（电力系统及其自动化专业论文）配电线路快速保护原理与相关通信技术的研究.pdf

山东大学博士学位论文 的方法，包括基于c d m a 技术和基于w i m a x 技术的配电网保护通信方案。 首先，提出与公网c d m a 通信系统共存的配电网保护通信方案。该方案 对公网c d m a 系统的影响在理论上达到了可以忽略的程度，解决了保护通信 信号的准入性问题。该方案的信号质量远远高于公网c d m a 信号质量，可靠 性更高。同时，该方案实时性高，仿真结果表明，即使多条馈线同时故障，其 通信实时性仍然可以满足配网继电保护的快速性要求。以c d m a 通信方案为 例，提出了馈线快速保护的构成，包括快速主保护、快速后备保护及重合闸， 并以传统过流保护作为总后备。结合实际电网，给出了保护计算过程，并对保 护性能进行了评价。 为了进一步提高通信系统的独立性，考虑在建立电力通信w m a n 专网的 基础上，实现配网馈线保护通信，也具有很高的综合经济性。由此，提出了基 于w i m a x 技术的电力w m a n 专网结构以及馈线快速保护通信方案。重点从 通信协议的角度，提出了满足保护实时性要求的通信规范。该方案完全符合国 际标准、开放性强，对通信资源占用率低，可实现其他通信服务，仿真结果表 明保护通信延时完全可以满足馈线保护快速性要求，实时性高。 总之，新型配电网馈线保护原理及其实现，有效降低了保护对一次运行 方式的限制，使配网优质经济运行成为可能，同时降低了故障的影响范围，提 高了配电网供电可靠性和供电质量，必然带来可观的经济效益和社会效益。 关键词：配电网继电保护快速性无线城域网通信c d m a w i m a x i l 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t t h ee l e c t r i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sb e c o m i n gt oam e s hc o n f i g u r a t i o nw i t l l m u l t i p l es w i t c h e s i nt h e o r y , t h ee l e c t r i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r km a yo p e r a t ei na m o r ee c u m e n i c a la n dh i g h e rq u a l i t ys t a t ev i at h es w i t c h e s o no ro f f y e t ，v a r i o u s o p e r a t i o nm o d e sd e t e r i o r a t et h ep e r f o r m a n c eo ft r a d i t i o n a ld i s t r i b u t i o nr e l a y i n g i n a n o t h e rw o r d ，t r a d i t i o n a ld i s t r i b u t i o nr e l a y i n gl i m i t sp r i m a r yo p e r a t i o nt o os t r i c t l y t h e r ea r en or i g i dm a t c hg r a d e sb e t w e e nt h e s ed i s t r i b u t e ds w i t c h e s ，s oi ti s i m p o s s i b l et oa t t a i nw h o l es e l e c t i v i t yb ys i m p l yc u r r e n tc o o r d i n a t i o n h e n c ew h e n f a u l to c c u r s ，t r a d i t i o n a lr e l a y i n gc a no n l yi s o l a t e si tw i t hg r e a tl o s so fh e a l t h f u l p o w e rs u p p l yz o n e s t h ef i n i t es e l e c t i v i t yb e t w e e n o n eo rt w os w i t c h e sm a k et h e a v e r a g et r i p p i n gt i m eb e c o m e sl o n g e r c o n s e q u e n t l yt h ed i s t r i b u t i o np o w e rs u p p l y r e l i a b i l i t ya n dq u a l i t yc a n n o tb ea s s u r e d t h u si ti ss oi m p o r t a n tt or e s e a r c hi nn e w t y p e f a s td i