南京五采智電電力科技有限公司 楊曉渝 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司 馬紅祥

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司連云港供電分公司 高鵬飛 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司城西供電分公司 沈 妍

基于“中繼/備用站間故障信息智能傳輸”的特點(diǎn)，“中繼/備用站間故障信息智能傳輸”更符合變電站的“故障信息智能傳輸”，智能變電站的新特點(diǎn)將全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)帶到繼電保護(hù)中[1]。智能變電站發(fā)展是代表我國(guó)電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展技術(shù)的一個(gè)趨勢(shì)走向和技術(shù)方向，而建設(shè)智能變電站無(wú)疑是代表未來(lái)智能化電網(wǎng)走向重要科技組成部分。與目前傳統(tǒng)智能變電站發(fā)展相比，智能變電站更具有計(jì)算機(jī)自動(dòng)運(yùn)行完成信息實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)，與系統(tǒng)安全保護(hù)處理等多種基本的功能，以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制、在線(xiàn)數(shù)據(jù)分析、決策自動(dòng)化等各種先進(jìn)應(yīng)用功能系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

但是，為促使其穩(wěn)定發(fā)展，其設(shè)備運(yùn)行及可靠性水平，不應(yīng)完全低于國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)高壓變電站，其維護(hù)運(yùn)行和維護(hù)作業(yè)效率度，以及服務(wù)便利性都應(yīng)明顯高于中國(guó)傳統(tǒng)變電站[2]。為顯著提高繼電保護(hù)設(shè)施運(yùn)行管理的運(yùn)行可靠性能，以及實(shí)現(xiàn)智能變電站設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)監(jiān)控的綜合有效性能運(yùn)行方便性，一些專(zhuān)家學(xué)者深入研究論證了各種智能變電站設(shè)備繼電性保護(hù)故障整定新方法，研究剖析了各類(lèi)繼電性能保護(hù)故障的內(nèi)在故障機(jī)理問(wèn)題和主要薄弱環(huán)節(jié)，提出了亟待突破解決研究的問(wèn)題重點(diǎn)，希望可以利用現(xiàn)有智能變電站新技術(shù)優(yōu)勢(shì)和研究開(kāi)發(fā)更靈活經(jīng)濟(jì)、方便實(shí)用的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行監(jiān)控檢查的方法，可以較大提高現(xiàn)場(chǎng)繼電式保護(hù)運(yùn)行的安全可靠性，與繼電系統(tǒng)保護(hù)的運(yùn)行性、操作維護(hù)管理的操作有效性以及管理方便性，但目前的方法并不完善[3]。

因此，將一種改進(jìn)灰狼算法模型引入應(yīng)用到智能變電站數(shù)據(jù)中心繼電系統(tǒng)保護(hù)的設(shè)置及計(jì)算研究中，討論出了一種改進(jìn)后的灰狼算法模式，在智能變電站數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，提出設(shè)計(jì)了一套基于一種改進(jìn)灰狼算法模型的保護(hù)設(shè)置與計(jì)算優(yōu)化平臺(tái)架構(gòu)，研究得出了在改進(jìn)灰狼算法模式指導(dǎo)下，可行的一種繼電系保護(hù)的設(shè)置及其優(yōu)化研究方法，建立完善了一套繼電保護(hù)的設(shè)置計(jì)算優(yōu)化研究模型，基于并行遺傳算法模型進(jìn)行優(yōu)化[4]。最后，通過(guò)分析實(shí)例表明，該算法能夠有效滿(mǎn)足保護(hù)設(shè)置中的靈敏度控制和選擇性要求，進(jìn)一步充分證明出了應(yīng)用該方法時(shí)的技術(shù)優(yōu)越性點(diǎn)和合理性。

1 基于改進(jìn)的灰狼算法的智能變電站繼電保護(hù)設(shè)置優(yōu)化方法

1.1 智能變電站中繼電保護(hù)信息的狀態(tài)分類(lèi)

