中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東電力試驗研究院 夏明圣

現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行以智能化、新技術(shù)、大容量、高電壓為特點，隨著工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟增長，運行效率不斷提高。其主要表現(xiàn)為電網(wǎng)系統(tǒng)運行隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)組成以及地域分布的情況變化呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣化特征，在運行過程中可能出現(xiàn)多種運行狀態(tài)與故障狀態(tài)差異性與相似性。而電力市場的發(fā)展，在極大限度拓展市場交易的同時縮小了電力系統(tǒng)安全裕度，近年來大量新能源涌入市場同樣加劇了隨機性因素對電力系統(tǒng)的影響。鑒于繼電保護對電網(wǎng)安全運行的重要性，提出基于模糊算法的繼電保護風(fēng)險評估方法。繼電保護設(shè)備情況直接影響了電力系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性，繼電保護失誤經(jīng)常會導(dǎo)致失電區(qū)域增加，也是導(dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因之一。繼電保護狀態(tài)評估主要通過采集繼電保護設(shè)備實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、家族性數(shù)據(jù)及巡視檢修數(shù)據(jù)等，通過各項相關(guān)數(shù)據(jù)來判斷繼電保護設(shè)備運行狀態(tài)，將其評估結(jié)果作為檢修依據(jù)。

1 基于模糊算法的繼電保護風(fēng)險評估方法

1.1 繼電模糊信息?；幚?/h3>

考慮到風(fēng)險評估可能發(fā)生的不穩(wěn)定因素，應(yīng)將繼電保護相關(guān)信息進行離散化處理，使處理后的數(shù)據(jù)形成多個信息粒[1]。依據(jù)信息粒的連續(xù)程度可分為離散信息粒和連續(xù)信息粒，以繼電保護歷史運行信息為基礎(chǔ)進行風(fēng)險評估。根據(jù)繼電保護運行不同數(shù)據(jù)來源，設(shè)定誤差范圍為(e1～e2)，根據(jù)誤差范圍確定模糊信息粒擴散范圍。將e1作為模糊數(shù)據(jù)量確定區(qū)域長度，將e1與e2之間的差作為模糊信息粒子擴散范圍長度。

對整個設(shè)備系統(tǒng)風(fēng)險量化評估時需選取量化參數(shù)，為此選取系統(tǒng)故障最為主要的外在表現(xiàn)嚴重度作為量化參數(shù)，同時確定整個繼電保護參數(shù)[2]。結(jié)合具體針對風(fēng)險嚴重程度提出一個較為合理的風(fēng)險評估方法。對整個系統(tǒng)來說，保護誤動及保護拒動都是故障風(fēng)險評估中較為容易產(chǎn)生的。在實際運行過程中變壓裝置或電路功率超過一定額定功率時，設(shè)其潮流越限嚴重度為RP，一般情況下RP<0.9，在RP=1時則其潮流越限嚴重度為1，從而建立起相關(guān)計算模式為式（1）。

在潮流越限嚴重度約束下，位于母線節(jié)點電壓一旦超出限制，電壓越限將會對系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重影響。計算過程中選取節(jié)點當(dāng)前的額定電壓作為參考值，將其比值作為量化考察指標[3]。根據(jù)相關(guān)規(guī)定限制，額定電壓值查表不能超過電壓表值的5%，因此設(shè)嚴重度零點為電壓比值，其數(shù)值范圍在0.95～1.05。對電壓越限嚴重度做量化處理，由于電壓越限值與選定偏差絕對值成正比例關(guān)系，得到電壓越限嚴重度為式（2）。通過兩公式計算結(jié)果得到電壓越限嚴重度與潮流越限嚴重度，將其結(jié)果相加后得到整個系統(tǒng)嚴重度。

1.2 繼電運行損失負荷

在風(fēng)險指標中，負荷損失作為衡量繼電保護事故嚴重程度的重要一環(huán)[4]。在風(fēng)險評估過程中考慮到可能會出現(xiàn)由于動作保護使進線開斷導(dǎo)致孤立負荷、所有出線開斷導(dǎo)致孤立電源、系統(tǒng)解列為電氣島有功平衡而切除負荷以及潮流計算不收斂時調(diào)整系統(tǒng)有功率和無功率來尋找新的運行點，因此需要切除負荷。根據(jù)最優(yōu)潮流方法求解，將其目標函數(shù)設(shè)為負荷最小，得到min ∑(P1-P2)，等式約束條件為P=Bθ，不等約束條件為0≤PR≤PRman、0≤QR≤QRman、0≤P1≤P1man、F1≤FR1≤F1man。其中，R1為負荷節(jié)點調(diào)整前輸送功率值；R2為負荷節(jié)點調(diào)整后輸送功率值；P 為節(jié)點有功注入向量；B 為電納矩陣；θ 為母線電壓相角向量；F1為線路調(diào)整后輸送功率值。在繼電保護風(fēng)險評估過程中，實時分析系統(tǒng)狀態(tài)，按照系統(tǒng)狀態(tài)計算相應(yīng)負荷損失[5]。

1.3 風(fēng)險等級排序

根據(jù)繼電運行損失負荷對電力系統(tǒng)多風(fēng)險源作出排序，以確定繼電保護設(shè)備差異化運維依據(jù)[6]。在不確定條件下對風(fēng)險源作出排序，確定最優(yōu)運行維護計劃。以模糊極大集和模糊極小集為參照基準，以海明距離作為測量工具，定義模糊效用函數(shù)，取其函數(shù)結(jié)果均值作為模糊排序依據(jù)，解決多個模糊信息粒排序問題。設(shè)實數(shù)域有n 個模糊信息粒A1,A2,…,An，其模糊極大信息粒記為μmax，模糊極小信息粒為μmin，對于任意模糊集Ai,i=1,…,n，模糊效用函數(shù)為f1(Ai)與f2(Ai)，分別定義為式(3)和式(4)，據(jù)此模糊信息粒排序指標函數(shù)表達式為式(5)，根據(jù)公式對繼電保護風(fēng)險作出等級排序。

