繼電保護整定計算模塊的設(shè)計方案

1、繼電保護整定計算模塊的設(shè)計-電氣論文繼電保護整定計算模塊的設(shè)計劉凡齊，張秀霞，王君瑞，張新聞（北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，寧夏銀川750021）摘要：繼電保護整定計算是保障配電網(wǎng)穩(wěn)定運行的主要辦法與措施。設(shè)計了利用專家系統(tǒng)的繼電保護整定計算系統(tǒng)，其中知識庫的表征方式采用產(chǎn)生式 表征法、面向?qū)ο蟊碚鞣ê涂蚣鼙碚鞣ㄏ嗳诤系姆椒?，增強了整定計算知識庫的完整性；系統(tǒng)推理機方式采用正向與反向推理的混合方式，有效提高了整定計算系統(tǒng)的計算速率。利用專家系統(tǒng)改進知識庫的表征方法與推理機的混合工作原 理，設(shè)計了繼電保護整定計算模塊，并針對實際電廠模型，驗證了設(shè)計系統(tǒng)的準 確性。關(guān)鍵詞：繼電保護；知識庫；推理機

2、；整定計算中圖分類號：TN702?34 文獻標識碼：A文章編號：1004?373X（2015） 18?0049?04收稿日期：2015?03?06基金項目：國家自然科學(xué)基金：基于制備納米薄膜和機械刷提高太陽能 電池光電轉(zhuǎn)換效率的機理研究（51365001）；寧夏自然科學(xué)基金：變速恒頻雙 饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)軟并網(wǎng)控制策略的研究（NZ14106）本文設(shè)計了利用專家系統(tǒng)的繼電保護整定計算系統(tǒng)，其中知識庫利用產(chǎn) 生式表征法、面對對象表征法和框架表征法相融合方法做模塊設(shè)計，推理機運用正向和反向相結(jié)合的混合推理方法， 在整定功能的實現(xiàn)方式上，分別提供了手動 和自動兩種方式，以此來滿足電廠操作人員的工作要求1專

3、家系統(tǒng)知識庫的設(shè)計專家系統(tǒng)的知識庫的表征方法利用產(chǎn)生表征法、面向?qū)ο蟊碚鞣?、框架表征法相結(jié)合的方式，通過分級分步驟的方式對繼電保護整定計算做詳細描述。其中知識庫的流程步驟如圖1所示。2專家系統(tǒng)推理機的設(shè)計系統(tǒng)推理機方式采用正向與反向推理相融合的推理方式。推理方式首先采用正向推理法對動作電流進行計算，但因為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中故障計算模塊求解的 流過保護短路電流不止一項，例如單相接地短路、兩相短路、三相短路，所以推 理機會提供多個短路電流值，不能進一步做篩選。而當添加反向推理法后，從短 路電流目標中集中選定最大故障電流， 作為下一步計算的原始數(shù)據(jù)，可計算出最合適的動作電流值大小。#1 %屮1LUftrb

4、lMA ：憫*0自：粘卜I： q幻店電用就K.ELl*L IKIHA-J ;L 樂數(shù)從操作人員給定的具體實際問題出發(fā)，通過設(shè)計模塊進行推理求解，總 結(jié)出會出現(xiàn)的幾種計算情況，如下：（1 ）當針對所給定的實際問題沒有找到相應(yīng)的目標結(jié)果時，則模塊需調(diào)用報錯步驟（2 ）當針對所給定的實際問題只找到惟一的目標結(jié)果時，即最理想的 模塊運行狀態(tài)，則模塊直接輸出計算結(jié)果或繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)操作。（3 ）當針對所給定的實際問題能夠找到多個目標結(jié)果時，需要進一步 做判定，從諸多目標結(jié)果中選定最優(yōu)解。3整定計算數(shù)學(xué)模型在整定計算原則中的任何一個保護定值在公式層中都有與之相對應(yīng)的 整定方程式，且整定方程式在相應(yīng)的整定變量

5、層中都含有定值變量集 （R ） V，經(jīng) 數(shù)學(xué)分析，保護裝置的定值變量集（R ） V的數(shù)學(xué)模型：RVS = f （k1,k2 ,，kn ,x1,x2 ,，xn ,y1,y2 ,，yn ,z1,z2 ,，zn ）, n N式中：yj （ j代表整定計算公式中含有的系數(shù)和常量， 如可靠系數(shù)、進行整定計算工作人員的經(jīng)驗系數(shù)和返回系數(shù)等， 具體數(shù)值由用戶人員通過輸入 的方式存儲到模塊知識庫中；zj （代表以上缶類變量以外的其余變量。利用上述數(shù)學(xué)模型，對繁瑣的定值變量分類做知識存儲，其中定值變量 集所包含的變量均為離散型數(shù)據(jù)，當中的任何一個整定計算變量值變化后，僅僅是該變量發(fā)生了改變，但不會致使該整定計算