智能變電站中的一些新技術(shù)內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及其對(duì)系統(tǒng)繼電保護(hù)工作的直接影響，主要都體現(xiàn)在電氣信息傳輸交互控制作用中[5]。信息的交互性失效也已開(kāi)始成為可能導(dǎo)致繼電保護(hù)性能失效惡化的另外一個(gè)更重要影響因素。為了系統(tǒng)描述各個(gè)影響繼時(shí)電抗保護(hù)和信息交互保護(hù)故障，出現(xiàn)的各種原因事件之間錯(cuò)綜復(fù)雜的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，分析由各造成信息交互保護(hù)故障過(guò)程的各基本原因，所導(dǎo)致形成的一系列信息的交互保護(hù)故障過(guò)程，最終導(dǎo)致一系列繼電保護(hù)的故障，基于故障樹(shù)的分析研究方法，把生成信息的交互式保護(hù)失效程序中最根本的起因事件作為底層事件，將形成信息的交互護(hù)故障過(guò)程的其他直接起因，以及各間接的原因事件作為中間因事件，以繼電保護(hù)故障中的頂因事件來(lái)建立繼電保護(hù)故障模型。

繼電器保護(hù)故障通常包括下述兩種保護(hù)故障類(lèi)型：信息交互保護(hù)不成功而導(dǎo)致失效的繼電控制保護(hù)故障（T1）、因意外觸發(fā)信息的交互失敗導(dǎo)致?lián)p壞的繼電控制器保護(hù)故障（T2）。前者包括至少兩種主要故障類(lèi)型：信息的交互關(guān)系通道故障（A1）和信息通道異常故障（A2），而后者則包括另外兩種基本故障類(lèi)型：不符合的信息的交互關(guān)系錯(cuò)誤（A3）和異常的消息的處理錯(cuò)誤（A4）。AI的失效原因?yàn)椋篵-b3，A2為C1，A3為b2b3，A4為b4b5，以 此類(lèi)推。

由于繼電保護(hù)裝置存在隱藏故障，當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，可能觸發(fā)保護(hù)裝置隱藏故障，導(dǎo)致誤操作或拒絕保護(hù)，導(dǎo)致停電面積擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)甚至電網(wǎng)斷開(kāi)。在這種多個(gè)電網(wǎng)部件同時(shí)發(fā)生故障的復(fù)雜故障情況下，很難在短時(shí)間內(nèi)根據(jù)各種報(bào)警和故障信號(hào)進(jìn)行分析和決策。特別是當(dāng)報(bào)警或故障信號(hào)為錯(cuò)誤或遺漏時(shí)，僅通過(guò)手動(dòng)來(lái)分析和檢測(cè)故障情況是極其困難的。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文首先提出了一種基于分析模型的隱藏故障檢測(cè)方法，根據(jù)故障發(fā)生后收集到的信息，檢測(cè)出可能存在隱藏故障的保護(hù)裝置。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于改進(jìn)的灰狼算法的繼電保護(hù)系統(tǒng)仿真方法，以檢測(cè)故障前子系統(tǒng)運(yùn)行模式劇烈變化條件下，保護(hù)設(shè)置和配置參數(shù)的適應(yīng)性。確保保護(hù)始終能適應(yīng)運(yùn)行模式的變化，以免在意外運(yùn)行模式時(shí)擴(kuò)大故障范圍，造成級(jí)聯(lián)故障。

通過(guò)變電站在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控裝置的智能化實(shí)現(xiàn)，能夠方便及時(shí)準(zhǔn)確獲取各變電站中，繼配電安全保護(hù)控制裝置運(yùn)行的異常變化動(dòng)態(tài)信息。但是，由于變電站繼電器和保護(hù)控制裝置數(shù)量過(guò)多，每個(gè)變電站保護(hù)控制裝置信息異常多樣，在電網(wǎng)可靠性監(jiān)測(cè)分析處理過(guò)程中要面臨處理的復(fù)雜數(shù)據(jù)量較大。通過(guò)對(duì)大量示例消息的分析整理歸納和研究的總結(jié)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)使用Markov方法進(jìn)行計(jì)算可靠性時(shí)，較少的狀態(tài)空間，提高了運(yùn)算的可靠性。

1.2 智能變電站繼電保護(hù)設(shè)定值的識(shí)別算法

設(shè)置計(jì)算云數(shù)據(jù)中心，基于模型數(shù)據(jù)拼接的先進(jìn)技術(shù)，將全球電網(wǎng)內(nèi)各級(jí)復(fù)雜分散的復(fù)雜電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，拼接成較為全面完整且清晰準(zhǔn)確的全球電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，用于設(shè)置各級(jí)電網(wǎng)的計(jì)算。本文重點(diǎn)以距離保護(hù)的設(shè)置問(wèn)題為范例，探討了多變量、多目標(biāo)、多約束條件中的全局優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)于線(xiàn)路保護(hù)中的每隔一段，都會(huì)使用適合度公式來(lái)對(duì)進(jìn)行判斷。若適配度大，則解更優(yōu)化以最大適應(yīng)度為最優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，求解最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)：

