随着我国经济的快速发展，用电量不断提高，对电力系统的稳定性要求越来越高，在高需求背景下，为保证电力系统的安全运行，需要设定电力保护的优先级，安装继电保护桩，根据测量、逻辑和执行等不同功能设置，监控电力系统的工作状况，记录故障类别，当电力系统出现故障问题时，能迅速、正确地做出反应，快速处理故障元件，及时地发出警报，使在一定程度上降低电力损失，保证电力系统的稳定工作。

任康杰等人[1]针对复杂环形电网的继电保护在线整定，研究了一种极小断点求取算法，建立在基本割集矩阵基础上，对回路矩阵进行关系梳理，将复杂的断点问题转换，得到相对应的基本回路集合，逐步计算完成继电保护整定；戴志辉等人[2]根据电力系统的检修顺序和等级划分，完成对重点保护设备的差异化整定保护，建立风险评估体系，通过确定风险值完成继电保护；但上述两种方法未能考虑到电力故障信息之间的关联性，因此具备一定的局限性。

为此，本文在研究过程中深度考虑到电力系统内部线路及元件之间的关联性，通过对多方面信息的融合，实现信息综合化，构建继电保护整定计算流程，从多个角度对整定条件进行计算和调整，最终实现计算结果的优化，提高计算效率和故障识别准确度，加强了电网系统稳定性和对故障的应对能力。

1、信息融合适应函数建立

针对电力系统的继电保护整定计算研究，在电力系统的广域范围内，合理地进行冗余测量，方便对其中的电力设备实行故障识别，充分考虑到测量、判断和传递途中存在的信息误差，构建一种能够将多种信息进行融合的湿度函数模型，并对其进行逻辑关系和冗余分析，以更好地反映电网单位中的设备故障概率[3]。

对电力系统进行继电保护的主要目的是能够在系统发生故障的第一时间，快速识别并及时切除。将继电保护的故障识别目标划分为0-1的状态编码，其中1代表故障，0代表正常工作，经过信息融合可以对电力系统中的全部保护单元进行状态编码，根据故障识别编码可有效地完成电力系统内的故障识别，当出现1状态后，根据故障条件解析系统内对应的元件，假设所有元件都存在故障，那么N个故障元件将会形成2N组对应的故障识别编码[4]。

为保证后续的整定计算能更加顺畅和周全，在建立信息融合适应度函数时，需要保证电力系统故障数据的选择具备高灵敏度，结合地理信息和后备保护条件下，使信息融合后得到高可靠性的优势信息，在信息融合基础上引入保护动作系数，能够获得不同动作下的相关信息，区分保护信息的重要性，同时满足对电力系统后备保护和主保护，得出系统的保护范围和逻辑关系，提高继电保护整定计算的容错能力。若要提前识别出电力系统中存在的故障情况，首先需要对融合后的错误和缺失信息进行分析，在故障元件的特性条件下完成对故障的高容错率[5]识别，建立函数关系如下：

式中，E(X)表示信息融合适应函数，ωA…ωF表示不同元件的信息融合权重系数，A…F表示电力系统内不同的故障元件，jN表示某个故障元件的识别编码，Aj和Aj*分别表示故障元件原始特性和实际变化特性。

经过对电力系统内多个故障元件的故障信息融合后，通过对各项电力信息的测量，根据电力系统软件的原始状态进行缺失信息的填补，此时需要建立期望函数，来识别继电保护中元件故障编码位置，将故障编码与元件相对应，函数搭建如下：

式中，n表示故障元件的编码个数，Sj表示电力系统内所有元件的缺失信息，Xi、Xtb、Xni、Xnltb、分别代表的是不同故障条件下的故障识别容错率。

在得出故障元件的保护期望状态后，需要确定复杂状态下的元件保护机制，依据相应的元件位置和实时的保护动作来完善电力系统信息。

2、电力系统信息融合

在电力系统中各项设备元件进行信息融合时，对特定目标输入多源信息并智能估算，相对于单个信息的判断更加精准，分析信息机制和它们之间的关联性，建立具备优势的信息子空间，融合过程中包含数据层、特征层和决策层，可针对不同的电力系统应用环境，调整相应的融合级别和算法，信息融合下的整定结构[6]如图1所示。

