110 kV电网计算机整定计算新方案—准专家系统模式

110 kV电网计算机整定计算新方案—准专家系统模式

 摘　要　根据110 kV电网的变化以及计算机技术的发展，提出了110 kV电网计算机整定计算的新方案——准专家系统模式，介绍了该方案总体设计、实施条件及各模块的功能，并指出简单的数学模型、友好的用户界面、灵活的输入输出是110 kV电网计算机整定计算软件的开发方向。

　　110 kV电网继电保护整定计算是一项十分复杂的技术工作。它要求按照一定的整定计算原则，以电网的短路电流计算为基础，进行大量反复的定值计算、比较和筛选，工作量很大。因此，怎样把整定计算人员从繁杂的计算中解放出来，成为许多专家学者和技术人员追求的目标。计算机技术的迅速发展使实现这个目标有了技术支持。

　　从70年代后期，计算机整定计算的开发工作就开始了。由于短路电流计算的理论基础雄厚，数学模型成熟，因此在80年代用计算机进行短路电流计算得到了普及。之后在短路电流计算的基础上，沿用网络节点法的基本模式，开发了一些整定计算软件，这些软件在一部分220 kV电网中的应用有了一些成功的经验，而对于110 kV电网，到目前为止，还没有比较成熟的软件。这主要是由于220 kV及以上电压等级的电网结构规范，相应的继电保护整定计算能够用规范的数学方法描述；而110 kV电网的结构不规范，如有短线群、T接线、小电源等，这样在110 kV电网的整定计算中既有用数学方法描述的确定性问题，也有大量需要用人的经验才能处理的问题。要解决这些问题，就要用到专家系统的一些基本方法，建立可修改的规则库，整定人根据整定时的具体情况使用这些规则，建立一定的逻辑关系，逻辑关系一旦建立，无论系统的其他参数如何变化，整定计算都可能自动完成。由于其逻辑关系的建立需要一定的人工干预，因此我们称这种方法为准专家系统模式的计算机整定计算。

1　整定计算的条件

　　以往的整定计算软件在开发的时候，我国的大多数110 kV电网还是环网运行，这些软件充分考虑了220 kV电网同110 kV环网之间电磁环的存在对保护整定的影响，并因此增加了软件的复杂程度，降低了其灵活性。这些软件对于110 kV电网保护的整定不规范、失配点多、非常规整定多的问题没有重视，大大降低了计算出的结果的实用价值。另外受软件开发平台的限制，开发者在人机界面的方便程度考虑较少，使得人工干预非常烦琐，费时费力，不得不弃而不用。

　　准专家系统模式的计算机整定计算能够解决以往的软件应用到110 kV电网时所遇到的问题，其主要依据有两点：110 kV电网结构的变化和计算机技术的发展。

1.1　110 kV电网形成单电源的辐射结构，简化了整定计算

　　随着220 kV的主输电网络的形成，原来的110 kV环网得以解环运行，从而形成了以220 kV变电站为中心电源的辐射型结构的分区网络，使得110 kV的电网结构大大地简化。由于不再考虑电磁环，也使得110 kV电网的整定计算软件的开发思路发生了重大改变。解环运行之后，分区网络的规模较以前减少了许多，各电力元件之间的保护配合关系变得非常简单，如果仍沿用节点方程的方法进行整定计算，一方面将简单问题复杂化，另一方面仍不能解决短线群、T接线、小电源的问题。准专家模式是将电力元件的所有的整定配合关系归纳为相应的用计算公式表示的规则(由于不存在电磁环，这些规则的数目及复杂程度都大大降低)，然后由整定人选择所整定的电力元件的整定规则。这种模式简单、直观，对整定计算全过程可进行有效的控制。

1.2　计算机技术的发展为新模式提供强大的技术支持

　　最早进行整定计算软件的开发大约是在七八十年代，现在计算机软硬件的技术水平同当时相比不可同日而语。当时编制软件最先要考虑的是软件的运行速度以及数据的存储容量，其次才是用户界面，而以目前的计算机技术水平，对于编制这种规模的软件，其运算速度及数据存储容量可以不予考虑，因此其重点应该是良好的用户界面。准专家系统模式完全在系统一次图形界面上完成参数数据的输入、计算过程的控制、计算结果的输出，大大降低了使用者掌握软件的难度，不经培训就可以方便地使用。