在ai,k，βi，εi，δi式中，F(xiàn)是適配值：用于可判定的時(shí)間保護(hù)的次數(shù)；恒定值：用于時(shí)間保護(hù)的I級(jí)防護(hù)所處的線(xiàn)路距離的限制權(quán)值：線(xiàn)路距離的間隙限制權(quán)、線(xiàn)路距離II時(shí)段保護(hù)的敏感限制權(quán)、線(xiàn)路距離II時(shí)段保護(hù)的選取約束權(quán)。這三個(gè)數(shù)值中的任何一個(gè)的數(shù)值都可以確定一個(gè)適合度公式的主要方向，其是一種臨時(shí)稱(chēng)為f（1）的處罰功能。如果滿(mǎn)足相應(yīng)的處罰時(shí)間限制，則f（t）=1，否則，處罰的時(shí)間為t。第一個(gè)保護(hù)，與下屬合作，有以下的限制：

為了較方便、準(zhǔn)確快速地進(jìn)行計(jì)算結(jié)構(gòu)重要性，本文首先采用概率重要性性質(zhì)法計(jì)算確定了結(jié)構(gòu)的重要度為L(zhǎng)。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的具體計(jì)算形式見(jiàn)下式：

其結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、出現(xiàn)概率重要性系數(shù)、出現(xiàn)首次底事件的可能性、失效樹(shù)下出現(xiàn)頂點(diǎn)事件的可能性，以及分別可以被用來(lái)指示出現(xiàn)頂點(diǎn)事件的可能性，或者表示不會(huì)出現(xiàn)的可能性。

若兩個(gè)最小概率的切集間不存在絕對(duì)的排斥，則可以采用布爾代數(shù)的方法，通過(guò)不完全相交的布爾和進(jìn)行運(yùn)算，得到一個(gè)失敗事件圖的失敗概率，并將兩個(gè)最小的錯(cuò)誤切集的總和轉(zhuǎn)化為不一定完全的布爾和。如果在一個(gè)系統(tǒng)中，總存在一個(gè)最小的截?cái)嗉?，則這個(gè)系統(tǒng)中的最大截?cái)嗉目偘l(fā)生概率也可以表示為：

從以上的結(jié)果可以看出，對(duì)繼電器失效的影響最小的是基本失效，一般都可以通過(guò)脫機(jī)比較（如離線(xiàn)比對(duì)虛擬連接關(guān)系），或利用在線(xiàn)過(guò)程和在線(xiàn)控制技術(shù)（諸如設(shè)備時(shí)間函數(shù)）實(shí)現(xiàn)修正或減少失效，因此，其對(duì)基本繼電器設(shè)備失效的可能性幾乎沒(méi)有。直接導(dǎo)致繼電器失效的一個(gè)基本因素就是沒(méi)有對(duì)有關(guān)的線(xiàn)路進(jìn)行及時(shí)的離線(xiàn)和在線(xiàn)的控制。

若測(cè)試方案不夠完善，或?qū)嶋H使用情況與實(shí)際測(cè)試環(huán)境相差太大，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)間的信息交流與故障，進(jìn)而導(dǎo)致繼電器系統(tǒng)故障、故障、故障。為了更精確地描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，建立了一個(gè)區(qū)間描述模型，并在此基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)由主系統(tǒng)組成的區(qū)間描述模型。如下式所示：

其中，D表示“總線(xiàn)”的數(shù)量（包括導(dǎo)電設(shè)備之間的“總線(xiàn)”，總線(xiàn)部分也是一個(gè)結(jié)點(diǎn)），M表示除了總線(xiàn)部分之外的空隙（包括變壓器部分），并且各個(gè)部分可以從高到低編號(hào)。特別是在L模式中，正負(fù)元素只與限定的區(qū)間有關(guān)。在饋線(xiàn)間隔中，僅有一端可以與一次系統(tǒng)的其他部件直接相連，在模型圖中，饋線(xiàn)間距中對(duì)應(yīng)的一列中僅包含一個(gè)非O單位，而在每一列中，各列中至少包含兩個(gè)非O單位，即在軸方向圖上存在不對(duì)稱(chēng)的完整相關(guān)矩陣，用于描述當(dāng)前基爾霍夫定律公式。假設(shè)存在一個(gè)與相鄰交換機(jī)的總線(xiàn)節(jié)距ID設(shè)備端口之間的距離為M的相鄰交換機(jī)端口，可以構(gòu)成相應(yīng)的矩陣來(lái)代表兩個(gè)不同交換機(jī)端口的物理拓?fù)溥B接。