s t r i b u t i o n a lr e l a y i n ga n dt oi t sr e a l i z a t i o n t h i sn e wt y p ef a s t d i s t r i b u t i o n a lr e l a y i n gc a nr e d u c et h eh a r ds t r i c tt op r i m a r yo p e r a t i o na n dc a ng e t t h ew h o l es e l e c t i v i t ya n ds p e e d a b i l i t yf o ra i ls w i t c h e st oe n h a n c ep o w e rs u p p l y r e l i a b i l i t ya n dq u a l i t y t h ef a u l tl o c a t i o nm e t h o d ss e r v i n gt od a ( d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ) h a v e h i g hs e l e c t i v i t ya n ds e n s i t i v i t y , b u tt h e i rc e n t r a lp r o c e s s i n gm o d ea n dc o m p l e x a l g o r i t h m sc a n n o tm e e tt h es t r i c t l yr e a l - t i m ea c q u i r e m e n to fr e l a yp r o t e c t i o n 。i n t h i sp a p e r , t h et o p o l o g yo fo n ef e e d e ri ss a v e di nt h er e l a yu n i t so ft h es w i t c h e s a l o n gi t ，s ot h ef a u l tl o c a t i o nc a np r o c e s sd i s t r i b u t e d t h i sp a p e rg i v e san e wf a u l t l o c a t i o na l g o r i t h mw h i c hi sn a m e da sb a c k t r a c kl o c a t i o nm e t h o d t h i sm e t h o d c a na p p l yt of e e d e r s f a s tr e l a yp r o t e c t i o na si th a sl o wc o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t y a sau t i l i z a t i o n ，t h i sp a p e rp r o p o s e sas c h e d u l et or e a l i z ef a s tr e l a y i n gv i a f i b e rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k sw h i c hh a v ea l r e a d ye x i t e di ns o m eo fc h i n a sb i g c i t i e s t h i ss c h e d u l en e e dn o tc h a n g ea n ye x i s t i n gh a r d w a r e s i m u l a t i o ns h o w st h a t i t sd e l a y i n gt i m ei ss h o r te n o u g ht om e e tt h ef a s tr e l a y i n gn e e d b e c a u s et h ed i s t r i b u t i o ne q u i p m e n t sh a v eal a r g ea m o u n ta n dt h ep o w e r s u p p l yc a p a c i t y i se n l a r g e dq u i c k l y , t h ef o r e m o s td e t e r m i n i n gf a c t o rf o r t h e i l l 山东大学博士学位论文 r e a l i z a t i o no fr e l a y i n gs c h e d u l ei sl o wc o s t b u tt h i so f t e ng o e sw i t hl o w e r h a r d w a r er e l i a b i l i t ya n dc o m p u t i n gs p e e do fr e l a yu n i t sa