110 kV電網計算機整定計算新方案—準專家系統模式

110 kV電網計算機整定計算新方案—準專家系統模式

 摘　要　根據110 kV電網的變化以及計算機技術的發展，提出了110 kV電網計算機整定計算的新方案——準專家系統模式，介紹了該方案總體設計、實施條件及各模塊的功能，并指出簡單的數學模型、友好的用戶界面、靈活的輸入輸出是110 kV電網計算機整定計算軟件的開發方向。

　　110 kV電網繼電保護整定計算是一項十分復雜的技術工作。它要求按照一定的整定計算原則，以電網的短路電流計算為基礎，進行大量反復的定值計算、比較和篩選，工作量很大。因此，怎樣把整定計算人員從繁雜的計算中解放出來，成為許多專家學者和技術人員追求的目標。計算機技術的迅速發展使實現這個目標有了技術支持。

　　從70年代后期，計算機整定計算的開發工作就開始了。由于短路電流計算的理論基礎雄厚，數學模型成熟，因此在80年代用計算機進行短路電流計算得到了普及。之后在短路電流計算的基礎上，沿用網絡節點法的基本模式，開發了一些整定計算軟件，這些軟件在一部分220 kV電網中的應用有了一些成功的經驗，而對于110 kV電網，到目前為止，還沒有比較成熟的軟件。這主要是由于220 kV及以上電壓等級的電網結構規范，相應的繼電保護整定計算能夠用規范的數學方法描述；而110 kV電網的結構不規范，如有短線群、T接線、小電源等，這樣在110 kV電網的整定計算中既有用數學方法描述的確定性問題，也有大量需要用人的經驗才能處理的問題。要解決這些問題，就要用到專家系統的一些基本方法，建立可修改的規則庫，整定人根據整定時的具體情況使用這些規則，建立一定的邏輯關系，邏輯關系一旦建立，無論系統的其他參數如何變化，整定計算都可能自動完成。由于其邏輯關系的建立需要一定的人工干預，因此我們稱這種方法為準專家系統模式的計算機整定計算。

1　整定計算的條件

　　以往的整定計算軟件在開發的時候，我國的大多數110 kV電網還是環網運行，這些軟件充分考慮了220 kV電網同110 kV環網之間電磁環的存在對保護整定的影響，并因此增加了軟件的復雜程度，降低了其靈活性。這些軟件對于110 kV電網保護的整定不規范、失配點多、非常規整定多的問題沒有重視，大大降低了計算出的結果的實用價值。另外受軟件開發平臺的限制，開發者在人機界面的方便程度考慮較少，使得人工干預非常煩瑣，費時費力，不得不棄而不用。

　　準專家系統模式的計算機整定計算能夠解決以往的軟件應用到110 kV電網時所遇到的問題，其主要依據有兩點：110 kV電網結構的變化和計算機技術的發展。

1.1　110 kV電網形成單電源的輻射結構，簡化了整定計算

　　隨著220 kV的主輸電網絡的形成，原來的110 kV環網得以解環運行，從而形成了以220 kV變電站為中心電源的輻射型結構的分區網絡，使得110 kV的電網結構大大地簡化。由于不再考慮電磁環，也使得110 kV電網的整定計算軟件的開發思路發生了重大改變。解環運行之后，分區網絡的規模較以前減少了許多，各電力元件之間的保護配合關系變得非常簡單，如果仍沿用節點方程的方法進行整定計算，一方面將簡單問題復雜化，另一方面仍不能解決短線群、T接線、小電源的問題。準專家模式是將電力元件的所有的整定配合關系歸納為相應的用計算公式表示的規則(由于不存在電磁環，這些規則的數目及復雜程度都大大降低)，然后由整定人選擇所整定的電力元件的整定規則。這種模式簡單、直觀，對整定計算全過程可進行有效的控制。

1.2　計算機技術的發展為新模式提供強大的技術支持

　　最早進行整定計算軟件的開發大約是在七八十年代，現在計算機軟硬件的技術水平同當時相比不可同日而語。當時編制軟件最先要考慮的是軟件的運行速度以及數據的存儲容量，其次才是用戶界面，而以目前的計算機技術水平，對于編制這種規模的軟件，其運算速度及數據存儲容量可以不予考慮，因此其重點應該是良好的用戶界面。準專家系統模式完全在系統一次圖形界面上完成參數數據的輸入、計算過程的控制、計算結果的輸出，大大降低了使用者掌握軟件的難度，不經培訓就可以方便地使用。