图1 信息融合下的整定流程

利用SCADA（数据采集与监视控制系统）在电网运行过程中收集对应的拓扑结构和参数信息，并进行智能分析，确定对应设备是否需要开关保护，利用DS(Discovery Service）对融合规则进行决策融合[7]，将融合后的判断结果输出。

首先建立针对电力系统的识别框架θ，其中包含的所有辨识问题，其对应的输出结果都在框架之中，识别框架的输出结果可分为确定性的A1,A2,…,An，和不确定性结果δ，整体的隶属关系[8]为：

在此基础上预设基本的故障概率分配，应用在识别框架θ中，其分配概率用m表示，是从2到区间[0,1]之间的映射关系，表示为2θ→[0,1]，且必须满足两个对应条件，m()=0，m(A)=1，其中m Y Y表示的是基本条件下的可信系数。针对性描述框架θ的信度大小，建立信任函数Bel()和m()之间需要满足如下条件：Bel(A)=m(B),Bel YAY描述的是A中包含的所有子集BPA（电力系统分析计算机算法）之和，具体反映B(BA)对确定性结果A的支持程度[9]，在电力信息识别框架上的BPA计算过程为：

式中，mi(Ai)表示第i个电力信息对第j个电力故障元件的BPA,mi(δ)表示第i个电力故障信息不确定性的BPA值，uij为第i个电力故障信息相对于j类故障元件结果输出的隶属度，ai表示第i个电力系统故障源信息的可靠性系数，针对故障源信息进行两次以上的信息融合，完成主要成分分析，可判定电力系统的动态故障信息来源[10]。

故障信息融合的过程中，利用信息核心理论进行融合规则的建立，信息融合公式的表达式：

式中，Aj=B C,B、C属于识别框架θ的子集，通过异或运算识别不同类型故障源信息。

通过对不同类型的电力系统故障信息进行融合得出对应的BPA值，可有效地辅助识别框架完成对继电保护对象的故障概率输出，且必须满足以下规则[11]:

(1)m(Amax1)=max{m(Aj),Ajθ}，m(Amax1)是输出的BPA最大值，在对电力系统故障信息的整体辨识基础上，在一定程度上输出电力系统本该具备的最大BPA值。

(2)m(Amax1)>m(θ)，这条规则明确了输出BPA值需要大于不确定性结果θ。

(3)m(Amax1)-m(Amax2)>ε，这条规则证明了输出结果需要足够突出才能被完全接纳，m(Amax2)表示的是BPA值的次大值，ε的取值受到电力系统数据样本属性的影响，在取值时应同时考虑信息的辨识度。

3、电力系统继电保护整定计算

电力系统的继电保护整定值是否适用会直接影响继电保护装置能否发挥相应的作用，为此需要先校验电力系统内馈线的保护定值和灵敏度，在确定馈线保护整定初值时，首先要根据避让规则，计算对负载电流，既要保证计算的可操作性，又要考虑相邻供电段的DA定值，以实现近端短路的匹配保护，减少电力系统越区跳闸的可能性，保证供电臂两端的馈线保护定值是一致的，当上述情况都符合时，选取最大值作为DA的保护定值[12]。

初始电流上升率的初始保护定值应该大于设备启动时的最大电流变化率，并且比越区供电期间的短时短路电流的变化速率要小。

电力系统在供电期间的延时时间定值整定，应在初始电流上升率保护范围内，根据下一相邻供电区间末端的变化，提高定值的可选择性。延迟时间的调整应该与邻近的电力系统保护整定协同进行，考虑到电力系统元件设备之间的LC滤波回路，由于电流升高会引起保护器件的错误动作，所以延迟定值的调整应该比电流共振周期更大。

式中，T表示滤波回路状态下电流变化率对应的谐振周期，L代表滤波回路与电网线路的总电感量，并据此选取较大的计算结果作为延迟时间的保护值。

针对电力系统内短路电流的保护整定，需要参考多方保护元件的变化参数，明确电力系统内与各供电设备之间的特性配合，以及与相邻供电区间的配合，实现短路保护选择性的定值配合。