n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m t oe n s u r et h er e l i a b i l i t ya n ds p e e d a b i l i t y , t h en e w t y p ef e e d e rp r o t e c t i o nm u s th a v e h i g hf a u l tt o l e r a n c ea n dl o wc o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t y b a s e do nt h ei n f o r m a t i o n t h e o r y , t h i sp a p e rb r i n g s f o r w a r dan e wf a u l tl o c a t i o na l g o r i t h mb a s e do n m u l t i - s w i t c hi n f o r m a t i o nf u s i o n t h i sa l g o r i t h mh a sah i g hf a u l tt o l e r a n c e ，a n di t c a na s s u r et h er e a l t i m ed e m a n do f r e l a y i n gp r o t e c t i o n ，t o o i t d e p e n d s o ni n f o r m a t i o nc o m m u n i c a t i o nt og e tt h er e l a y i n gs t a t e st or e a l i z e f a s tf e e d e rp r o t e c t i o n c o m m u n i c a t i o nv i aw i r em e d i a , s u c ha sf i b e ro re l e c t r i cw i r e c a r r i e r , i si nd e f e c to f s u c hh i g he c o n o m i c a lo rf l e x i b l ec h a r a c t e r o nt h ec o n t r a r y , i t i st h ea d v a n t a g eo fw i r e l e s sm e d i u m c o n s e q u e n t l y , t h i sp a p e rt r i e st oa p p l y m o d e mw m a n ( w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ) t oc a r r yo u td i s t r i b u t i o n r e l a y i n gc o m m u n i c a t i o n c d m at e c h n i q u ei s t h ec o r e t e c h n i q u e o fp u b l i cw i r e l e s sm o b i l e c o m m u n i c a t i o n ；i ti so n eo ft h em o s tp o p u l a rw m a nt e c h n i q u e s t h i sp a p e rp u t s f o r w a r dac d m ac o m m u n i c a t i o na n df e e d e rp r o t e c t i o ns c h e d u l ew h i c hc a nc o e x i s t w i t l lp u b l i cw i r e l e s sm o b i l ec d m as y s t e m w i t ht h i ss c h e d u l et h ei n t e r f e r e n c et o p u b l i cw i r e l e s sm o b i l es y s t e mc a l lb en e g l e c t e db u tt h ec o m m u n i c a t i o nq u a l i t yi s v e r yh i g h a tt h es a i n et i m e ，s i m u l a t i o ns h o w st h a tt h es p e e d a b i l i t yi sh i g he n o u g h e v e ni ns i t u a t i o no f m u l t i p l ef e e d e r s f a u l t so c c u r ss y n c h r o n o u s l y b a s e do nw i r e l e s sw m a nc o m m u n i c a t i o ns u c ha sc d m a ，t h i sp a p e rp u