2　整定計算的實施方案

2.1　方案總體設計

　　該方案由以下幾個模塊組成：電網拓撲繪圖模塊、參數數據輸入模塊、短路電流計算模塊、整定計算規則模塊、整定計算模塊、ODBC接口模塊�？傮w設計原理如圖1所示。

　　由圖1可以看出，整定計算的全過程都是在系統一次圖形的界面下完成，不需要使用者對底層進行操作。在專用的電網拓撲繪圖模塊下，一次圖一旦繪好，網絡數據的拓撲結構就建成，結構中各單元同系統各元件一一對應，這種對應是由軟件完成，毋需人工干預；參數數據庫、短路電流數據庫、規則庫都是整定計算的數據源，其中參數數據庫、短路電流數據庫與系統一次結構緊密相關，當系統一次結構變化后，這兩個數據庫的內容相應修改。整定規則庫則完全獨立，其修改、補充等操作單獨進行。

2.2　功能模塊介紹

2.2.1　電網拓撲繪圖模塊

　　電網拓撲繪圖模塊是一個面向對象的電網繪圖工具，能夠支持全屏幕動態縮放、屏幕漫游，以基本圖元(如線路、斷路器、變壓器等)為繪圖單位，進行系統一次網絡圖的繪制，各圖元通過定義形成網絡拓撲結構，性能優良且操作方便。除了具有圖形編輯軟件的一般功能外，它的最大特點在于可以無隙地嵌入數據庫和保護整定計算模塊。因此，該模塊實際上充當了本系統的用戶交互界面，用戶在圖上即可進行數據庫操作并可啟動線路或變壓器的保護整定計算。

2.2.2　參數數據輸入模塊

　　在系統一次圖上，在定義好的圖元上輸入參數數據，經過計算機處理后形成參數數據庫，并同網絡拓撲結構一一對應。參數數據能夠在系統一次圖上打印出來。

2.2.3　短路電流計算模塊

　　利用已形成的網絡拓撲結果及參數數據庫，以各母線為故障點，計算大小運行方式下三相短路、兩相短路、單相接地、兩相短路接地的故障電流，形成短路電流數據庫，并能夠以一定格式輸出打印。

2.2.4　整定計算規則模塊

　　以單電源輻射型網絡為主要整定對象，充分考慮短線群、T接線、小電源對整定計算的影響，將各種保護的整定方法總結、歸納，形成標準化、公式化的規則庫。

2.2.5　整定計算模塊

　　模塊分為整定設置、線路保護整定及元件保護整定三部分。整定計算所需的有關系數要求，例如靈敏系數、可靠系數、配合系數、整定原則等，整定前在整定設置菜單下填入。

　　線路保護整定計算分三種方式：

　　1)全自動方式：所有整定步驟由計算機完成，沒有人工干預；

　　2)半自動方式：由人工指定失配點及失配參數，計算機完成后面的工作；

　　3)全人工方式：全部整定步驟采用問答式，由整定人逐步完成，每一步的計算結果均在屏幕顯示。

　　保護整定均在系統網絡界面上進行，根據用戶在系統一次圖上選定的電力元件，直接啟

動相應保護的整定計算模塊，通過調用參數數據庫、短路電流數據庫、規則庫的內容進行計算，計算過程可人工干預。

　　所有的計算結果均以整定計算書的形式輸出。

2.2.6　ODBC接口模塊

　　整定計算是在一次圖形界面上完成的，要通過ODBC(Open DataBase Connectivity，開放數據庫互聯)將參數數據、短路電流數據以及網絡拓撲結構參數結合起來，完成相應的計算。

2.3　方案的特點

　　該方案具有以下特點：

　　1)數學模型簡單

　　由于以單電源輻射型網絡作為整定計算的對象，大大簡化了整定計算的數學模型，從而使整定計算的復雜程度大大降低。

　　2)人機界面友好

　　數學模型簡單使開發者在開發平臺的選擇上有很大的余地，不用對平臺的數學計算能力有太高要求，因此可以充分利用近年來推出的優秀商業軟件，從用戶角度開發出具有直觀、簡單、靈活的人機界面的軟件。