6、變量所在的整定方程式中的其他變 量發(fā)生數(shù)值變化；且整定計算方程式也具有離散型，整定計算方程式是跟隨者整 定計算變量的變化而變化的，所以無論系統(tǒng)所含設(shè)備的參數(shù)變化， 或是發(fā)生其他 故障類型，都可以準確求解出被保護設(shè)備的整定值，體現(xiàn)了繼電保護裝置整定值的可靠性。4整定計算模塊設(shè)計在對系統(tǒng)做整定計算前，需要對其中一部分故障參數(shù)做計算存儲，因為在進行整定計算原則中涉及了大量的故障參數(shù)， 其中有一部分數(shù)值可以在整定過 程中直接提取，這樣就能夠縮短整定計算的運作時間。 在所涉及的系統(tǒng)中，設(shè)定 了手動與自動整定兩種功能，系統(tǒng)用戶可以根據(jù)特定的工作環(huán)境與要求自行選 擇，整定計算視圖如2所示。整定計算過程為自動

7、運行，整個計算過程不需要工作人員的任何操作,并能直接輸出計算書，可以實現(xiàn)任務(wù)書的保存與管理功能。 在手動整定計算過程中，需要工作人員在相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置界面對系統(tǒng)參數(shù)進行選定和設(shè)置，如圖3所示。整宅計耳氾圖曲3 配流極陸遼宅齊血1計算書對于電廠實際操作人員是非常重要的，其中不僅包括相應(yīng)繼電保4，圖護裝置對保護設(shè)備定值的設(shè)置，也包括整定原則。針對廠用變壓器相間短路故障的備用保護，模塊自動進行整定計算，并輸出計算書與定制單，具體如圖5所示。l1 i 十 ” m門%宦戈舊占B-R =*m鼻ti嚴葉最:.zWlUfl-r® TIr*.H»衍r-i藝嚴* 1! 廣7.1*1"0

8、1-L FW1"55A忘yt-'irli-jtiEKAA OlMJ.*-4 7 ；-亦專-':16»LA:.”"WTl4uOi OttiSpsIhUVIiI iftfrajco荻宰臥”1.-ar ： - irH；押和” _Jta（3JjUt|UlMnM£V 輯舛耳 t 二初 UHFhi*to）*nM.Mid*.視friri i -Y F a B T皿5洶廠瓦丁欄E蠱'S7t.S.w>JME* r t g Snw ; jn* l.dEizv-m?f “制嚴：帚£1 f L : u wtVK?F：；RI .rtal!-

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10、i - i 1t':r .'飪|.旳r；» JiJ： |£S>-1.:；<-八:1 4H菲知*1為 «a 1 111 *1 « V 1i1耐n血倉呵1 * *jA 電nt *'|削Mi i-4fi £ F$削 fl ifili苗e r fl| If f%6 乜廠島都結(jié)構(gòu)圖I當完成電廠主接線圖的設(shè)定后，針對該系統(tǒng)添加6KVIIB段母線A,B兩相相間短路故障，并做故障量計算，圖7顯示為2號高廠變故障量7 屯廣2號廣老設(shè)諄蛙咋視曲將電廠繼電保護原則逐一錄入并完成繼電保護裝置的設(shè)定工作，對系統(tǒng)全部設(shè)備做整定計算，將計

11、算結(jié)果與電廠工作人員做整定值檢驗。 檢驗結(jié)果顯示大部分計算結(jié)果與電廠實際運行結(jié)果完全相同， 只有小部分存在數(shù)值誤差，具體 誤差如表1所示。拱定<1駁廠原祐我匏卑宅計算結(jié)果2S4-I.R3-1.76変本牛討就滾保護IDO電帆it攜fit魯*議0.70.6簡述誤差產(chǎn)生的主要原因如下：（1 ）近似因素。整定計算過程中，數(shù)值大部分都是以小數(shù)形式存在，為了降低計算的繁冗度，計算過程中將小數(shù)數(shù)值保存到小數(shù)點后 2位。不同的是， 計算機在做計算過程中，不進行近似計算，而是在最終的計算結(jié)果顯示的時候， 保留小數(shù)點后1位，所以電廠實際工作人員的手動計算與計算機整定的最終結(jié)果 略有差別。（2 ）取整因素。在