t s f o r w a r d st h ec o n s t i t u t i o no ff a s tf e e d e rp r o t e c t i o n ，w h i c hi n c l u d e sf a s tf e e d e rm a i n p r o t e c t i o n ，f a s tf e e d e rb a c k u pp r o t e c t i o na n dr e c l o s i n ga n dt h et r a d i t i o n a ld e l a y i n g c u r r e n tp r o t e c t i o na so v e r a l lb a c k u p w i t l lar e a l i t yd i s t r i b u t i o nn e t w o r k , t h i s p a p e rg i v e st h ec a l c u l a t i n gp r o c e d u r ea n dm a k e sa ne v a l u a t i o nt oi t sp e r f o r m a n c e t oe n h a n c et h ei n d e p e n d e n c e ，i ti sn e c e s s a r yt oe s t a b l i s hs p e c i a l t ye l e c t r i c c o m m u n i c a t i o nw m a n t h ep r o t e c t i o nc o m m u n i c a t i o nb a s e do ni tc a na c h i e v e a v e r a g ee c o n o m i c a le f f i c i e n c y , t o o t h i sp a p e rp r o p o s e s as p e c i a l t ye l e c t r i c w m a ns t r u c t u r eb a s e do nw i m a xa n db r i n g sf o r w a r daw i m a xc o m m u n i c a t i o n s c h e d u l ew h i c hs e r v e st of a s tf e e d e rr e l a y i n gp r o t e c t i o n m a i n l yf r o mt h ep o i n to f t v 山东大学博士学位论文 c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ，t h i sp a p e rp r o p o s e st h ec o m m u n i c a t i o nr u l ew h i c hm e e t s t h er e a l t i m en e e df o rf a s tf e e d e rp r o t e c t i o n t h i sw i m a xc o m m u n i c a t i o n s c h e d u l ef i t st oi n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d t h u si tw i l ln o tb ew a s h e do u t 、析t ht h e d e v e l o p m e n to fw i m a x i na d d i t i o n , t h i ss c h e d u l eu s e sv e r yl i t t l ew i r e l e s s r e s o t l r c e s oo t h e re l e c t r i cc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e sc a nr e a l i z ea tt h es a m et i m e t h es p e e d a b i l i t yc a nm e e tt h ec o m m a n do fr e l a y i n gp r o t e c t i o n ，a si sp r o v e db ya f o l l o w i n gs i m u l a t i o n t os u n lu p ，t h i sp a p e rp r e s e n t san e wt y p ef e e d e rp r o t e c t i o n , g i v e si t s p r i n c i p l ea n di t sc o m m u n i c a t i o nm e t h o d s t h i sp r o t e c t i o nf r e e st h el i m i t st o p r i m a r ys y s t e mo p e r a t i o nm o d e sa n dm