摘要：傳統(tǒng)的繼電保護(hù)方法往往依賴于主觀因素，難以適應(yīng)復(fù)雜多變的運(yùn)行環(huán)境。因此，文章研究新的繼電保護(hù)方法，提出基于模糊支持向量機(jī)的線路繼電保護(hù)光纖通信應(yīng)用技術(shù)。文章采用光纖傳輸作為通信裝置中的通信技術(shù)，設(shè)計(jì)繼電保護(hù)光纖通信裝置結(jié)構(gòu)，采集線路狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸入模糊支持向量機(jī)模型進(jìn)行分類，根據(jù)分類結(jié)果，判斷線路的健康狀況、負(fù)載情況等關(guān)鍵信息，構(gòu)建基于模糊支持向量機(jī)的線路實(shí)時(shí)狀態(tài)傳輸通信流程，實(shí)現(xiàn)線路繼電保護(hù)光纖通信技術(shù)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)技術(shù)能夠有效地提高繼電保護(hù)的處理效率。

關(guān)鍵詞：光纖通信應(yīng)用技術(shù)；線路繼電；電力系統(tǒng)；模糊支持向量機(jī)

中圖分類號(hào)：TM773 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

在電力系統(tǒng)中，線路繼電保護(hù)不僅須要在故障發(fā)生時(shí)迅速、準(zhǔn)確地切斷故障線路，防止故障擴(kuò)大，還須要在正常運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路狀態(tài)，為系統(tǒng)調(diào)度和決策提供可靠依據(jù)。因此，對(duì)線路繼電保護(hù)技術(shù)的研究和應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。近年來(lái)，光纖通信憑借高速率、大容量、低損耗等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)通信中得到了廣泛應(yīng)用。特別是在線路繼電保護(hù)領(lǐng)域，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了保護(hù)的可靠性和實(shí)時(shí)性。如何充分利用光纖通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高線路繼電保護(hù)的準(zhǔn)確性和可靠性，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。模糊支持向量機(jī)作為一種新型的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，通過(guò)將模糊理論引入支持向量機(jī)，使得算法能夠更好地處理數(shù)據(jù)中的噪聲和不確定性，從而提高分類和預(yù)測(cè)的精度。因此，將模糊支持向量機(jī)應(yīng)用于線路繼電保護(hù)中，具有重要的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

靳艾靜［1］通過(guò)設(shè)計(jì)了面向電容電流補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)電交流線路繼電保護(hù)方案，對(duì)風(fēng)電送出線路新型電容電流調(diào)控過(guò)程進(jìn)行分析，并對(duì)電抗器接地零序差動(dòng)保護(hù)展開(kāi)研究，但該方法的故障識(shí)別準(zhǔn)確性效果較差。李進(jìn)等［2］針對(duì)無(wú)線通道傳輸光纖信號(hào)的技術(shù)方案，從信號(hào)同步、防雷設(shè)計(jì)、協(xié)議制定、安全保障、網(wǎng)絡(luò)管理等多個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析與論述，從而構(gòu)建了一套完整的技術(shù)方案，但并未對(duì)該技術(shù)的抗干擾能力進(jìn)行深度研究。本文利用光纖通信的高速、大容量特性，實(shí)現(xiàn)保護(hù)信息的實(shí)時(shí)傳輸和共享，提高保護(hù)的可靠性和響應(yīng)速度。

1 線路繼電保護(hù)光纖通信應(yīng)用技術(shù)

1.1 設(shè)計(jì)繼電保護(hù)光纖通信裝置結(jié)構(gòu)

光纖傳輸不受電磁干擾的制約，能夠確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸［3］。本文采用光纖傳輸作為通信裝置中的通信技術(shù)，設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)光纖通信裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該裝置在線路的繼電保護(hù)過(guò)程中，能夠?qū)⑹占降母唠妷?電流數(shù)據(jù)首先通過(guò)二次霍爾傳感器進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)化為較低的電壓/電流信號(hào)；然后為保證通信的最大效率，通信會(huì)經(jīng)過(guò)帶通濾波器和二級(jí)低通濾波器；最后對(duì)經(jīng)濾波器處理過(guò)的信息進(jìn)行增強(qiáng)處理，使得信息強(qiáng)度在芯片所能處理的3.3 V范圍內(nèi)。

