电力系统继电保护整定方法与智能化发展趋势

引言

继电保护技术作为发现、切除电力系统故障及正确隔离故障区域的重要技术手段，在新形势下随着分布式能源接入、负荷变化无常和电网网架结构复杂的出现，需要继电保护整定方法随之更替，以保证继电保护装置能够针对各种不同的故障既能及时动作，又能避免拒动和误动现象发生。传统的继电保护整定方法主要依靠人工作业经验和相关规则实现，但针对当前实时化、动态化的运行状况来讲已经不太适用，基于此提出了智能化继电保护整定的概念，从某种意义上来讲解决了目前的工作问题。接下来就围绕如何开展相关工作展开阐述。基于现有继电保护整定方法谈继电保护整定。

一、继电保护整定方法的基础体系

1.1 定值整定原则与基本要求

继电保护定值的设置需要兼顾速动性、选择性、灵敏性和可靠性 4 个方面的要求。正常时不能误动，在发生故障时能够迅速准确地切除故障。通常根据短路电流的计算结果以及采用的保护形式、设备参数来确定其动作电流值和动作时间。还须考虑各保护之间是否匹配协调，能否达到在多个维度下如时间上、方向上、电流幅值上相辅相成的效果。

1.2 常规整定方法及流程分析

对于常规整定来说，主要分为短路电流的计算、保护范围的分析、保护配合的计算以及定值的核验；不同类型的保护，分别有不同的整定公式或查表图谱；对于距离保护、电流速断保护、过流保护来说比较成熟且有相应的工程适应性，但是因为是依靠经验和实际要求，所以在新能源接入、环网结构以及多馈电系统的场景下无法体现它固有的静态特性。

1.3 当前整定工作的局限性

通常采用固定设计阶段模型的传统整定无法对运行工况动态变化作出适应性的响应，例如负荷波动、分布式发电接入、拓扑结构变化等，人工手动调节容易受人为主观因素影响，效率低且不可快速迭代调整；并且各厂家保护装置本身的型号及保护参数均无法统一，没有公开保护定值的接口，使得定值不能统筹管理，无法形成集中智能化分析的能力；同时现行的定值均是从单个目标出发，不能很好地实现多目标的协调优化。

二、电力系统复杂化对整定技术的挑战

2.1 网络结构复杂化趋势

当前电力系统由辐射状向环网化方向发展，网络的拓扑关系变得复杂交叉，不同次级馈线、多处并行线，导致故障电流的流经路径增多，保护之间很难准确的确定对应的一一对关系，配电终端接入后降低了整体电网故障后的安全性和稳定性。随着分布式电源的大量接入，进入电网的电流流向、短路电流水平均发生改变，保护的灵敏度和选择性受到影响，在这样的网络拓扑下，任何一处故障都可能引起多个保护启动，对于以固定方向流经故障的保护定值来说无法适应上述的情况，必须要求保护的定值具有更强的应变能力和动态判断的能力。

2.2 动态运行条件的不确定性

由于电网运行状态不断受多种因素的影响，比如负荷、季节性、可再生能源出力等，使系统短路容量、阻抗特性和潮流路径发生变化，系统运行工况出现较大波动，导致静态整定方案不能满足长周期正常工作条件下的实际需要，保护可能因为不能及时投退而导致保护拒动、延时或者误动等问题的发生，大大降低了故障处理效率以及系统的稳定性，因此需要整定参数具有能够实现对实际运行工况快速响应以及自动适应调节的功能。

2.3 整定配合关系复杂化

随着保护装置布置密度的增大以及保护层级和功能越来越强，保护之间整定配合关系也相应呈指数增长。要保证保护逻辑的全面性，必须同时兼顾纵向主备的保护和横向与相邻设备有关的保护，例如线路保护与母线

保护要协调联动，差动保护与过流保护要有级差等等。

三、智能化整定方法与趋势探析

3.1 基于大数据建立整定平台

大数据平台在继电保护整定中的引入，能提高整定工作的准确性和实时性。通过将电网运行的历史工况、短路事故、电流电压等数据以及保护动作日志进行集中存放并处理，能建立起完备的整定数据体系。利用数据挖掘以及趋势分析算法可以将故障模式进行分类辨识，并且通过对一些典型的运行工况进行建模后可得一个故障运行工况下的预测模型，可为科学合理的设置整定值提供保障；根据不同的电网结构、不同的运行条件和不同的设备配置，给出不同的整定方案建议。

3.2 使用人工智能方法优化整定策略

人工智能算法具有很好的搜索能力和自我学习能力，其可用于继电保护整定优化建模。基于遗传算法或者粒子群优化和强化学习算法可以建立以动作时间最短、保护协调最好、设备灵敏度最高为目标的多维整定模型，并且基于大量的运行数据和以往发生的故障样本对多维整定模型进行训练，以便能针对不同的故障类型进行智能判断，并将对应的不同参数值进行合理的匹配组合成适应性更强的整定组合方式。

3.3 推动在线整定与自适应技术的应用

传统的整定参数一但确定，后续一直不会改变，不能够及时根据电网运行工况的状态进行修改。基于在线整定技术的应用，通过监测系统当前的电流、电压和负荷等情况，能够在变化之后及时更改相应保护装置的整定值，让其整定值和电网当前状态相匹配；并且结合了模型预测技术和自学习的方法，在识别到了负荷增大、发方式的变化之后，可以提前做好整定修正工作，避免出现因为未能实现动态整定而引发的错误动作或拒动的问题。

3.4 实现整定管理的标准化、集中化

统一管理平台是提高整定工作系统性和规范性的手段，搭建集中的整定数据库可以将所有保护装置的型号、特性参数和整定值等进行标准归档并且能随时更新，解决了由于不同的装置型号或者接口不同无法通用的问题，以及在进行整定时整定数据重复输入的情况；且集中化管理平台对于多地方设备能同时进行整定操作，并且可以通过远程的方式对各地方的设置进行调试和验证，能够节省大量的劳动力，并且提高了工作效率。并且带有版本控制与变更记录，可以查看之前所有的设置情况，在运维过程中也更加方便，统一了用户操作规范，避免数据安全隐患，并且更加规范化的提供了对于继电保护管理的建设。

结束语

继电保护整定方法正在由传统的静态规则向动态智能决策转变，在电力系统向复杂化的趋势以及智能化的高水平发展需求下，继电保护整定应该由被动地按照图纸整定转变为主动地预测整定，由静态配置转变成实时调协，由单点改进转变为系统联动。利用大数据、人工智能、在线调度等技术手段进行融合，建立集约化的、智能化的继电保护整定平台，加强电网运行的安全稳定性和韧性，为打造智慧电力系统提供可靠保障。

参考文献

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