a k e si tp o s s i b l et or e a l i z eh i g hq u a l i t ya n d e c o n o m i c a lo p e r a t i o ni nd i s t r i b u t i o ns y s t e m i na d d i t i o n ，i tm i n i m i z e st h ei n f l u e n c e o ff a u l ts ot h a ti tc a ng r e a t l ye n h a n c ep o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t ya n dq u a l i 够 c o n s e q u e n t l y , i tw i l lm n g r e m a r k a b l ee c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t k e y w o r d s ：e l e c t r i cd i s t r i b u t i o ns y s t e m ；r e l a y i n g ；s p e e d a b i l i t y ；w i r e l e s sm a n ； c o m m u n i c a t i o n ；c d m a ；w i m a x v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：蒸圭叠日期：竺坚竺竺7 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：嫩导师签名：妻三查日期：之：z 二生扩 山东大学博士学位论文 1 1 课题的背景和意义 第一章绪论 经过多年的改造，我国的城市配电网已经形成了线路间多分段多联络的网 格状结构。其目的，就是通过灵活地改变配网运行方式，更优质经济供电，在 任何异常状态，都最大可能的保证供电质量和供电可靠性。 然而，虽然配电网一次设备具备了灵活供电的条件，其二次设备一继电 保护和安全自动控制装置在基本原理、整定和配置方案等方面沿用的却仍然是 半个世纪以来的传统思路。这种传统思路面向的是固定方式的配网结构，已不 能适应灵活多变的供电方式。不适应最直接的表现就是多变的一次运行方式导 致了传统继电保护性能的恶化，也就是常说的继电保护“四性”要求无法同时 满足。反过来，为了保证保护性能不至于过度恶化，就必须严格地限制运行方 式，结果实际允许的运行方式十分有限，远远不能达到一次方式经济优质运行 的要求。 传统继电保护已经成为提高配电网供电可靠性的瓶颈【”。具体的表现在以 下两个方面： ( 1 ) 配电网故障的平均切除时间延长。馈线电流速断保护的范围日益缩 短，馈线故障更多地靠延时过流保护切除；线路上各开关问有限的配合也使电 源侧开关的保护时限延长。 故障持续时间长，可能导致以下后果：a 可能导致故障设备及相邻设备严 重烧毁。随着配电网短路容量的不断增加，这种危害性不断增大。b 可能会引 发变电站母线电压崩溃。如果故障切除时间较长，同母线上非故障馈线的电动 机负荷在故障切除后同时自启动，从系统中吸收大量无功，导致母线电压崩溃， 电机因失压被甩掉 2 1 。c 可能会引发变电站母线暂态电压跌落口4 j 。对近年来大 量出现的变频调速设备、微机集控设备、计算机服务器等电压敏感性用户的危 害很大。而且故障持续时间越长，电压跌落造成的危害就越大。d 可能会导致 瞬间故障发展成永久性故障、两相故障发展成三相故障，危害程度加大。 ( 2 ) 配电网故障造成的停电面积大。无论从灵敏性还是快速性要求上，馈 山东大学博士学位论文 线上大量的柱上“拉手”断路器、环网柜的断路器、中压开关站之间都不可能 有很多配合。线路阻抗的减小，使得保护无法靠整定值的配合来具体定位实际 的故障点，导致一点故障必须全线停电；如果变电站出口的断路器机构或保护 失灵，则直接造成变电站一段母线的停电。 配电网分布式开关之间不存在固定的上下级关系，不同故障区段问的故障 电流相差不大，不可能通过简单的电流配合来得到保护的选择性。要改善配电 网继电保护的性能，应当从两方面进行。一是精确定位故障点，用以代替传统 的逐级配合方法来取得选择性，从而有可能在最小范围隔离故障；二是实现馈 线的快速主保护，任意一点故障都可能快速切除。两者结合起来看，新式配电 网继电保护的性能要求就是，在任何一次可以实现的方式下，都可以在最小范 围内快速切除故障。 总之，改善配电网继电保护的原理与配置，以形成新的现代配网继电保护 体系，对于真正实现灵活供电方式，保证供电质量和可靠性，具有不可替代的 作用。社会、经济效益巨大。 1 2 配电线路保护技术研究的现状 配电网保护技术，可以分为变电站内保护技术和配电线路的保护技术。变 电站内配网保护主要就是中压母线保护，实现起来比较简单，相关研究比较成 熟。而难度较大的，也是目前国内外对配网保护的研究的重点，是新型配电线 路保护的研究。 新型配电线路保护，主要可以分为单端量保护和多端量保护两种。 在单端量保护原理中，基于重合器一分段器的保护、无通道保护等较具有 代表性。 