微机继电保护发展的历史、现状及其趋势

文章编号:10072290X(2003)0320011204

微机继电保护发展的历史、现状及其趋势

尹星光,韩荣珍

(广东省广电集团有限公司惠州供电分公司,广东惠州516001)

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

中图分类号:TM77:TP39 文献标识码:A

Development of microprocessor2based relay protection:

history,status quo and tendencies

YIN Xing2guang,HAN Rong2zhen

(Huizhou Power Supply Branch,GPG,Huizhou,Guangdong516001,China)

Abstract:The relay protection of power system has entered the stage of microprocessor2based relay protection upon years of development. This paper describes the development history of microprocessor2based relay protection,and indicates its advantages over traditional means. The tendencies of microprocessor2based relay protection are stressed,which include the applications of adaptive control,artificial neural network(ANN)and substation integrated automation technology.

K ey w ords:relay protection;microprocessor2based relay protection;self2adaptive;ANN

电力系统继电保护的发展经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段后,现在发展到了微机保护阶段。

1　微机继电保护的发展史

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年代初期和中期出现了重大突破,大规模集成电路技术的飞速

收稿日期:2002208226发展,使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。价格的大幅度下降,可靠性、运算速度的大幅度提高,促使计算机继电保护的研究出现了高潮。在70年代后期,出现了比较完善的微机保护样机,并投入到电力系统中试运行。80年代,微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟,并已在一些国家推广应用。90年代,电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代,它是继电保护技术发展历史过程中的第四代。

我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期,尽管起步晚,但是由于我国继电保护工作者的努力,进展却很快。经过10年左右的奋斗,到了80年代末,计算机继电保护,特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度。我国对计算机继电保护的研究过程中,高等院校和科研院所起着先导的作用。从70年代开始,华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电

　第16卷第3期广东电力Vol116No13 2003年6月GUANG DONG E LECTRIC POWER J un12003　

力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定,并在系统中获得应用,揭开了我国继电保护发展史上的新一页,为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面,东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机-变压器组保护也相继于1989年、1994年通过鉴定,投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护,西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993年、1996年通过鉴定。至此,不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色,为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。因此到了90年代,我国继电保护进入了微机时代。随着微机保护装置的研究,在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果,并且应用于实际之中[1～3]。

2　微机保护的主要特点

研究和实践证明,与传统的继电保护相比较,微机保护有许多优点[4],其主要特点如下:

a)改善和提高继电保护的动作特征和性能,动作正确率高。主要表现在能得到常规保护不易获得的特性;其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护;可引进自动控制、新的数学理论和技术如自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络等,其运行正确率很高也已在运行实践中得到证明。

b)可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等,可以方便地附加低频减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能。

c)工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用,制造容易统一标准;装置体积小,减少了盘位数量;功耗低。

d)可靠性容易提高。体现在数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、使用年限的影响,不易受元件更换的影响;且自检和巡检能力强,可用软件方法检测主要元件、部件的工况以及功能软件本身。

e)使用灵活方便,人机界面越来越友好。其维护调试也更方便,从而缩短维修时间;同时依据运行经验,在现场可通过软件方法改变特性、结构。

f)可以进行远方监控。微机保护装置具有串行通信功能,与变电所微机监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控特性。

3　继电保护新技术

继电保护技术发展趋势向计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展[5]。随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用,新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中,以期取得更好的效果,从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展,出现了一些引人注目的新趋势。

311　自适应控制技术在继电保护中的应用

自适应继电保护的概念始于20世纪80年代,它可定义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的新型继电保护。自适应继电保护的基本思想是使保护能尽可能地适应电力系统的各种变化,进一步改善保护的性能。这种新型保护原理的出现引起了人们的极大关注和兴趣[6]。自适应继电保护具有改善系统的响应、增强可靠性和提高经济效益等优点,在输电线路的距离保护、变压器保护、发电机保护、自动重合闸等领域内有着广泛的应用前景。针对电力系统频率变化的影响、单相接地短路时过渡电阻的影响、电力系统振荡的影响以及故障发展问题,文献[7]提出了自适应对策,从理论和实践两方面探讨了实现自适应式微机距离保护的可行性。文献[8]对自适应原理在输电线路继电保护的应用作了全面的分类描述,使自适应继电保护的原理得到了进一步的发展和完善。文献[9]研究了将自适应继电保护的原理应用于距离保护中,根据系统运行工况的变化,调整距离保护的动作特性,从而提高了距离保护的性能。

312　人工神经网络在继电保护中的应用

进入20世纪90年代以来,人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用,电力系统保护领域内的一些研究工作也转向人工智能的研究[10]。专家系统、人工神经网络(ANN)和模糊控制理论逐步应

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