　　3)輸入輸出設計靈活

　　參數的輸入完全在系統一次圖形界面上完成，徹底擯棄了過去需要用戶做節點編號、做數據文件的方法，大大降低了工作量。計算結果的輸出有兩種方式，一是在屏幕輸出，這樣可以讓整定人監視整定計算的每一個步驟，這對于整定計算的審核十分有利；第二種方式是以整定計算書的形式輸出，可以文本格式進行編輯，由于目前微機保護的許多小定值不是計算的結果，而是運行方式的一些具體要求，因此對整定計算書進行必要的編輯，一方面使計算書更加完整，另一方面對無紙化辦公也有一定的意義。

3　開發軟件的選擇

3.1　軟件運行平臺：中文Windows95

　　中文Windows95是一個32位的操作系統，它是專門為中國大陸的用戶而設計的，因此它具有內置的雙字節漢字內核，無需再外掛中文平臺即可顯示漢字，極大地方便了國內用戶。Windows95與Windows3.X以及DOS相比較，有操作容易、支持搶先式多任務、運行穩定等優點。

3.2　數據庫接口工具：Microsoft ODBC 2.0

　　Microsoft ODBC 2.0是一個由微軟公司在90年代初提出的開放式數據庫互連的標準，發展到現在在技術上已相當成熟，幾乎所有主要的數據庫開發商都提供了相應的ODBC驅動程序。ODBC的優點在于它使程序員無須關心他所要存取的數據源的類型、位置和格式等。他只需調用相同的API函數來和ODBC接口打交道即可，直接和某個特定的數據庫交互則由ODBC來完成。這樣，一方面使程序員的工作量大為減輕，另一方面使得程序更加靈活，因為當低層數據庫發生變化(如數據庫由DBASE變為ACCESS)時，慶用程序不須做較大的改動可適應新的數據源。

3.3　數據庫開發軟件：Microsoft Access97中文版

　　Microsoft Access97中文版是微軟公司在1997年推出的最新的數據庫開發及管理軟件，它在小型的數據庫應用中具有許多優點。它是一個臺式的關系型數據庫，但同時又可被應用到客戶／服務器數據庫前端機的開發應用中。它生成的數據庫僅由一個文件組成，極易管理。而且，它的開發平臺是基于Windows95的，能充分利用其穩定、多任務的優勢，并給開發人員一個良好的開發界面，操作相當容易。它具有以下特點：

　　(1)Access支持多種數據形式，可以從FoxPro，Paradox 3.X，Lotus1-2-3.X，Dbase，Lotus1-2-3，Microsoft Excel和Betrieve中引入數據。

　　(2)提供一整套極富特色的集成窗口式菜單開發環境，所有對象的屬性采用窗口式表達，大大減少了編程語言，使得建立、編輯和調試一個應用程序既輕松又快速。

　　(3)Access本身并不是一個面向對象的數據庫系統(OODBMS)，但它是一個面向對象的開發環境。

　　(4)Access引入了SQL數據庫標準查詢語言，用戶可能直接在程序中嵌入SQL語言，從而使Access成為比較完善的關系數據庫系統。

　　(5)在Access中，可使用Windows API函數，支持OLE和DDE。

　　(6)Access中的數據庫安全控制機制也是傳統的數據庫無法比擬的。

3.4　編程語言：Microsoft Visual C++5.0

　　Microsoft Visual C++5.0是微軟公司最新推出的應用程序開發工具。較之其他同類產品(如Borland C++5.0，Watcom C++等)，功能更加強大。它支持Windows平臺上幾乎所有技術標準的開發，其編譯器支持增量編譯，每次編譯只將修改過的部分重編譯一遍，而其他部分不動，大大加快了編譯速度，縮短了開發時間。在Visual C++5.0中，Class Wizard的功能大為增強，可以為開發人員自動生成許多代碼，使開發人員能夠把精力集中于程序所要實現的特定功能上，不必為一些細節浪費時間。

4　結束語

　　由于110 kV電網本身所固有的一些特性，一直以來，計算機這一先進的工具沒有在110 kV電網的整定計算領域得到有效的應用。本文根據近年來電網結構的變化以及計算機技術的發展，提出了110 kV電網計算機整定計算的一種新方案，該方案具有數學模型簡單、人機界面友好、輸入輸出靈活的特點，具有較強的可操作性。在將來，根據計算機技術的發展，將引入更多的人工智能技術，使軟件的自動化程度更加提高。

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