国内外许多地方，在馈线上使用自动重合器，通过整定重合闸次数来取得 分布式开关设备之间的配合。但是多次自动重合闸对一些非线性负荷的影响很 大，难以满足重要用户对供电质量的要求，因此主要用于乡村配网中【5 8 1 。但 是多次重合闸的概念仍然有可借鉴之处，尤其在母线电压跌落要求敏感时，多 次重合闸可以做到故障的快速隔离，同时还可以逐步缩小故障范围。 无通道保护 9 - ”i 概念始于欧洲，已经有相对成熟的产品，比如英国a l s t o n 2 山东大学博士学位论文 公司等，主要思想是线路不对称故障时靠非故障性相传递一侧开关状态来加速 另一侧保护。所适用的环境是，双电源供电时多线路串联的接线，而且单条线 路中间不允许有分支线，只能反映两相短路，对其他故障则无能为力。对我国 大部分配电网络并不适用。国内也有一些研讨，希望把它应用到辐射状有分支 配电线路中。但是当母线上有多条线路时，其低电压加速元件与母线上其他线 路的配合存在问题，因此具体方案有待改进。 其他如自适应保护等原理在中低压配电系统的应用具有一定的代表性 1 1 4 - 17 】。自适应保护能够根据系统运行方式的变化和故障类型自动修改保护动作 定值或特性，可以做到在各种运行方式下获得一定的优化。这些研究对保护定 值的灵敏度提高是有限的，特别是不能根本上解决馈线保护动作速度和闯题。 但是自适应保护的思想是可贵的，它利用本地多信息来自动调整决策，实际上 正是信息论中特征融合的思想。 另一方面是基于多端信息量的配网保护研究，这是近年来的发展趋势。多 端信息是指馈线上分布式开关的电气量或状态，这些信息可以通过各种不同的 通信媒介汇集起来综合处理形成保护行为。 日本三菱公司( m i t s u b i s h i ) 在研究配电网的保护和控制技术上比较领先， 已经建立针对配电网的通信系统，利用多端信息解决带分布式发电的配网馈线 保护存在的问题【1 8 】。 配电网的设备众多，因此通信设备的投资和使用成本是实现多端量配网保 护所首先面对的问题。从9 0 年代开始，国内外专家学者尝试各类可以借助低 成本的通信媒介来改进保护性能，主要是实现快速馈线保护。 h yl i 提出了租用公用交换电话网实现配电线路差动保护的观点比较有 代表性 1 9 之o l ，通过细致的设计，通信延时可以很小，从而获得快速性。该方案 的局限性是仅适用无分支线路。应用到国内还不太现实，是国内许多电话线 路和设施较陈旧，通信质量得不到保证，二是相对国外而言，租用国内电话局 的交换机价格仍然较为昂贵。 随着电力线载波( p l c ) 技术的快速发展，一些学者考虑将p l c 技术应用 配电网控制的可能性口”，但用于保护的很少，华北电力大学进行过用于馈线 快速保护的尝试 2 2 琊1 ，但离实际应用还有一些距离。通信设备必须祸合线路上， 安全性有隐患，所以国外一些专家建议慎用，而且线路作为通道，需要解决线 3 山东大学博士学位论文 路故障时通信信号衰耗大的问题。但是p l c 技术还是值得继续研究的。因为 电缆及环网柜接线越来越普及的情况，电缆不会有分支，而且衰耗小，因此通 信质量较高，可能实现可靠通信。 另一种低成本的通信媒介是利用无线扩频技术进行保护信息传送的研究 l 卅，国内已有应用无线扩频通信实现配电线路保护的报道f 2 5 】，将通信单元安 装到线路f t u 中，两个相邻开关进行信息比较来判断故障。无线扩频技术使 用频段为2 4 0 0 2 4 8 3 5 m h z 频段，又称为工业、科学和医疗频段( i s m ) 。但是， 由于国家信息产业部对其发射功率有严格的限制，所以合法无线扩频通信的距 离很短，其实用性还有待更进一步的研究。但是，随着扩频技术的进步，应用 到变电站内间隔层通信则大有可为，也可能实现变电站低压母线保护的差动保 护。 随着光纤及相关设备的价格下降，配电网通信使用光缆成为可能。因此出 现了一些将光纤通信用于配网保护的研究26 1 。但是，为了继电保护装设单独 的光通信设备，其经济性太差，毕竟故障是很稀少的。如果与配电网其他通信 共用通道，通信的延时不容易保证。必须进一步的研究。 总之，配电网保护快速性研究的重点是其实用化的过程，必须符合国内配 电网的实际，直接照搬国外技术不一定可取。无通道的保护对性能改善有限， 因此更应当考虑由有通道保护来完善保护性能。而有通道保护应该成为配电线 路保护的主体，目前的各种通信媒介的方案都有不少缺陷，寻求更加经济可靠 性的媒体应当是今后研究的一个重点。 配电网故障自动定位，是故障隔离及配网重构的基础，对保证供电可靠 性、提高供电质量具有重要意义。 早期的单纯基于变电站电气量的故障测距算法并证明用于配网很不理想。 随着f t u 的大量运用及信息远传功能的实现，近年来，出现了许多基于f t u 信息的故障定位算法。 刘健等提出了配电网故障区段判断和隔离的统一矩阵算法是比较有代表 性的方法之一，后来在此基础上又出现了许多算法，比如优化矩阵算法，新统 一矩阵算法，等等b 7 习6 j 。这些算法主要针对配网拓扑结构形成网络描述矩阵或 者节点关联矩阵，根据故障时f t u 的信息形成故障矩阵，然后通过矩阵的运 算进行故障定位，部分算法可以适应多点复杂故障和多电源环网的情况。这些 4 山东大学博士学位论文 算法的优点是直观性比较强，但是，这些算法都是假设f t u 信息完全正确的 基础上得出的。 