綜上所述，假設(shè)電網(wǎng)中存在n個(gè)保護(hù)措施，則整個(gè)電網(wǎng)中的染色體編碼基因數(shù)量為：

在方程中， S為被保護(hù)的輸出線(xiàn)的數(shù)量，即輸出數(shù)量一致的二進(jìn)制比特。這樣，從1號(hào)開(kāi)始，就有一條完整的基因序列，直到 n被保護(hù)。本系統(tǒng)能夠診斷出各防護(hù)系統(tǒng)之間的合作狀況，并能檢測(cè)出環(huán)形結(jié)構(gòu)。在沒(méi)有回路結(jié)構(gòu)的情況下，根據(jù)設(shè)置原則，逐漸設(shè)置保護(hù)直到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置。通過(guò)對(duì)離線(xiàn)繼電保護(hù)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息的綜合描述，可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地分析、自動(dòng)跟蹤和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)離線(xiàn)保護(hù)的狀態(tài)信息。通過(guò)這種方法，可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的在線(xiàn)運(yùn)行和故障的實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)控，從而使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、實(shí)時(shí)地進(jìn)行故障診斷、跟蹤和故障隔離。

1.3 智能變電站繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

在通過(guò)對(duì)變電站各繼電器等保護(hù)檢測(cè)裝置的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，進(jìn)行了實(shí)時(shí)在線(xiàn)計(jì)算模擬后，采用最新改進(jìn)設(shè)計(jì)的灰狼算法，對(duì)智能變電站里某一個(gè)繼電器系統(tǒng)的工作可靠性指數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。操作人員用于表示特定的組件或邏輯關(guān)系，而信號(hào)連接操作員用于表示特定的邏輯過(guò)程。截至目前，在繼電保護(hù)可靠性的研究方面已經(jīng)取得了一定成果?？煽啃栽u(píng)價(jià)的主要方法有：故障樹(shù)分析、蒙特卡羅仿真、最小路徑集、可靠度塊圖、變量權(quán)矩陣、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)性、馬爾可夫分析等。利用馬爾可夫模型，利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，構(gòu)造了一種新的保護(hù)裝置狀態(tài)概率模型。該技術(shù)與傳統(tǒng)繼電器保護(hù)的一個(gè)基本概念相吻合，因此在當(dāng)前的繼電器保護(hù)中，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，越來(lái)越多地被用于對(duì)繼電器的可靠性進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。以某變電站線(xiàn)路保護(hù)cscl01b裝置故障為例，介紹了故障信號(hào)采集、通信系統(tǒng)故障、軟件故障、功能硬件故障、電壓測(cè)量故障、電壓采集故障等故障。

2 結(jié)論

為切實(shí)提高智能變電站繼電保護(hù)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行安全可靠性，以及設(shè)備運(yùn)行檢查維護(hù)過(guò)程的操作有效性和維修方便性，建立了基于在線(xiàn)設(shè)備運(yùn)行故障檢查維護(hù)的在線(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)故障模型，與現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)故障描述模型，并著重對(duì)其他一系列的關(guān)鍵測(cè)控技術(shù)方法進(jìn)行分析了研究。研究發(fā)展了一系列基于繼電式保護(hù)失效模型的強(qiáng)弱鏈分析技術(shù)方法，給出了智能變電站的繼電保護(hù)功能的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，有利于新型智能變電站設(shè)備的研發(fā)快速落地推廣。

在此基礎(chǔ)上，分析改進(jìn)的灰狼算法在智能變電站數(shù)據(jù)計(jì)算中的應(yīng)用特點(diǎn)，提出了一種基于改進(jìn)的灰狼算法的設(shè)置計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)。首先，分析了將改進(jìn)后的灰狼算法與繼電保護(hù)相結(jié)合的必要性。利用高精度遺傳算法模型，以及強(qiáng)大高效的分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)效率優(yōu)化，與高速并行的計(jì)算推理能力，將灰狼算法直接應(yīng)用于繼線(xiàn)電器保護(hù)整定及優(yōu)化，建立出了一整套基于云模式計(jì)算的分布式繼電系統(tǒng)保護(hù)整定及其優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，實(shí)例分析表明，所提出的云模式下繼電保護(hù)整定優(yōu)化算法，在繼電保護(hù)整定計(jì)算中具有快速和優(yōu)越性。