2　整定计算的实施方案

2.1　方案总体设计

　　该方案由以下几个模块组成：电网拓扑绘图模块、参数数据输入模块、短路电流计算模块、整定计算规则模块、整定计算模块、ODBC接口模块。总体设计原理如图1所示。

　　由图1可以看出，整定计算的全过程都是在系统一次图形的界面下完成，不需要使用者对底层进行操作。在专用的电网拓扑绘图模块下，一次图一旦绘好，网络数据的拓扑结构就建成，结构中各单元同系统各元件一一对应，这种对应是由软件完成，毋需人工干预；参数数据库、短路电流数据库、规则库都是整定计算的数据源，其中参数数据库、短路电流数据库与系统一次结构紧密相关，当系统一次结构变化后，这两个数据库的内容相应修改。整定规则库则完全独立，其修改、补充等操作单独进行。

2.2　功能模块介绍

2.2.1　电网拓扑绘图模块

　　电网拓扑绘图模块是一个面向对象的电网绘图工具，能够支持全屏幕动态缩放、屏幕漫游，以基本图元(如线路、断路器、变压器等)为绘图单位，进行系统一次网络图的绘制，各图元通过定义形成网络拓扑结构，性能优良且操作方便。除了具有图形编辑软件的一般功能外，它的最大特点在于可以无隙地嵌入数据库和保护整定计算模块。因此，该模块实际上充当了本系统的用户交互界面，用户在图上即可进行数据库操作并可启动线路或变压器的保护整定计算。

2.2.2　参数数据输入模块

　　在系统一次图上，在定义好的图元上输入参数数据，经过计算机处理后形成参数数据库，并同网络拓扑结构一一对应。参数数据能够在系统一次图上打印出来。

2.2.3　短路电流计算模块

　　利用已形成的网络拓扑结果及参数数据库，以各母线为故障点，计算大小运行方式下三相短路、两相短路、单相接地、两相短路接地的故障电流，形成短路电流数据库，并能够以一定格式输出打印。

2.2.4　整定计算规则模块

　　以单电源辐射型网络为主要整定对象，充分考虑短线群、T接线、小电源对整定计算的影响，将各种保护的整定方法总结、归纳，形成标准化、公式化的规则库。

2.2.5　整定计算模块

　　模块分为整定设置、线路保护整定及元件保护整定三部分。整定计算所需的有关系数要求，例如灵敏系数、可靠系数、配合系数、整定原则等，整定前在整定设置菜单下填入。

　　线路保护整定计算分三种方式：

　　1)全自动方式：所有整定步骤由计算机完成，没有人工干预；

　　2)半自动方式：由人工指定失配点及失配参数，计算机完成后面的工作；

　　3)全人工方式：全部整定步骤采用问答式，由整定人逐步完成，每一步的计算结果均在屏幕显示。

　　保护整定均在系统网络界面上进行，根据用户在系统一次图上选定的电力元件，直接启

动相应保护的整定计算模块，通过调用参数数据库、短路电流数据库、规则库的内容进行计算，计算过程可人工干预。

　　所有的计算结果均以整定计算书的形式输出。

2.2.6　ODBC接口模块

　　整定计算是在一次图形界面上完成的，要通过ODBC(Open DataBase Connectivity，开放数据库互联)将参数数据、短路电流数据以及网络拓扑结构参数结合起来，完成相应的计算。

2.3　方案的特点

　　该方案具有以下特点：

　　1)数学模型简单

　　由于以单电源辐射型网络作为整定计算的对象，大大简化了整定计算的数学模型，从而使整定计算的复杂程度大大降低。

　　2)人机界面友好

　　数学模型简单使开发者在开发平台的选择上有很大的余地，不用对平台的数学计算能力有太高要求，因此可以充分利用近年来推出的优秀商业软件，从用户角度开发出具有直观、简单、灵活的人机界面的软件。