1.4 風(fēng)險等級確定

從風(fēng)險定義出發(fā)，考慮到影響繼電保護風(fēng)險因素、事故發(fā)生概率與損失等問題，采用模糊信息?；椒炕L(fēng)險事件，根據(jù)風(fēng)險等級排序計算風(fēng)險并制定差異化運維策略[7]。僅考慮繼電保護故障給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來的風(fēng)險，使設(shè)備失效率等于事故概率：p=ke-fs，其中，k 為比例參數(shù)；f 為曲率參數(shù)；s 為設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)評分。根據(jù)相關(guān)標準，f 取值0.1958、s 取值8640。參考《中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力事故事件調(diào)查規(guī)程》相關(guān)劃分標準，其判斷事故類型標準中事故類型與減供負荷量分別為：一般事故1000～2000、較大事故2000～2600、重大事故2600～6000、特大事故>6000、一級事件500～1000、二級事件300～500、三級事件100～300。據(jù)此計算事故分值：E=(P1+P2)/100，其中P1、P2為減供負荷區(qū)間臨界值，E 為事故分值。

根據(jù)計算結(jié)果得到事故賦分結(jié)果為：一般事故15、較大事故23、重大事故43、特大事故80、一級事件7、二級事件4。將其與風(fēng)險管控等級相聯(lián)系，對其進行時間賦分結(jié)果劃分：較大及以上事故31，一般事故15，一級事件7，二級、三級事件3，據(jù)此判斷繼電保護分值，從而判斷其風(fēng)險等級[8]。

2 對比實驗

2.1 實驗準備

設(shè)計仿真實驗，驗證基于模糊算法的繼電保護風(fēng)險評估方法的實際應(yīng)用有效性。實驗通過對比基于模糊算法的繼電保護風(fēng)險評估方法與傳統(tǒng)繼電保護風(fēng)險評估方法在同一實驗條件下的評估可靠性，分析兩組方法區(qū)別。實驗考慮到繼電保護風(fēng)險評估測試中信息孤島問題、診斷數(shù)據(jù)利用率低以及故障測試與監(jiān)控管理功能等相關(guān)問題，采用SJ9000狀態(tài)檢測及故障診斷系統(tǒng)。實驗以某一企業(yè)電場與電網(wǎng)為實驗對象，母線保護時主要采用差動保護裝置單母線接線。線路保護裝置、母線差動保護以及變壓器保護裝置共同構(gòu)成了電網(wǎng)，在保護系統(tǒng)中共包含母線差動保護裝置14套、線路保護裝置17套、變壓器保護裝置3套。實驗過程中，兩組方法對各項設(shè)備運行過程中風(fēng)險作出評估，為確保實驗數(shù)據(jù)準確，每組隨機選取10組實驗數(shù)據(jù)，將其平均值作為實驗結(jié)果數(shù)據(jù)，對兩組方法評估結(jié)果可靠性。

2.2 實驗結(jié)果分析

在實驗環(huán)境下，使用基于模糊算法的繼電保護風(fēng)險評估方法與傳統(tǒng)繼電保護風(fēng)險評估方法分別對實驗對象運行狀態(tài)作出風(fēng)險評估，傳統(tǒng)方法與模糊算法評估成功概率分別為：變壓器保護4-7：0.896、0.963；變壓器保護4-9：0.915、0.972；變壓器保護5-6：0.864、0.921；線路保護1-2：0.903、0.983；線路保護1-5：0.883、0.976；線路保護2-3：0.964、0.983；線路保護2-4：0.915、0.991；線路保護3-4：0.972、0.989；母線保護1：0.934、0.983；母線保護2：0.998、0.997；母線保護3：0.897、0.993；母線保護4：0.907、0.912；母線保護5：0.943、0.998；母線保護6：0.942、0.984，根據(jù)上述結(jié)果對比兩種方法風(fēng)險因素評估。

根據(jù)上述結(jié)果，對比兩種方法風(fēng)險因素評估成果概率，在繼電保護中最主要的變壓保護、線路保護及母線保護三部分風(fēng)險評估結(jié)果對比可看出，與傳統(tǒng)風(fēng)險評估方法相比，基于模糊算法的風(fēng)險評估方法相對評估成功概率較高，能夠更加準確對繼電風(fēng)險各項作出評估，提高繼電保護安全性。

3 結(jié)語

繼電保護可利用資源需要根據(jù)通訊技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，找到適應(yīng)于電網(wǎng)規(guī)模與新興技術(shù)發(fā)展的風(fēng)險狀態(tài)評估方法，因此提出基于模糊算法的繼電保護風(fēng)險評估方法?？紤]到繼電保護設(shè)計的不確定因素，其拒動或誤動會帶來較大安全影響。因此利用模糊算法評估繼電保護風(fēng)險從可靠性觀點入手，分析、處理技術(shù)數(shù)據(jù)形成一個有機整體后，提出一種具有較強普適性的模糊結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理方式，并提出繼電保護原理失效雙層概率，定量反映繼電保護定值、保護特性及特定故障隨機性，忽略在短期運行條件、保護率及等因素下對可靠性影響的不足，使各種失效模式對可靠性影響擁有統(tǒng)一定量表達形式，建立具備較強時效性的繼電風(fēng)險評估方法，為電力系統(tǒng)可靠性評估提供參考。