1Myjr3qoMeVH7lOtmMpd5w==1.2 基于模糊支持向量機(jī)的線路實(shí)時(shí)狀態(tài)傳輸通信

模糊支持向量機(jī)通過(guò)引入模糊理論，使得模型在處理具有不確定性和模糊性的數(shù)據(jù)時(shí)具有更高的靈活性和適應(yīng)性。由于每個(gè)樣本都被賦予了不同的權(quán)重，模型可以更加關(guān)注對(duì)分類結(jié)果有重要影響的樣本，從而提高分類的準(zhǔn)確性和魯棒性。因此，本文設(shè)計(jì)的光纖通信裝置可實(shí)時(shí)采集線路狀態(tài)數(shù)據(jù)，并輸入模糊支持向量機(jī)模型進(jìn)行分類。根據(jù)分類結(jié)果，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)判斷線路的健康狀況、負(fù)載情況等關(guān)鍵信息，并通過(guò)通信協(xié)議將相關(guān)信息發(fā)送給監(jiān)控中心或相關(guān)設(shè)備［4］。本文設(shè)計(jì)的基于模糊支持向量機(jī)的線路實(shí)時(shí)狀態(tài)傳輸通信流程如圖2所示。

為了準(zhǔn)確獲取短路故障電流信號(hào)的特征量，明確故障發(fā)生的精確時(shí)刻，本文收集該時(shí)刻后的一段電流信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的變換處理［5］。在線路繼電保護(hù)中，一般采用的是三段式電流保護(hù)，為提高電流速斷保護(hù)的可靠性，改進(jìn)后的三點(diǎn)采樣信號(hào)的計(jì)算公式如下：

公式中，α代表衰減誤差；Δt表示時(shí)間增量；i1、i2、i3、u1、u2、u3分別表示電流、電壓采樣的3點(diǎn)。

1.3 構(gòu)建線路實(shí)時(shí)狀態(tài)通信應(yīng)用技術(shù)

構(gòu)建線路實(shí)時(shí)狀態(tài)通信模型是線路繼電保護(hù)光纖通信領(lǐng)域的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，涉及數(shù)據(jù)收集、處理、分析以及通信協(xié)議設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，須要綜合運(yùn)用通信技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題。該模型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)線路狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持，從而確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［6］。線路實(shí)時(shí)狀態(tài)通信模型的建立主要包括訓(xùn)練集樣本點(diǎn)隸屬度的計(jì)算、結(jié)合模糊訓(xùn)練集求取故障診斷結(jié)果、構(gòu)建線路實(shí)時(shí)狀態(tài)通信應(yīng)用技術(shù)。詳細(xì)步驟如下：

步驟一：將收集到的各個(gè)信號(hào)進(jìn)行故障模擬，以A、B、C三相與電流特征量作為輸入向量。為得到故障類型的模糊支持向量機(jī)中的訓(xùn)練集構(gòu)建決策函數(shù)，本文設(shè)計(jì)的故障診斷的最優(yōu)分類函數(shù)表達(dá)公式如下：

f（x）=β×k（x，xi）+b0（2）

公式中，β代表分類系數(shù)；b0表示常數(shù)項(xiàng)；k（x，xi）代表徑向基核函數(shù)。

步驟二：某樣本節(jié)點(diǎn)的決策函數(shù)的隸屬度計(jì)算公式如下：

公式中，x表示樣本節(jié)點(diǎn)；p代表輸入向量的個(gè)數(shù)；xi表示支持向量。

步驟三：設(shè)定一個(gè)模糊訓(xùn)練集：

s=（x1，y1，δ1，...，xn，yn，δn）（4）

公式中，δi表示某一故障類型的隸屬度。

步驟四：將s作為輸入，通過(guò)線路中繼電保護(hù)光纖通信裝置的實(shí)時(shí)狀態(tài)計(jì)算出判別函數(shù)系數(shù)β和常數(shù)項(xiàng)b0。假設(shè)訓(xùn)練集和測(cè)試集樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的決策函數(shù)值為y，設(shè)定好相關(guān)參數(shù)后，得到支持向量機(jī)回歸模型，其表達(dá)公式如下：

f（y）=sign（βk×yi+b0）（5）

步驟五：當(dāng)輸入測(cè)試集中各樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的決策函數(shù)值時(shí)，模型會(huì)輸出隸屬于某一類的隸屬度。通過(guò)設(shè)定合適的閾值，得到準(zhǔn)確的故障診斷結(jié)果，完成線路實(shí)時(shí)狀態(tài)通信應(yīng)用技術(shù)構(gòu)建。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析

