繼電保護整定計算模塊的設計

劉凡齊等

摘 要： 繼電保護整定計算是保障配電網穩定運行的主要辦法與措施。設計了利用專家系統的繼電保護整定計算系統，其中知識庫的表征方式采用產生式表征法、面向對象表征法和框架表征法相融合的方法，增強了整定計算知識庫的完整性；系統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的計算速率。利用專家系統改進知識庫的表征方法與推理機的混合工作原理，設計了繼電保護整定計算模塊，并針對實際電廠模型，驗證了設計系統的準確性。

關鍵詞： 繼電保護； 知識庫； 推理機； 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

Abstract： Relay protection setting calculation is the main solution to guarantee stable operation of power distribution network. The relay protection setting calculation system was designed on the basis of expert system. The representation method of knowledge base is based on the fusion method of production representation， object?oriented representation and frame representation， which can strengthen the integrity of the whole setting calculation knowledge base. The forward and backward inference mixed mode was adopted for system inference engine， which improved computation rate of setting calculation system. With all the above methods being made， Relay protection setting calculation module was designed and accuracy of designed system was verified.

Keywords： relay protection； knowledge base； inference machine； setting calculation

本文設計了利用專家系統的繼電保護整定計算系統，其中知識庫利用產生式表征法、面對對象表征法和框架表征法相融合方法做模塊設計，推理機運用正向和反向相結合的混合推理方法，在整定功能的實現方式上，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 專家系統知識庫的設計

專家系統的知識庫的表征方法利用產生表征法、面向對象表征法、框架表征法相結合的方式，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 專家系統推理機的設計

系統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，但因為系統數據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據，可計算出最合適的動作電流值大小。

從操作人員給定的具體實際問題出發，通過設計模塊進行推理求解，總結出會出現的幾種計算情況，如下：

（1） 當針對所給定的實際問題沒有找到相應的目標結果時，則模塊需調用報錯步驟。

（2） 當針對所給定的實際問題只找到惟一的目標結果時，即最理想的模塊運行狀態，則模塊直接輸出計算結果或繼續執行相應操作。

（3） 當針對所給定的實際問題能夠找到多個目標結果時，需要進一步做判定，從諸多目標結果中選定最優解。

3 整定計算數學模型

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的整定方程式，且整定方程式在相應的整定變量層中都含有定值變量集[RV]，經數學分析，保護裝置的定值變量集[RV]的數學模型：

[RVS=f（k1，k2，…，kn，x1，x2，…，xn， y1，y2，…，yn，z1，z2，…，zn）， n∈N]

式中：[yj（j∈n）]代表整定計算公式中含有的系數和常量，如可靠系數、進行整定計算工作人員的經驗系數和返回系數等，具體數值由用戶人員通過輸入的方式存儲到模塊知識庫中；[zj（j∈n）]代表以上3類變量以外的其余變量。

利用上述數學模型，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據，當中的任何一個整定計算變量值變化后，僅僅是該變量發生了改變，但不會致使該整定計算變量所在的整定方程式中的其他變量發生數值變化；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，所以無論系統所含設備的參數變化，或是發生其他故障類型，都可以準確求解出被保護設備的整定值，體現了繼電保護裝置整定值的可靠性。

4 整定計算模塊設計

在對系統做整定計算前，需要對其中一部分故障參數做計算存儲，因為在進行整定計算原則中涉及了大量的故障參數，其中有一部分數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。在所涉及的系統中，設定了手動與自動整定兩種功能，系統用戶可以根據特定的工作環境與要求自行選擇，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，可以實現任務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的參數設置界面對系統參數進行選定和設置，如圖3所示。

計算書對于電廠實際操作人員是非常重要的，其中不僅包括相應繼電保護裝置對保護設備定值的設置，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4，圖5所示。

5 整定計算模塊仿真解析

為了驗證本文設計的繼電保護整定計算模塊的準確性，這里建立了電廠一次主接線系統圖并設置了相關參數，如圖6所示。

當完成電廠主接線圖的設定后，針對該系統添加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。

將電廠繼電保護原則逐一錄入并完成繼電保護裝置的設定工作，對系統全部設備做整定計算，將計算結果與電廠工作人員做整定值檢驗。檢驗結果顯示大部分計算結果與電廠實際運行結果完全相同，只有小部分存在數值誤差，具體誤差如表1所示。

簡述誤差產生的主要原因如下：

（1） 近似因素。整定計算過程中，數值大部分都是以小數形式存在，為了降低計算的繁冗度，計算過程中將小數數值保存到小數點后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果顯示的時候，保留小數點后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果略有差別。

（2） 取整因素。在繼電保護整定計算的過程中，需要設置保護定值，幾乎全部設置為整數，當遇到小數時需要進位成整數，所以，定值的設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果的主要因素之一。

經上述理論分析可得，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果誤差率如表2所示。

通過上述結果可以看出，通過本文設計的繼電保護整定計算模塊得出的結果同發電廠原始數據相差不大，誤差的大小在電廠穩定運行的允許范圍內，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 語

本文通過專家系統設定了整定計算模塊，建立了火電廠繼電保護整定計算所需的知識庫，將產生表示法、面向對象表示法、框架表示法相互結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設計，優化了電力系統繼電保護整定計算速率與結果的準確度。通過實際測驗，驗證了設計的整定模塊的準確性與可維護性。

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