专家系统在继电保护整定计算中的应用
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专家系统在继电保护整定计算中的应用
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热电技术 2005年第4期(总第88期)
专家 系统在 继 电保护整定计算 中的应用
徐伟 中 ，赵 敏
(1．国电吉林热电厂，吉林 吉林 132027；2．大连海事大学，辽宁 大连 116000)
摘 要 根据发电厂的实际需要，将专家 系统应用于发电厂 的软件也广泛的应用于生产和设计部门中，并取得
继电保护整定计算程序中，研究了针对发电厂的继电保护整 了一定的效益。
定计算专家系统，该系统包括故障计算模块、整定计算模块、
知识库管理模块、定值浏览四个基本模块，较好地完成 了数
2 继电保护整定计算专家系统的开发
值计算与智能推理的有机结合，实现了电厂主设备保护整定
计算的全过程微机化、自动化，基本保证了整定结果的可靠
2．1 继电保护整定计算专家系统的总体方案
性 。
目前，发电厂继电保护整定计算大都由现场继
关键词 专家系统 继电保护 整定计算
电保护工作人员手工计算完成。由于发电厂元件设
1 概述 备繁多，且各个发电厂的网络构架，设备选择不尽相
同，所以要编制一套完整通用的整定计算程序，需要
专家系统在电力系统方面的应用是比较活跃的 考虑很多因素，整定配合工作也较为复杂。本系统
个领域，并且发挥出了巨大的经济效益和社会效 预定实现下述功能，总的整定计算分为：故障计算和
一
益…，如国外研制的电力调度中心故障恢复实时专 整定计算两大部分。
家系统，电网运行专家系统 。】，运行人员培训系统， 一 般来讲，整定计算的工作可以分为以下几个
发电厂异常诊断专家系统，我国也先后研制了日调 阶段发电厂各元件参数的收集；各种模拟故障的计
度计划安排专家系统，电网调度操作命令票专家系 算 ；比较各种故障情况下的短路电流，以求取整定计
统，电力系统故障诊断专家系统等，专家系统在发电 算所需要的最大、最小短路电流等数据；继电保护定
厂的应用主要包括：在线监测、设备诊断、运行指导 值的整定配合。故障计算主要完成以下功能：各支
等 引。 路短路序电流、相电流，各节点序电压、相电压的计
将专家系统应用到继电保护整定计算这一科研 算；以被保护元件为中心，求取该元件保护整定计算
领域目前正在兴起，国内外已经有了一些实践，如： 所需的最大短路电流和最小短路电流。
相间距离保护整定计算专家系统的开发及应用，低 整定计算主要完成以下功能：各元件主保护、后
压网电流保护整定计算专家系统的研制等。近几年 备保护的定值计算；各元件保护灵敏度的计算；保护
来，将专家系统应用到继电保护整定计算 中的研究 定值的比较配合。
工作一直在继续，而且获得了一些新的进展。文献 故障计算部分和整定计算部分处于同等的地
[5]应用面向对象的系统设计方法，基于其提出的智 位，相互独立，同时故障计算又为整定计算服务。
能代理者的整定计算方法，研制开发了 110—500kV 根据发电厂继电保护整定计算的基本特点，可
电网继电保护整定计算专家系统。文献[6]论证了 以将整定计算分为以下几部分：保护定值的初步整
在继电保护整定计算软件中应用专家系统的可行 定；定值的校验；保护定值的修正。
性，并通过对距离保护特性的分析和对专家系统技 在实际的工作中，现场的继电保护工作人员也
术的研究，提出了一种开发整定计算软件的新方法。 是基本上按这三个步骤进行整定计算的。此部分是
文献[7]应用专家系统理论及智能化程序设计方法。 本系统的主体之一。
结合常规的零序电流保护整定计算，研制了一套零 2．2 故障计算模块的开发
序电流保护整定计算专家系统。以上理论的提出和 故障计算部分的作用是为整定计算部分提供充
软件的开发主要是针对电网继电保护的整定计算， 分必要的数据准备，并且所有的数据将一次性全部
目前，此项工作已经取得了很大的进展。关于这方面 给出。这样便很好地完成了数值计算和专家系统的
．
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徐伟中等：专家系统在继电保护整定计算中的应用
结合。故障计算部分是整个整定计算工作的基础， b．完成对发电厂、变电站所装设备的整定计算，
而在电力系统计算中故障计算已经比较成熟，所以 各类设备如线路保护、变压器保护、母线保护、断路
本系统中的故障计算部分通过修改已有的成形的软 器失灵保护、短引线保护、高压电抗器保护、串联电
件，获得电厂用继电保护整定计算所需的基本数据。 容补偿装置保护、交流滤波器保护、直流滤波器保
这样做提高了本系统的适应性、灵活性，即当它同不 护、超高压直流输电保护等，各类保护如纵联保护、
同类型的整定计算软件相结合时，就能完成不同类 电流保护、距离保护、谐波电流保护、不平衡保护，线
型的保护的定值整定。在故障计算程序中作了如下 路保护如线路电流／电压保护、零序电流／方向电流保
处理：发电机支路用电流源和一个并联电抗来表示； 护、间距离保护、接地距离保护等。
变压器的励磁电流很小(仅为额定电流的5％左右)， C．计算结束后，系统根据计算结果数据库扫描