另一种有代表性的故障定位方法基于人工智能技术。如文献【3 刀把配电网 故障定位转化为整数优化问题，利用行波和遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ，简称 g a ) 实现故障定位；文献口卿用基于框架式专家系统和模糊逻辑推理智能原 理分析小波包，实现配电网故障定位。这几种方法使用了行波分析的方法，它 比较适合于同一材料且无支线的馈线上使用，当用于多种材料组成的馈线或者 多分支线路上时，由于行波的发射太多，检测过于复杂，因此实用性不强。另 外，对f t u 信息正确性依赖太强。错误信息直接导致错误结果。 因为f t u 所处环境，信息错误在所难免。所以，更多的研究开始从信息 纠错的角度来确定故障点。有代表性有专家系统【柏】、随机优化技术【4 1 1 、人工 神经网络 4 2 1 、粗糙集理论【4 3 卅，以及这些理论的延伸和组合形成的方法1 4 5 1 。 专家系统方法推理解释能力强，但是建立和升级专家系统中知识库的工作 非常困难，需要穷尽各种故障情景并一一给出结果，如果再穷尽各种错误信息 来构建知识库，知识库过于庞大，而且也导致了系统搜索知识库太过于费时 这使得它不能满足故障定位实时的要求。随机优化技术、包括遗传算法及蚁群 算法、t a b u 搜索等优化方法 4 6 4 9 1 ，其建立优化参数的规则不够确定，实际上 仍然需要专家经验，参数取值不合适，结果往往不能令人满意。 人工神经网络算法近年来发展很快，已经应用到了各种工业领域。因为它 不需要背景知识，不靠专业支持，它具有自学习、泛化的能力，对信息错误有 较强的鲁棒性。然而，选择神经网络结构和训练方法是一个难题，否则收敛速 度很慢甚至无法收敛。而且，它对配电网方式的变化适应性不强，方式的变化 需要重新进行学习。它对判定结果完全没有推理和解释，完全是一种条件反射 式的结果。 还有一种比较重要的方法是基于粗糙集( r o u g hs e t 简称r s ) n 论的故障定 位方法。包括数据挖掘( d a t am i n i n g ，简称d m ) 技术1 5 0 - 5 h 。 粗糙集是一种新的处理不确定信息的数学方法，能有效分析不精确、不一 致、不完善等各种不完备的信息，还可对数据进行分析和推理，从而发现隐含 的知识，揭示潜在的规律。其纠错的实质是通过信息的冗余性来去除错误信息。 它通过决策约简建立了节点网络模型，当节点数量增加时，决策表呈平方级增 5 山东大学博士学位论文 长，进行故障诊断时计算量过大。数据挖掘技术是指从数据中提取潜在的信息， 通过挖掘各种历史数据，找出隐藏在其中的规律性的东西，形成的关于数据整 体特征的描述，对发展趋势的预测及决策生成具有重要参考价值的信息，它是 粗糙集理论的发展，因而也具有r s 算法的缺点决策表建立模型众多，计 算量过大。 总而言之，目前的故障定位技术计算量很大。但是由于他们都是在故障切 除后才进行的，这些技术都是与配网自动化( d a ) 技术相适应的，其实时性 要求不高。目前还没有直接服务于配电线路继电保护的定位方法。 在电力系统故障诊断的研究还有一种比较新颖的方法是基于p e t r j 网的 方法，当p e t r i 网建立后，基于事件触发的推理机制使之计算速度非常快，能 够满足快速性的要求 5 2 - 5 5 】。p e t r i 结构也是随节点数量增大而增大，却还没有 自动建立p e t r i 网的方法，如果根据各种配网运行方式和各种可能的错误信息 集人工建立p e t r i 网，难度很大，即使建立起来p e t r i 网，其结构也是异常庞 大的，该库的检验和维护也不容易。应用到实践中不易为普通工作人员所掌握。 多端量配电线路保护离不开通信系统。在通信领域，实现信息接收和辨 识的理论为信息理论。实际上，上述各种人工智能技术也是一种信息处理方法， 但信息论更多地基于概率论。建立在信息论基础上的信息融合技术正在应用各 种具有广义传感器的领域口6 1 。电力系统的尝试尚在理论启蒙阶段，还没有比 较实用的结果( 5 m g j 。但是指明了一种方向，将所有二次设备，互感器、继电器、 通信设备全部看作各种传感器，通过信息融合的技术来消化海量的信息，得到 需要的结果。相对而言，通信领域信息融合技术计算速度很快，可以达到微秒 级的速率，但是其硬件要求很高，为了降低成本，还需要根据电力系统的实际 探索进一步减少计算量。 1 3 无线城域网通信技术的现状 确立了故障定位的方法后，最重要的是实现强健的、实时性的配电网通 信系统，当然首先需要低成本。光纤通信技术是可以考虑利用的，毕竟已经有 许多地方已经实现了配网的光纤通信。但在我国的绝大部分地区，使用光纤通 信是极不经济的。所以应当考虑引入无线通信技术。 6 山东大学博士学位论文 从地理范围上讲，配电网通信属于城域网范畴，即覆盖范围在几公里到 几十公里之间。这个范围内，普通的无线局域网技术，象基于i e e e 8 0 2 “标准 的无线局域网技术等是无法胜任的1 5 舢5 卯。而应当利用现代无线城域网( w m h t , 0 技术的通信。 目前最成熟的无线城域网技术就是公共无线移动通信系统，比如目前应 用最广的g s m 、g p r s 、c d m a 1 等。