　　3)输入输出设计灵活

　　参数的输入完全在系统一次图形界面上完成，彻底摈弃了过去需要用户做节点编号、做数据文件的方法，大大降低了工作量。计算结果的输出有两种方式，一是在屏幕输出，这样可以让整定人监视整定计算的每一个步骤，这对于整定计算的审核十分有利；第二种方式是以整定计算书的形式输出，可以文本格式进行编辑，由于目前微机保护的许多小定值不是计算的结果，而是运行方式的一些具体要求，因此对整定计算书进行必要的编辑，一方面使计算书更加完整，另一方面对无纸化办公也有一定的意义。

3　开发软件的选择

3.1　软件运行平台：中文Windows95

　　中文Windows95是一个32位的操作系统，它是专门为中国大陆的用户而设计的，因此它具有内置的双字节汉字内核，无需再外挂中文平台即可显示汉字，极大地方便了国内用户。Windows95与Windows3.X以及DOS相比较，有操作容易、支持抢先式多任务、运行稳定等优点。

3.2　数据库接口工具：Microsoft ODBC 2.0

　　Microsoft ODBC 2.0是一个由微软公司在90年代初提出的开放式数据库互连的标准，发展到现在在技术上已相当成熟，几乎所有主要的数据库开发商都提供了相应的ODBC驱动程序。ODBC的优点在于它使程序员无须关心他所要存取的数据源的类型、位置和格式等。他只需调用相同的API函数来和ODBC接口打交道即可，直接和某个特定的数据库交互则由ODBC来完成。这样，一方面使程序员的工作量大为减轻，另一方面使得程序更加灵活，因为当低层数据库发生变化(如数据库由DBASE变为ACCESS)时，庆用程序不须做较大的改动可适应新的数据源。

3.3　数据库开发软件：Microsoft Access97中文版

　　Microsoft Access97中文版是微软公司在1997年推出的最新的数据库开发及管理软件，它在小型的数据库应用中具有许多优点。它是一个台式的关系型数据库，但同时又可被应用到客户／服务器数据库前端机的开发应用中。它生成的数据库仅由一个文件组成，极易管理。而且，它的开发平台是基于Windows95的，能充分利用其稳定、多任务的优势，并给开发人员一个良好的开发界面，操作相当容易。它具有以下特点：

　　(1)Access支持多种数据形式，可以从FoxPro，Paradox 3.X，Lotus1-2-3.X，Dbase，Lotus1-2-3，Microsoft Excel和Betrieve中引入数据。

　　(2)提供一整套极富特色的集成窗口式菜单开发环境，所有对象的属性采用窗口式表达，大大减少了编程语言，使得建立、编辑和调试一个应用程序既轻松又快速。

　　(3)Access本身并不是一个面向对象的数据库系统(OODBMS)，但它是一个面向对象的开发环境。

　　(4)Access引入了SQL数据库标准查询语言，用户可能直接在程序中嵌入SQL语言，从而使Access成为比较完善的关系数据库系统。

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

　　(6)Access中的数据库安全控制机制也是传统的数据库无法比拟的。

3.4　编程语言：Microsoft Visual C++5.0

　　Microsoft Visual C++5.0是微软公司最新推出的应用程序开发工具。较之其他同类产品(如Borland C++5.0，Watcom C++等)，功能更加强大。它支持Windows平台上几乎所有技术标准的开发，其编译器支持增量编译，每次编译只将修改过的部分重编译一遍，而其他部分不动，大大加快了编译速度，缩短了开发时间。在Visual C++5.0中，Class Wizard的功能大为增强，可以为开发人员自动生成许多代码，使开发人员能够把精力集中于程序所要实现的特定功能上，不必为一些细节浪费时间。

4　结束语

　　由于110 kV电网本身所固有的一些特性，一直以来，计算机这一先进的工具没有在110 kV电网的整定计算领域得到有效的应用。本文根据近年来电网结构的变化以及计算机技术的发展，提出了110 kV电网计算机整定计算的一种新方案，该方案具有数学模型简单、人机界面友好、输入输出灵活的特点，具有较强的可操作性。在将来，根据计算机技术的发展，将引入更多的人工智能技术，使软件的自动化程度更加提高。

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