12、繼電保護整定計算的過程中，需要設(shè)置保護定值，幾乎全部設(shè)置為整數(shù)，當遇到小數(shù)時需要進位成整數(shù)，所以，定值的設(shè)置與計算 機的計算值之間也存在一定的誤差。（3）繼保裝置退保護因素。表1中，2號高廠零序過電流保護的整定 值設(shè)置為100，當該保護裝置停止工作時，也就不對高廠變起任何保護作用，所 以退保護因素是影響整定結(jié)果的主要因素之一。經(jīng)上述理論分析可得，除以上原因引起的誤差外，繼電保護整定計算模塊的計算結(jié)果誤差率如表2所示。*2計舜皓果傻差塩涇建決計算篠基社件等戦祖.乩：謀* <1%電件茅就區(qū)拭：無W <0.（!%收¥屯. :氓£疋！ 蚯障電« <0,6

13、%宅<1聲宦尼池小叫童值欝宅：黑電如少通過上述結(jié)果可以看出，通過本文設(shè)計的繼電保護整定計算模塊得出的 結(jié)果同發(fā)電廠原始數(shù)據(jù)相差不大，誤差的大小在電廠穩(wěn)定運行的允許范圍內(nèi)，且整定模塊的計算速率足夠快，能夠滿足實際操作人員的要求。6結(jié)語本文通過專家系統(tǒng)設(shè)定了整定計算模塊，建立了火電廠繼電保護整定計 算所需的知識庫，將產(chǎn)生表示法、面向?qū)ο蟊硎痉?、框架表示法相互結(jié)合的知識 表征方式與通過混合推理方法，分別從正向和反向做為推理機原理的專家系統(tǒng)設(shè) 計，優(yōu)化了電力系統(tǒng)繼電保護整定計算速率與結(jié)果的準確度。通過實際測驗，驗證了設(shè)計的整定模塊的準確性與可維護性。參考文獻1 張偉繼電保護整定計算軟件的應(yīng)用開發(fā)

14、D保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011 .2 陸賢群.微機繼電保護的發(fā)展趨勢分析J.科技信息，2011 ( 9):733?734 .3 LIU T，ZHU Q S , LI W D. Conception of the new power sys?temoperating status display on platform J. Automationof the ElectricalPower Systems ，2008，8 (5): 72?75.4 石培進.電廠繼電保護整定及定值管理系統(tǒng)研究D.西安：西安工業(yè) 大學(xué)，2010 .5 張妍，胡衛(wèi)東，熊麗霞火電廠繼電保護整定計算系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析J.江

15、西電力，2012，36 (1): 48?50 . ZHANG H，ZHAOD M，ZHANG X，et al. Research on inte?gration tool of graph , model and database in power plant relay protection intelligent setting calculation system J. Power Sys?tem Protection And Control , 2011 , 39 (12): 112?117.7 胡桃濤.可視化繼電保護整定計算模塊的設(shè)計現(xiàn)D.成都：電子科技 大學(xué)，2012 .8 ZEN

16、GLI Y , DONGYUAN S , XIANZHONG D. Study on flexi?blepower system protectio n relaycoord in ati on software based on user?definedprinciple C Proceedings of the 42nd Interna?tional Uni versities Power Engin eeri ng Conferen ce. Bright on, UK: IEEE, 2013 :277?282.9 張鋒，李銀紅，段獻忠.電力系統(tǒng)繼電保護整定計算中運行方式的組 合問題J.繼

17、電器，2002 (7) : 23?26 .10 許建安.繼電保護整定計算M.北京：中國水利水電出版社，2011.11 蘇忠陽，趙有鋮，劉之堯.能量管理系統(tǒng)和繼電保護信息系統(tǒng)集成平臺研究J.南方電網(wǎng)技術(shù)，2008 (6): 71?74 .12 楊國福.電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J.電氣制造，2007 ( 7) : 36?38 .13 KIMURA T，NISHIMATSU S. Development of an expert sys?tem for estimat ing fault sect ion in con trol cen ter based on pro?tective system simulatio n J. IEEE Tran sact ions on Power De?livery，1192，7 (1): 167?171.14 吳堅.發(fā)電廠繼電保護整定計算與管理智能系統(tǒng)的研究D.北京：華 北電力大學(xué)，2010 .15 萬丹.電網(wǎng)系統(tǒng)繼電保護的發(fā)展趨勢分析J.機電信息，2010 (24):85?86 .16 陸賢群.淺釋微機繼電保護的發(fā)展趨勢J.科技信息，2011 (9):733?734 .17 韓禎祥，文福拴，張琦人工智能