能的一個(gè)方向，本文介紹了自適應技術(shù)在幾種微機線(xiàn)路保護中的運用，較好地說(shuō)明了自適應保護的優(yōu)越性。然而目前絕大多數自適應繼電保護只是在某個(gè)或幾個(gè)保護環(huán)節上具有自適應特性，保護并沒(méi)有達到全自適應，要實(shí)現全自適應繼電保護還有很長(cháng)的路要走。相信在不遠的將來(lái)，自適應繼電保護將成為新一代繼電保護領(lǐng)域的統治者。
參考文獻
[1] 葛耀中．自適應繼電保護及其前景展望．電力系統自動(dòng)化，1997．
[2] 陳德樹(shù)，陳 衛，尹項根，等．差動(dòng)保護運行動(dòng)作特性的相量分析．繼電器，2002，30(4)：1-3．
[3] WXH—801／802數字式微機線(xiàn)路保護裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū)．許繼集團有限公司，2000．
[4] 伍葉凱，鄒東霞．電容電流對差動(dòng)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(shuō)明書(shū)．深圳南瑞科技有限公司，2004．
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