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保持系統的標準特性，因此，自適應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，說明運用自適應原理解決繼電保護中保護判據、故障測距等問題的方法。
關鍵詞：自適應，繼電保護，控制，制動特性，判據
1 自適應控制與自適應繼電保護[1] 畢業
隨著計算機技術的飛速發展，現代自動控制理論正日漸深人應用到各個領域，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控制一樣，也是一種基于數學模型的控制方法，所不同的是自適應控制所依據的關于模型和擾動的經驗知識比較少，需要在系統的運行過程中去不斷提取有關模型的信息，使模型逐漸完善。具體地說，可以依據對象的輸人輸出數據，不斷地辨識模型的參數，這個過程為系統的在線辨識。隨著生產過程的不斷進行，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足的進步。目前，自適應控制理論與繼電保護結合而產生的自適應式微機繼電保護也得到比較大的發展。常規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型信息實時改變保護陛能、特性或定值，使得繼電保護系統處于最佳運行狀態、更充分地發揮其性能，以提高繼電保護系統的選擇性、速動性、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行調節，使它們更適應實際的電力系統運行情況。其關鍵的設想是要對保護系統作某種改變來響應因負荷變化、電網開關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，實際應用中常常是通過設法使保護的整定值能隨著可能出現的各種電力系統的變化情況而變化的方法來實現的。有關文獻給自適應繼電保護下了一個定義 ：“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地對各種保護功能進行調節或改變，以更適合于給定的電力系統的工況。”“除了具有常規的保護功能外，還必需具有明顯的適應功能模塊，只有在這種情況下。才能稱為自適應式保護”。自適應繼電保護與系統問的邏輯關系具體可用圖 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路與電力系統中的其它設備的計算機網絡進行通信以交換信息。就目前而言，光纖通信線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配電網絡自適應繼電保護系統圖
圖2是一種配電網絡自適應繼電保護實現的方法之一。整個系統分為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關、負荷狀態上傳給中央計算機，中央計算機根據電力系統電源及上層網絡狀態以及各變電站上傳的狀態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，從而給出具體整定值，再通過網絡下傳至各繼電器。各繼電器就能以適合當前電力系統狀態的整定值 (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 自適應繼電保護在微機線路保護中的應用
微機保護在電力系統的廣泛應用以及通訊技術的迅速發展，使得自適應繼電保護技術的應用成為可能。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，微機的這些特點正好為自適應繼電保護提供了硬件基礎。下面以幾個例子來說明白適應在微機線路保護中的應用。
3.1 自適應制動特性 [2]
傳統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平面上表示的區域如圖4所示。圓內為制動區域，當電流的矢量和落于圓內時，被制動，圓的直徑取決于制動電流。
圖3 傳統的制動特性 圖4 用矢量表示傳統方法的制動特性
L90光纖分相差動保護使用一種新穎的自適應判別技術——在線計算測量誤差來源。該自適應方法，制動區域為橢圓，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，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，系統沒有被繼電器所保護。自適應的橢圓制動特性相對于傳統方法有很多優越性。盡管自適應方法與傳統方法都有一大小變化的制動區域，但自適應橢圓制動區域更能準確地反映測量誤差來源。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 自適應橢圓制動所增強的故障覆蓋率
3.2自適應保護判據
最簡單的微機距離保護算法也要處理對應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，這樣即可節約大量時間。比如：對于中性點直接接地系統，可以通過測量變壓器中性點的電流IN，就可以根據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數字式微機線路保護中，就采用了自適應保護判據，使保護的速動性得到了提高。[3]
3.3 自適應故障測距
過渡電阻的存在使得保護裝置故障測距的測距值經常不準。WXH—801／802數字式微機線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，準確計算出實際電抗。采用自適應阻抗測距的方法，提高了經過渡電阻接地測距的準確度。
3.4 自適應并聯電抗器補償
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]，由軟件實現了電容電流及并聯電抗器補償功能，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(包括穩態量及突變量比差)，進一步提高了保護靈敏度。對于有并聯電抗器的線路，裝置可通過軟件自動檢測線路兩端并聯電抗器的投切狀態，做自適應的補償處理，提高保護靈敏度。
4 結束語
自適應繼電保護技術是進一步提高和改善現有繼電保護性能的一個方向，本文介紹了自適應技術在幾種微機線路保護中的運用，較好地說明了自適應保護的優越性。然而目前絕大多數自適應繼電保護只是在某個或幾個保護環節上具有自適應特性，保護并沒有達到全自適應，要實現全自適應繼電保護還有很長的路要走。相信在不遠的將來，自適應繼電保護將成為新一代繼電保護領域的統治者。
參考文獻
[1] 葛耀中．自適應繼電保護及其前景展望．電力系統自動化，1997．
[2] 陳德樹，陳 衛，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數字式微機線路保護裝置技術說明書．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說明書．深圳南瑞科技有限公司，2004．
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