通过短路电流的定值与相邻供电区间之间的形成相应的保护配合，其中初始电流上升率这一参数可设定与电力系统内各元件的初始电流上升率相同，或更高。

短路电流定值在设定时，首先要避开电网滤波器的最大充电电流，然后要保证它与大电流跳闸时的DA值一致，在相邻电源间隔间进行保护协作，选取最大的数值。

电力系统中的过热保护要求，必须依据接触网和馈线的实际热特性，用截断的方法来实现整定，此外无须考虑其他因素的影响。

在完成上述全部子部分整定后，馈线保护定值的相应检查是必要的，确定初始保护定值后，在电力系统运行模式下，通过对继电器设备的检验和计算，确认各种保护的覆盖面及灵敏度，以保证它们能够相互保护。

4、分析实验

为检验所研究的整定计算结果的有效性，进行电网集成拼接效果实验，将区域1电网数据模型引入到整定计算数据库中，对线路参数、拓扑关系、运行方式和短路电流等拼接前后的参数比较,并通过RelayCAC计算软件进行实验分析，根据区域1电网资料库，选择500 kV线路3条、220 kV线路1条作配备总线，其中包含4个不同的发电厂站可供实验调管，在整合的过程中将保留下来。

实验首先验证4条总线路和4个发电厂站，通过继电保护整定计算，拼接前后的各项参数是否一致，相关参数的对比结果如表1-表3所示。

根据表1-表3中电网拼接前后的各项参数进行比较可以看出，电网接受调管的4条总线，拼接前后故障识别容错率参数均未发生变化差异，拼接前后电网的拓扑连接关系保持稳定一致，并没发生差异性变化，拼接后运行方式稳定，没有发生明显的变化。上述参数变化比对结果证明，所研究的基于信息融合的电力系统继电保护整定计算方法有效，且能高效地保证电力系统的稳定运行。

表1 管线拼接前后故障识别容错率比较

表2 管线拼接前后拓扑关系比较

表3 管线拼接前后运行方式比较

图2 500 k V母线短路电流单相计算结果

通过对比和确认，已将实验所用的区域1电网数据整合到一起，在区域1电网的调管停用过程中，电网中的互感参数有很大的直接联系，选择引入地方电网后，区域1电网在这一地区的若干500 kV母线分别进行了单相和三相故障的计算与对比，比较结果见图2和图3。

图3 500 kV母线短路电流三相计算结果

由图2和图3可知，针对区域1电网和地方区域性电网进行的继电保护整定计算中，在单相和三相两种短路情况下的电流最大误差，拼接前后能够维持在3%以内，证明所研究的整定计算结果准确，误差小，可靠性强。

继电保护的功能与通信实现建立在合理的资源利用之上，及时有效的继电保护是必要的，对于信息融合来说，需要耗费一定的时间和资源，这里需要验证信息融合对继电保护整定计算时间的影响，是否会降低整定计算效率，为保证结果真实且适用性，与极小断点求取算法和检修等级划分算法进行对比，实验结果如图4所示。

图4 不同方法的计算时间

从图4中可以看出在不同的故障识别编码条件下，三种方法的整定计算时间均不相同，但从整体来看本文算法的时间相对更短，最低仅为2 s。虽然信息融合会消耗掉一部分时间，但是融合后的信息更全面，能够更快速地得到整定计算的对应结果。

5、结束语

基于信息融合的电力系统继电保护整定计算方法，能迅速地检测出故障，当故障出现时如果在广域范围内切割电力供应，那么造成的后果将会很严重，因此所提方法在研究过程中通过信息融合，实现故障信息的可靠识别和快速解决，并通过整定计算实现稳定的电力供应，使用户可正常用电。

参考文献:

[1]任康杰,刘阳,李勇,等.一种适用于继电保护在线整定的极小断点集求取算法[J].电力系统保护与控制,2022,50(14):43-52.

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基金资助:江苏省产学研合作项目(BY2020660);

文章来源:朱赞明.基于信息融合的电力系统继电保护整定计算方法[J].自动化技术与应用,2024,43(09):167-171.