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自适应继电保护原理及其应用研究
摘 要： 继电保护需要适应频繁变化的电力系统运行方式，正确切除各种故障及设备，而自适应继电保护能在参数变化时保持系统的标准特性，因此，自适应继电保护在微机线路保护中被广泛采用。本文以几种微机线路保护为例，说明运用自适应原理解决继电保护中保护判据、故障测距等问题的方法。
关键词：自适应，继电保护，控制，制动特性，判据
1 自适应控制与自适应继电保护[1]论文 毕业论文
随着计算机技术的飞速发展，现代自动控制理论正日渐深人应用到各个领域，形成了各种成熟的计算机控制系统。自适应控制与常规反馈控制及最优控制一样，也是一种基于数学模型的控制方法，所不同的是自适应控制所依据的关于模型和扰动的经验知识比较少，需要在系统的运行过程中去不断提取有关模型的信息，使模型逐渐完善。具体地说，可以依据对象的输人输出数据，不断地辨识模型的参数，这个过程为系统的在线辨识。随着生产过程的不断进行，通过在线辨识，模型会变得越来越准确，越来越接近实际。基于这种模型综合出来的控制作用也将随着不断改进，在这个意义下，控制系统具有了一定的适应能力。自适应控制由此而得名。
自适应继电保护是自适应控制技术在电力系统继电保护中的应用。自从微型计算机引人继电保护以后，各种原理的微机继电保护得到了长足的进步。目前，自适应控制理论与继电保护结合而产生的自适应式微机继电保护也得到比较大的发展。常规继电保护的整定值是通过离线计算获得，而且在运行中保持不变，不能很好满足电力系统的运行方式和故障类型变化的要求，从而不同程度地降低了继电保护性能的发挥。自适应继电保护系统能根据电力系统运行方式变化信息和故障类型信息实时改变保护陛能、特性或定值，使得继电保护系统处于最佳运行状态、更充分地发挥其性能，以提高继电保护系统的选择性、速动性、可靠性和灵敏性。
自适应保护是一种保护理论，根据这种理论，可允许对各种保护功能进行调节，使它们更适应实际的电力系统运行情况。其关键的设想是要对保护系统作某种改变来响应因负荷变化、电网开关操作或故障等引起的电力系统变化。在某种程度上，只有使所有保护系统都适应电力系统的变化，保护作用才更完善。为了做到这一点，实际应用中常常是通过设法使保护的整定值能随着可能出现的各种电力系统的变化情况而变化的方法来实现的。有关文献给自适应继电保护下了一个定义 ：“自适应继电保护是一种继电保护的基本原理，这种原理使得继电保护能自动地对各种保护功能进行调节或改变，以更适合于给定的电力系统的工况。”“除了具有常规的保护功能外，还必需具有明显的适应功能模块，只有在这种情况下。才能称为自适应式保护”。自适应继电保护与系统问的逻辑关系具体可用图 l表示。
2 自适应继电保护原理的应用
由于自适应继电保护的含义是保护必须适应于正在变化的系统情况，因此微机继电保护就必须有分层配置的通信线路与电力系统中的其它设备的计算机网络进行通信以交换信息。就目前而言，光纤通信线路是应用于自适应继电保护大量信息传输和转换的最好媒介。
图2配电网络自适应继电保护系统图
图2是一种配电网络自适应继电保护实现的方法之一。整个系统分为3层：即中央控制层、变电站控制层和继电保护层。变电站的控制计算机将该变电站的各开关、负荷状态上传给中央计算机，中央计算机根据电力系统电源及上层网络状态以及各变电站上传的状态信息进行综合分析计算，给出影响各种保护继电器的实际主要参数，从而给出具体整定值，再通过网络下传至各继电器。各继电器就能以适合当前电力系统状态的整定值 (包括方向继电器的投、切)，在保证选择性的前提下获得最高的 灵敏度和最快的动作速度。
3 自适应继电保护在微机线路保护中的应用
微机保护在电力系统的广泛应用以及通讯技术的迅速发展，使得自适应继电保护技术的应用成为可能。微机保护的硬件系统具有快速计算、强大的存储能力和逻辑判断能力，微机的这些特点正好为自适应继电保护提供了硬件基础。下面以几个例子来说明白适应在微机线路保护中的应用。
3.1 自适应制动特性 [2]
