南京南瑞繼保電氣有限公司 彭飛 夏玉坤 夏冰

1 引言

電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行是當(dāng)代社會(huì)人民生活與工作的基礎(chǔ)。想要保證生活安全穩(wěn)定，就必須保證電力系統(tǒng)的良好運(yùn)行，繼電保護(hù)裝置就是電網(wǎng)安全的一道重要的防線，想要保證電力系統(tǒng)的安全性，就需要首先保證繼電保護(hù)裝置的可靠性。精確地提取收集采樣信息，是保證繼電保護(hù)功能的重要步驟，互感器正是一種可以采集電力系統(tǒng)信息的傳感器。但是如果采樣信號(hào)出現(xiàn)異常，就會(huì)直接導(dǎo)致繼電保護(hù)方案失效，出現(xiàn)保護(hù)裝置誤動(dòng)或者裝置拒動(dòng)的情況。在現(xiàn)有的繼電保護(hù)裝置中，將電磁感應(yīng)原理作為電流轉(zhuǎn)換的主要方法，但是這種方法在故障電流過(guò)大或者二次負(fù)載過(guò)大等情況下，十分容易出現(xiàn)飽和情況，電流采樣數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)異常，進(jìn)而導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置在被干擾的情況下出現(xiàn)不正確動(dòng)作[1]。因此，想要保證繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中的安全運(yùn)行，就需要首先確保其不會(huì)被干擾。為合理避免此類問(wèn)題的出現(xiàn)，本文在高壓電力系統(tǒng)中，以抗干擾為主要目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一種新的繼電保護(hù)方案。

2 建立繼電保護(hù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性模型

在對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行抗干擾的保護(hù)時(shí)，需要首先建立相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性模型。在關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)樣本中建立子集，將特征項(xiàng)集合分為三類，分別為設(shè)備屬性、缺陷屬性和缺陷等級(jí)。由此可以得到數(shù)據(jù)挖掘?qū)ο蟮奶卣鲗傩裕?/p>

式中，Dp表示數(shù)據(jù)挖掘?qū)ο蟮谋磉_(dá)式；Wf表示數(shù)據(jù)挖掘的特征屬性；La表示電力系統(tǒng)設(shè)備缺陷部位類別；Qb表示電力系統(tǒng)設(shè)備缺陷原因；Jc表示缺陷等級(jí)；Bd表示嚴(yán)重缺陷部位；Ce表示抽象元組結(jié)構(gòu)[2]。通過(guò)上述樣本關(guān)聯(lián)子集，建立繼電保護(hù)文本詞典。

為方便日后針對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)，需要將原本的缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，使用分詞結(jié)構(gòu)建立文檔，對(duì)文檔中出現(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行改正與識(shí)別。依據(jù)現(xiàn)有的分詞結(jié)構(gòu)，提取有用分詞與無(wú)用分詞，更改并重建分詞詞典。在數(shù)據(jù)的預(yù)處理過(guò)程中，則可以使用正則化表達(dá)的方式，建立詞典的處理引擎。綜合預(yù)先設(shè)定的文字信息，結(jié)合其他成員的協(xié)助，對(duì)照不同的表達(dá)對(duì)象建立數(shù)據(jù)文檔，并將原始的數(shù)據(jù)文檔與剔除對(duì)象一一匹配[3]。當(dāng)某一個(gè)單詞的頻率反復(fù)出現(xiàn)后，可以計(jì)算其使用頻率。

式中，Pm表示單詞表中第m個(gè)詞匯的出現(xiàn)頻率；K表示語(yǔ)料常量；fr表示單詞在整個(gè)排名中出現(xiàn)的次數(shù)。

在上述文本信息的傳遞過(guò)程中，存在一個(gè)信息熵的概念，可以獲取信息量化程度[4]。計(jì)算信息量化程度的數(shù)學(xué)期望：

式中，E(x)表示信息熵量化程度的數(shù)學(xué)期望；Pk表示繼電保護(hù)文本缺陷的語(yǔ)料信息熵；Pi表示詞庫(kù)中第i個(gè)詞匯出現(xiàn)的頻率。分別建立各語(yǔ)料庫(kù)中詞匯的重要性，并統(tǒng)計(jì)其重要程度，建立關(guān)聯(lián)性模型。

式中，IDf表示任意兩個(gè)繼電保護(hù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性；Nm表示語(yǔ)料庫(kù)中的文檔數(shù)量；Hf表示詞匯的有效信息。IDf一般大于0 且小于1。當(dāng)IDf接近1 時(shí)，證明該數(shù)據(jù)具備較大的關(guān)聯(lián)性；當(dāng)IDf接近0時(shí)，證明其關(guān)聯(lián)性較弱。

結(jié)合繼電保護(hù)專業(yè)詞典，構(gòu)建詞匯表空間，生成繼電保護(hù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)庫(kù)，并在賦值生成向量模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)算法分類器，建立所有數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性保護(hù)模型。