其中c d m a 技术以其出色的抗干扰和高 容量特色而越来越成为移动通信的主要方向胪9 1 。 c d m a 技术很早因其保密性能和抗干扰能力广泛应用于军事领域。1 9 9 3 年，美i 虱t i a ( t e l e c o m m u n i c a t i o n si n d u s t r ya s s o c i a t i o n ) 通过t c d m a 空中接 口标准t i a e i a i s 9 5 ，c d m a 开始进入商用移动通信市场，即第一代( 1 g ， f i r s tg e n e r a t i o n ) c d m a 。1 9 9 4 年，世界多个著名移动通信设备制造商和运营 商成 f f t c d g ( c d m ad e v e l o p m e n tg r o u p ) 。1 9 9 7 年，c d g 确立t c d m a 移 动通信新标准c d m a o n e ，即2 gc d m a ( s e c o n dg e n e r a t i o nc d m a ) 。 c d m ao n e 在近几年中得到迅猛发展，已经成为目前世界最为普及的移 动通信技术。但由于各国确立的频谱范围及通信协议不同，无法形成全球移动 网互联。为此国际电信联盟( i t u ，i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) 进行 3 g 标准的制定工作，并于1 9 9 6 年命名该标准为i m t - 2 0 0 0 。从1 9 9 7 年起，3 g 的 基本框架、网络技术、主要特征、业务种类已经基本成形。 在i m t - 2 0 0 0 的制订过程中，各国际组织的电信标准化机构，如i t u 的 i t u - r 和i t u t 、欧盟的e t s i 、中国的c w t s ，美国的a n s i 、t i a 、t 1 ，日本 的a r i b 、t t c ，韩国的t t a 等，他们之间的竞争、协作和配合，推动着i m t - 2 0 0 0 发展、完善的过程。目前形成了三个最为主要的3 g 标准，即w c d m a 、 c d m a 2 0 0 0 和t d - s c d m a ，并有望在近几年得到普及。 基于2 g 和3 g 的c d m a 技术，建网简单，而且在高楼林立的城市环境中， 抗信号功率衰落的能力很强，平均通信质量很高 7 0 - 7 3 1 。但是由于没有可用的 c d m a 频段，因此独立建网很困难。另外，虽然通信质量平均很高，但是其覆 盖区内仍然有许多地点，信号质量很差，甚至会出现信号无法接入或者“掉线” 现象。其次，移动通信的信号延时太大，不能满足继电保护的要求，所以必须 考虑进行重新设计。而且，从安全性考虑，保护通信系统还必须具备一定的独 立性。 7 山东大学博士学位论文 近几年来出现了一种新的无线城域网接入技术一w i m a x 技术，发展十分 迅速【7 4 川】。w i m a x ( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i tf o rm i c r o w a v e a c c e s s ) ，即全球微 波接入互操作性。它是2 0 0 1 年4 月，由业界主要的无线宽带接入厂商和芯片 制造商共同成立了一个非营利工业贸易联盟一一全球微波接入互操作性 ( w i m & x ) 组织制定的通用技术。是一种面向无线城域网的宽带无线接入技术。 1 9 9 9 年，i e e e 成立了8 0 2 1 6 t 作组来专门研究宽带无线接入技术规范， 目标是要建立一个全球统一的宽带无线接入标准。i e e e8 0 2 ，1 6 i 作组主要针 对w i r e l e s sm a n 的物理层和媒体接入控制层( m a c ，m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 层 制定规范和标准 7 9 - 8 4 】。目前i e e e 8 0 2 1 6 主要提及两个标准：8 0 2 1 6 2 0 0 4 t i p 8 0 2 1 6 d 支持固定宽带无线接入标准和8 0 2 1 6 e 支持移动特性的宽带无线接入标 准。i e e e8 0 2 1 6 d 标准于2 0 0 4 年l o 月1 曰发布，它规范了固定接入下用户终端 同基站系统之间的空中接口，主要定义空中接口的物理层和m a c 层。8 0 2 1 6 e 标准的最大特点在于增加了对移动性的支持。 w i m a x 论坛旨在对基于i e e e8 0 2 1 6 标准的宽带无线接入产品进行一致 性和互操作性认证。通常认为，i e e e8 0 2 1 6 i 作组是i e e e 8 0 2 1 6w i m a x 空中 接口规范的制定者，而w i m a x 论坛是技术和产业链的推动者。目前w i m a x 成为t i e e e 8 0 2 1 6w i m a x 技术的代名词，其空中接口规范涵盖了整个i e e e 8 0 2 1 6 标准。 w i m a x 技术主要面向数字通信，而且从频段