實(shí)際的測(cè)試結(jié)果會(huì)受到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)集、實(shí)驗(yàn)參數(shù)等多個(gè)因素的影響。因此，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，須要綜合考慮各種因素，并進(jìn)行充分的驗(yàn)證和測(cè)試，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

為驗(yàn)證基于模糊支持向量機(jī)的線路繼電保護(hù)光纖通信應(yīng)用技術(shù)的可行性，本文進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析。以A市的一智能變電站進(jìn)行案例分析，收集該站內(nèi)10個(gè)繼電保護(hù)設(shè)備連續(xù)運(yùn)行2個(gè)月的數(shù)據(jù)，用于后續(xù)的測(cè)試與分析。該智能變電站配備有3個(gè)主變壓器，分別被標(biāo)記為1#、2#、3#，每個(gè)主變壓器的電壓均為22 kV。實(shí)驗(yàn)整體選用MATLAB軟件作為測(cè)試平臺(tái)，表1為本次測(cè)試中設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)。

本實(shí)驗(yàn)將本文方法與靳艾靜［1］方法、李進(jìn)等［2］方法進(jìn)行比較測(cè)試，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將測(cè)量3種方法在線路中的繼電保護(hù)通信傳輸質(zhì)量。

2.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

將繼電保護(hù)通信裝置安裝至線路中以保證線路的正常運(yùn)行。線路各層次之間數(shù)據(jù)傳輸信息的時(shí)間要求如表2所示。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

基于上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，3種方法的數(shù)據(jù)傳輸速率測(cè)試結(jié)果如表3所示。

由表3可知，本文提出的基于模糊支持向量機(jī)的線路繼電保護(hù)光纖通信應(yīng)用技術(shù)相較于靳艾靜［1］方法和李進(jìn)等［2］方法，能夠有效地提高繼電保護(hù)的處理效率。在應(yīng)用模糊支持向量機(jī)進(jìn)行故障檢測(cè)與分類的同時(shí)，光纖通信系統(tǒng)的性能也得到了優(yōu)化。通過(guò)合理設(shè)置通信參數(shù)和采用高效的通信協(xié)議，光纖通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和穩(wěn)定性得到了提升，從而確保了故障信息的實(shí)時(shí)傳輸和處理。

3 結(jié)語(yǔ)

基于模糊支持向量機(jī)的線路繼電保護(hù)光纖通信應(yīng)用技術(shù)，作為電力通信領(lǐng)域的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢(shì)和巨大的潛力。該技術(shù)不僅提高了線路繼電保護(hù)的準(zhǔn)確性和可靠性，而且通過(guò)模糊支持向量機(jī)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了通信的智能化和自適應(yīng)能力。在實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的成效，不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)線路狀態(tài)，準(zhǔn)確判斷故障位置，還能夠快速響應(yīng)并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，從而有效避免了電力事故的發(fā)生。未來(lái)的研究工作可以在提升電力通信系統(tǒng)的智能化水平、提高電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性等方面深入分析。

參考文獻(xiàn)

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Application technology of line relay protection optical fiber communication based on fuzzy support vector machine

Abstract： Traditional relay protection methods often rely on subjective factors， and it is difficult to adapt to the complex and changeable operating environment. Therefore， the new relay protection method and the application technology of optical fiber communication based on fuzzy support vector machine are proposed. The optical fiber transmission is used as the communication technology in the communication device， design the structure of relay protection optical fiber communication device， collect the line status data， input the fuzzy SVM model， and judge the key information according to the classification result， construct the real-time state transmission communication process based on fuzzy SVM， and realize the research on the application technology of optical fiber communication for line relay protection. The results show that the designed technology can improve the efficiency of relay protection.

Key words： optical fiber communication application technology; line relay; power system; fuzzy support vector machine