3 設(shè)計(jì)繼電保護(hù)抗干擾算法

綜合上述方法，設(shè)計(jì)一個(gè)高壓電力系統(tǒng)抗干擾繼電保護(hù)算法。

繼電保護(hù)抗干擾算法流程如圖1所示。

如圖1所示，在互感器斷線自檢過(guò)程中，若檢測(cè)到互感器沒(méi)有斷線，則繼續(xù)檢測(cè)下一個(gè)互感器的安全性。若檢測(cè)到確實(shí)斷線，則需要分別測(cè)試CT斷線情況與PT斷線情況。分別保留電壓判據(jù)和電流判據(jù)，計(jì)算繼電保護(hù)裝置的信息熵，判斷是否存在區(qū)內(nèi)故障[5]。若區(qū)內(nèi)故障存在，則繼電保護(hù)裝置正常工作，若區(qū)內(nèi)故障不存在，則繼電保護(hù)裝置不動(dòng)作。由此可以得到一個(gè)高壓電力系統(tǒng)下的繼電保護(hù)裝置抗干擾方案。

4 試驗(yàn)分析

4.1 高壓電力系統(tǒng)仿真模型

為測(cè)試上文中設(shè)計(jì)的高壓電力系統(tǒng)抗干擾繼電保護(hù)方案的有效性，建立仿真模型，對(duì)其進(jìn)行分析與總結(jié)。仿真模型如圖2所示。

圖2 電力系統(tǒng)仿真模型

如圖2所示，該高壓電力線路中存在兩個(gè)電阻，分別為R1 和R2，在電阻兩側(cè)有兩個(gè)母線A 和B，母線的旁邊和兩個(gè)母線的中間點(diǎn)存在三個(gè)故障點(diǎn)，分別將其標(biāo)記為F1、F2、F3。設(shè)置輸電線路的采樣頻率為4000Hz，周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)量為100，電壓整定值為0.54，電流整定值為0.22，數(shù)據(jù)窗口的保護(hù)時(shí)間為10ms。

4.2 故障制動(dòng)測(cè)試

通過(guò)仿真模型，分別獲取A 區(qū)母線和B 區(qū)母線在不同故障點(diǎn)下的保護(hù)判斷結(jié)果，A 區(qū)母線保護(hù)判斷結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 A區(qū)母線保護(hù)判斷結(jié)果

B區(qū)母線保護(hù)判斷結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 B區(qū)母線保護(hù)判斷結(jié)果

由表1和表2可知，當(dāng)F1點(diǎn)、F2點(diǎn)、F3點(diǎn)分別發(fā)生故障時(shí)，A 區(qū)母線與B 區(qū)母線在故障發(fā)生后10ms時(shí)的保護(hù)判斷結(jié)果。在不同的故障場(chǎng)景下，線路保護(hù)判據(jù)均能夠可靠制動(dòng)，沒(méi)有發(fā)生誤動(dòng)情況。

4.3 不同過(guò)渡電阻保護(hù)靈敏度測(cè)試

在仿真模型的首尾兩端以及中點(diǎn)部位分別設(shè)置接地故障，逐漸增大過(guò)渡電阻值，使其分別為100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000Ω，以此記錄線路保護(hù)判據(jù)是否會(huì)發(fā)生改動(dòng)。線路兩端故障時(shí)過(guò)渡電阻能力測(cè)試見(jiàn)表3。線路中段故障時(shí)過(guò)渡電阻能力測(cè)試見(jiàn)表4。

表3 線路兩端故障時(shí)過(guò)渡電阻能力測(cè)試

由表3 可知，當(dāng)線路兩端故障時(shí)，電壓判據(jù)在過(guò)渡電阻小于500Ω 時(shí)均具備動(dòng)作能力，電流判據(jù)則只有當(dāng)過(guò)渡電阻小于700Ω 時(shí)才具備靈敏性。在表4 中，當(dāng)線路中段故障時(shí)，電壓判據(jù)在過(guò)渡電阻小于200Ω 時(shí)正常工作，電流判據(jù)則在過(guò)渡電阻小于700Ω 時(shí)工作。綜上所述，線路兩端故障時(shí)的繼電保護(hù)能力優(yōu)于線路中段故障。

表4 線路中段故障時(shí)過(guò)渡電阻能力測(cè)試

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種針對(duì)高壓電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的抗干擾方法。在無(wú)法判斷數(shù)據(jù)是否正確的基礎(chǔ)上，通過(guò)挖掘技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有的繼電保護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，同時(shí)設(shè)計(jì)算法，研究繼電保護(hù)方案的抗干擾方法。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法可以在存在干擾的情況下繼續(xù)工作，在任意一個(gè)故障模式下，該保護(hù)方案均能夠正常工作。在未來(lái)的相關(guān)研究中，可以繼續(xù)處理非規(guī)范型的數(shù)據(jù)類型，建立更可靠的數(shù)據(jù)挖掘模型，并輸出文本處理結(jié)果，得到精度更高的分類器。