计算机技术在继电保护中的应用

目录摘要...............................................................1前言...............................................................11.微机继电保护技术的理解.......................................12.计算机技术在继电保护中的运用特性............................22.1计算机技术在继电保护中的智能化运用特性增强...................22.2计算机技术使继电保护更加网络化...............................22.3计算机技术在继电保护中的更新发展显著.........................33.继电保护功能的进一步拓宽.....................................34.微机继电保护的构成............................................34.1微机继电保护装置的硬件系统...................................44.2微机继电保护装置的软件系统...................................55.微机继电保护的发展史..........................................55.1微机继电保护新技术...........................................75.2自适应控制技术在继电保护中的应用.............................75.3人工神经网络在继电保护中的应用...............................76.微机继电保护发展现状..........................................96.1微机继电保护技术在电力系统中的显着特点.....................106.2缺陷的防范.................................................116.3微机继电保护技术的发展前景.................................12致谢..............................................................15参考文献......................................................161计算机技术在继电保护中的应用学生：高明月指导教师：陕春玲（三峡大学职业技术学院）摘要电力系统继电保护经过长期发展，已经进入微机继电保护发展时期。为此，对微机继电保护的发展史作了简述，指出其与传统的继电保护相比所具有的优点。重点介绍了微机继电保护的新趋势，即自适应控制技术、人工神经网络、变电所综合自动化技术的应用。关键词：继电保护；微机继电保护；自适应；人工神经网络前言微机继电保护技术的发展是电力安全发展趋势的一种必然选择,也是企业在供电过程中不可缺少的一种重要应用工程。该技术的运用必将随着电力的不断发展而提升。在现代化的电力需求中,家电设备增多、企业用电机器增多、发电机容量增大等多种客观方面的原因使得电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大。这就需要一种既能够保护机器正常运转,又能够对短路等用电现象提出及时警报的技术。无疑,微机继电保护技术便应运而生。本文试就微机继电技术的发展运用作探析。1.微机继电保护技术的理解微机继电保护技术的主要特点是:(1)自主化运行率提高,计算机的数据处理技术能够使得继电设备具有很强的记忆功能,加之自动控制等技术的综合运用,使得继电保护能更好地实现故障分量保护,提高运行的正确率;(2)兼容性辅助功能强,继电保护技术在保护装置的制造上采用了比较通用兼容的做法,便于统一标准,并且装置体积小,减少了盘位数量,在此基础上,还可以扩充其它辅助功能;(3)操作性监控管理好,该技术主要表现在一些核心部件不受外在化境的影响,2能够产生一定的使用功效。与此同时,该保护技术能够通过计算机信息系统,具有一定的可监控性能,大大降低了成本。2.计算机技术在继电保护中的运用特性2.1计算机技术在继电保护中的智能化运用特性增强现代化的电力管理越来越体现了智能化的控制管理模式,具有一定的人工智能化的特征。这些特征,一方面使得电力系统在管理上减少了不必要的资源浪费;另一方面为其他各项技术的运用提供了广阔的技术空间。正是在这样的技术背景下,继电保护技术出现了一定的人工智能化,使得保护装置在设计上更具有合理性和科学性。这些智能化的信息特征使得继电保护技术在发展的过程中逐渐地进入了自动化的发展进程。目前,在我国主要大城市供电公司的继电保护设备中已采用了模拟人工神经网络(ANN)来进行对用电的保护。因此,进一步推进了继电保护技术智能化的发展前景。据现有的资料介绍,在输电过程中出现的短路现象一般有几十种,如果出现这样的情况用人工进行排除,至少需要12小时以上。但若是采用上述的神经网络继电保护方法,可通过采集的数据样本对发生故障进行检测,从而能在半小时之内得出故障出现的原因,大大缩短了维修时间。2.2计算机技术使继电保护更加网络化这些人工智能方法通过计算机辅助体统的帮助运用,可使得电力运输效率大大加强。继电技术的运用离不开计算机网络的支持。这种网络化的技术,不仅给继电技术提供了可操作检查的直观空间范围,也给其发展更新提供了更为广泛的动力支持和保障。这也正是继电技术开放性发展的必然要求。继电保护的主要功能在于保护电力系统的安全稳定,而这种保护离不开计算机网络的数据模拟生成系统需要依据计算机通过数据采集和分析来检测故障存在的原因,进而发出警报。