传统电流差动保护的制动特性曲线如图3所示，它的另一种作图方法在复平面上表示的区域如图4所示。圆内为制动区域，当电流的矢量和落于圆内时，被制动，圆的直径取决于制动电流。
图3 传统的制动特性 图4 用矢量表示传统方法的制动特性
L90光纤分相差动保护使用一种新颖的自适应判别技术——在线计算测量误差来源。该自适应方法，制动区域为椭圆，其长轴、短轴及方向可变。椭圆参量随时间而变化，以充分利用当前的测量精度。传统的方法不考虑在测量电流幅值及相角的各个不定参量引起的不确定分布——椭圆形状，而是假定为圆分布。为保证安全，传统方法的圆直径大小须至少为自适应椭圆的主轴一样大。这就是说，对传统的方法，如图5中，当故障电流矢量落于圆与椭圆之间的区域时，系统没有被继电器所保护。自适应的椭圆制动特性相对于传统方法有很多优越性。尽管自适应方法与传统方法都有一大小变化的制动区域，但自适应椭圆制动区域更能准确地反映测量误差来源。譬如，传统的方法不考虑行波与操作冲击对测量精度的影响，而自适应椭圆制动区域却有极好的统计确信度，比传统的方法更灵敏、更安全。
图5 自适应椭圆制动所增强的故障覆盖率
3.2自适应保护判据
最简单的微机距离保护算法也要处理对应于三个相与地之间故障及三个相间故障的六个单相距离方程。微处理机很难在连续采样过程中完成对于所有六个方程的处理。如果用一个可以确定故障类型的第一步算法，则可以节约大量的计算量。一般而言，对于接地故障和相间故障的六个方程中只有一个方程需要处理，这样即可节约大量时间。比如：对于中性点直接接地系统，可以通过测量变压器中性点的电流IN，就可以根据IN为零与否的情况判断两大类型故障。如果IN=0，则为相间故障；若IN≠0，则为接地故障。然后，再根据序分量或相分量条件判断故障相别，距离保护中的六个方程只要计算其中的一个方程，提高了保护的动作时间。在WXH—801／802数字式微机线路保护中，就采用了自适应保护判据，使保护的速动性得到了提高。[3]
3.3 自适应故障测距
过渡电阻的存在使得保护装置故障测距的测距值经常不准。WXH—801／802数字式微机线路保护采用了一种自适应故障测距方法，装置采用微分方程算法，配合有限冲击响应(TIR)的数字滤波器，粗算出感受的电抗分量和电阻分量，再根据不同系统估算出电抗的斜率，准确计算出实际电抗。采用自适应阻抗测距的方法，提高了经过渡电阻接地测距的准确度。
3.4 自适应并联电抗器补偿
对于超高压输电线路来说，电容电流对电流差动保护的影响很大[4]，光纤分相差动保护的电流差动判据必须要考虑电容电流的影响。PRS—753光纤分相差动保护装置[5]，由软件实现了电容电流及并联电抗器补偿功能，可根据具体情况选择投退。对基于电流相量做判据的保护设置电容电流补偿功能(包括稳态量及突变量比差)，进一步提高了保护灵敏度。对于有并联电抗器的线路，装置可通过软件自动检测线路两端并联电抗器的投切状态，做自适应的补偿处理，提高保护灵敏度。
4 结束语
自适应继电保护技术是进一步提高和改善现有继电保护性能的一个方向，本文介绍了自适应技术在几种微机线路保护中的运用，较好地说明了自适应保护的优越性。然而目前绝大多数自适应继电保护只是在某个或几个保护环节上具有自适应特性，保护并没有达到全自适应，要实现全自适应继电保护还有很长的路要走。相信在不远的将来，自适应继电保护将成为新一代继电保护领域的统治者。
参考文献
[1] 葛耀中．自适应继电保护及其前景展望．电力系统自动化，1997．
[2] 陈德树，陈 卫，尹项根，等．差动保护运行动作特性的相量分析．继电器，2002，30(4)：1-3．
[3] WXH—801／802数字式微机线路保护装置技术说明书．许继集团有限公司，2000．
[4] 伍叶凯，邹东霞．电容电流对差动保护的影响及补偿方案．继电器，1997，25(4) ：1-4．
[5] PRS—753光纤分相纵差成套保护装置技术说明书．深圳南瑞科技有限公司，2004．
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