这些网络化的发展,一方面,能够通过数据的的采集和模拟生成,综合分析可能出现的各种故障;另一方面,在显示故障的同时,能够准确地反映出故障的缘由、位置的情况,便于工作人员能够采取有效的解决策略。例如,现在的各种环保节能发电厂就是采用了该种装置,通过总调度室计算机监控,不仅能够知晓现有3线路的运行前那个框,还能够对各条线路出现的短路等现象作出判断,以便维护人员能够进行及时正常地维修。2.3计算机技术在继电保中的更新发展显著继电保护技术的自适应性也是值得关注的方面。我们知道自适应控制技术在继电保护中的应用具有如下的作用:(1)使得继电保护更具有一种适应性,能够适应多种故障的检测;(2)有效延长保护时间,能够使得电气设备产生更长的使用寿命;(3)能够提高经济效率,即这种保护能够针对用电过程中出现的问题进行排除,不仅减少了人工操作的麻烦,还能够节省成本。当前电力系统在发展过程中出现的各种问题,除了需要一定的人工操作之外,采用继电保护技术的自适应性技术,一方面,能够真正发挥继电保护的“保护”功能,使得人们的生产生活得以顺利地开展,满足人们的发展需要;另一方面,能够使得这种适应性能面对各种形势的变化发展,最大限度地提高电力设备的使用寿命,以减少故障的发生。这种适应性应该离不开计算机网络环境的支持。因此,就更具有广泛的适应性能。3.继电保护功能的进一步拓宽在计算机辅助设计功能的帮助下,继电技术的功能性必将得到进一步的增强,可根据故障的显性进行适当的控制运用。在该项技术的指引下,使得电力线路维护调试也更方便。在运行过程中,操作者可根据电流值,可进行适当调整。综上所述,继电保护技术在电力系统网络化的发展趋势中,定会综合各种学科的发展,必将步入更为广阔的发展空间,由数字时代跨入信息化时代,增强电力发展的安全性。4.微机继电保护的构成微机继电保护装置是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置，一般由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。其原理是，系统在正常运行状态时，某一测量点有一系列参数值，如电压、电流、相位角等，这些参数值会在一个正常的上下幅度内变化，4这个幅度的上限或下限即为装置预先设定的整定值。当系统处于故障或不正常运行状态时，测量点检测的参数将超过设定的整定值，装置根据逻辑判断后即发出相应的信号或直接作用于断路器跳闸。随着机电技术、电子技术及计算机技术的发展，继电保护技术先后经历了机电式继电保护、晶体管式继电保护、集成电路式继电保护和微机继电保护五个阶段。前面四个阶段继电保护的逻辑判断都是电路式的，不同故障类型和保护设备之间的灵活性与通用性差，被保护系统需要配备的保护装置种类繁多、体积庞大。而微机保护则利用微机对电气量或非电气量进行采样，通过软件程序对采样数据进行运算、分析和判断。因此，同一微机保护装置可以实现各种保护功能，针对不同故障类型只需改变其算法和计算程序即可。2.2、微机继电保护的算法目前微机继电保护的算法主要分为两大类，第一类是根据继电保护的功能或继电器的动作特性直接用采样数据进行功能判断的算法；第二类是根据采样值进行比较、判断的算法。第一类算法需要假定输入信号的类型，一般可假定三种类型。（1）当对输入信号进行滤波处理后，可以认为采样值为正弦函数，利用正弦函数的特性可计算电压、电流、相位、阻抗等量值。它包括三采样乘积法、微分法、半周积分法等。（2）当假定输入信号是周期函数时，可以将采样值分解为一个函数序列之和，即级数。微机保护中常用傅氏级数和沃尔什函数。这两种方法都能将采样值分解为基波分量和信频分量，通过计算也可得到它们的幅值、相角和阻抗等。（3）当输入信号为随机函数时，常用的方法是最小二乘曲线拟合法，这种方法是将输入量与一个预设的含有非周期分量及某些谐波分量的函数按最小二乘法原理进行拟合，从而求出输入信号中基波及各谐波分量的幅值、相角等值。第二类算法即保护功能算法，它直接根据继电保护装置动作特性，用输入采样值完成保护的分析和判断。与第一种算法相比，第二种算法没有参数计算这一环节，其精确度相对较低，对继电保护装置的工艺技术要求较高。西枝江泵站使用的多功能微机继电保护装置采用了第一种算法。4.1微机继电保护装置的硬件系统该装置的硬件结构主要由信息输入、微机处理、信息输出及电源等四个部分组成。其中信息输入部分包括模拟量和二进制量输入。模拟量输入主要是测量输5入（MI），MI包括四个电流互感器（CT）和三个电压互感器（PT）。通过MI采集到的模拟量被送到输入放大器（IA），再传送到模/数转换器（A/D），转换后的数字量被送到微机系统（μC）进行处理。二进制输入主要包括从现场各装置传入的开关量，可以直接输入微机系统进行处理。微机处理部分主要实现的功能包括：（1）测量值的滤波与预处理；（2）测量值的连续监视；（3）监视各个元件和功能的启动条件；（4）比较限值与时序；（5）逻辑功能信号的控制；（6）跳闸、合闸及其他控制命令的实施；（7）控制命令输出到切换装置（输出触点）；（8）事件、报警、故障、控制等信息的记录；（9）操作系统及相关功能，例如数据记录、实时时钟、通讯、接口等的管理。信息输出部分包括前面板输出显示及外设备的串行接口输出。前面板具有LEDs和LCD，提供诸如指示、测量值、故障状态及功能状态等相关信息。串行接口有三个，即与当地PC机相连接的PC接口；通过modem相连接的服务程序接口；与主控单元和监视系统（RTU/SCADA）相连接的系统接口。4.2微机继电保护装置的软件系统5.微机继电保护的发展史1微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。它起源于20世纪60年代中后期，是在英国、澳大利亚和美国的一些学者的倡导下开始进行研究的。60年代中期，有人提出用小型计算机实现继电保护的设想，但是由于当时计算机的价格昂贵，同时也无法满足高速继电保护的技术要求，因此没有在保护方面取得实际应用，但由此开始了对计算机继电保护理论计算方法和程序结构的大量研究，为后来的继电保护发展奠定了理论基础。计算机技术在70年