般可以忽略不计，这样，对于双绕组变压器可以用 需要更改定值的保护装置，并 自动生成定值通知单，
一
个漏抗支路表示，对于三绕组变压器(或 自耦变压 也可人工形成某保护的定值通知单。
一
器)可以用一个星形等值电路表示；在进行一般的短 d．定值通知单在格式上保持一致，内容上尽量
路电流计算时，用恒定阻抗表示各节点的负荷；短路 统一，具体内容包括修改定值的装置名称、所在区
计算一般按金属性短路考虑，不计过渡电阻；短路故 域、所属局厂、电压等级、所保护的电气元件、原定
障前各节点的电压标幺值为1；不考虑电阻及线路的 值、新定值、修改原因、修改时间等。
电容，这样输电线路即变成一个具有纯电抗的元件。 e．整定计算的实现采用面向计算任务的过程管
本模块能实现：各种简单故障计算，如单相短 理模式，每一次计算任务定义为一个计算过程，每一
路、两相短路、两相短路接地、三相短路、三相短路接 个过程完成一种类型保护的整定。典型过程为：设
地；与元件保护整定计算相关的故障计算；短路计算 定整定范围一设定系统运行方式一计算一计算过程
曲线计算；灵活的故障计算方式定义，能适应各种特 中的人工干预一定值调整一完成选定整定范围内各
殊故障计算和整定计算的需要，包括元件投切状态 保护的整定计算一形成整定方案一形成定值单。
变化、变压器接地方式变化、互感线路挂检、元件阻 f．整定过程的管理，可以针对同一电力系统对象
抗参数变化、变压器断臂运行等，能进行多运行方式 建立多个整定过程完成不同的整定任务。新建过程
和多故障状态下的批量故障计算；丰富的故障计算 可以从已有同类型保护整定过程继承，简化某些初
输出结果自定义功能，可根据实际需要定义输出量， 始参数(如整定系数、整定风格、预定义的特殊系统
输出结果简单明了；故障计算结果二次处理功能，根 方式等)的设置过程，并可以继承其它用户的人工调
据各元件的三序电量计算各种组合电量，包括相量 整操作(如人工选定的方式、故障等)。
计算、分支系数计算和感受阻抗计算等。 g．全面的图形和对话框人机交互模式，利用对
2．3 整定计算模块的开发 话框提供丰富的整定信息，利用图形提供直观的操
整定计算的核心任务是用计算机的自动整定代 作手段，两种模式相互补充。
替人的手工整定，避免人为造成的错误，达到快速、 h．丰富的人工干预手段，为在计算 的各个阶段
高效、准确的目的。本模块主要实现： 提供了干预手段，并能在人工设定计算条件的基础
a．图形化建模 ，可以通过选择已定义好的线路 上继续进行计算，包括更改配合状态、整定方式、整
和各种电气设备的模块，方便地绘制各种电气元件， 定故障、整定参数以及强制给定定值等。
包括断路器、刀闸、线路、发电机、二卷变、三卷变、自 i．全面准确的运行方式组合，它是整定计算的基
耦变压器、电抗器、分裂电抗器、电容器、母线、外部 础 ，能大大提高整定计算的自动化程度。
等效系统以及接地标志、连线等。按提示菜单，方便 i．断点快速自动求取和调整。
地输入各种参数，出错时，软件设置的模糊识别功能 2．4 知识库管理
立即发出告警信息。在绘制图形时，可以任意缩放、 一 个专家系统性能的优劣取决于该系统具有知
旋转、自动捕捉、块复制等功能，有效防止连接不良， 识的多少和它的好坏。在专家系统的范畴内，所谓
提高建模速度。同时，元件的所有信息，如参数、定 “知识表示”包括两方面的问题，一是用什么方法来
值、保护型号等，可以直接从电网图上获取，各种数 组织知识、表示知识的问题；二是如何利用表示成一
据可以实现自动升级。 定形式的知识进行推理的问题。
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迄今为止，在专家系统中最常见的知识表示法 化了推理机对整定规则的搜索空间，提高了推理速
有框架表示法、规则表示法。在近几年的专家系统 度。面向对象技术在本系统中的应用有效解决了传
的研究中，人们开始认识到面向对象的知识表示法 统专家系统中缺乏对信息的封装，缺乏信息的结构
的优势，并将其应用到实际的系统当中。 化表示和可重用性，缺乏对深层知识的表示能力等
热电技术 2005年第4期(总第88期)
专家 系统在 继 电保护整定计算 中的应用
徐伟 中 ，赵 敏
(1．国电吉林热电厂，吉林 吉林 132027；2．大连海事大学，辽宁 大连 116000)
摘 要 根据发电厂的实际需要，将专家 系统应用于发电厂 的软件也广泛的应用于生产和设计部门中，并取得
继电保护整定计算程序中，研究了针对发电厂的继电保护整 了一定的效益。
定计算专家系统，该系统包括故障计算模块、整定计算模块、
知识库管理模块、定值浏览四个基本模块，较好地完成 了数
2 继电保护整定计算专家系统的开发
值计算与智能推理的有机结合，实现了电厂主设备保护整定
计算的全过程微机化、自动化，基本保证了整定结果的可靠
2．1 继电保护整定计算专家系统的总体方案
性 。
目前，发电厂继电保护整定计算大都由现场继
关键词 专家系统 继电保护 整定计算
电保护工作人员手工计算完成。由于发电厂元件设
1 概述 备繁多，且各个发电厂的网络构架，设备选择不尽相
同，所以要编制一套完整通用的整定计算程序，需要
专家系统在电力系统方面的应用是比较活跃的 考虑很多因素，整定配合工作也较为复杂。本系统
个领域，并且发挥出了巨大的经济效益和社会效 预定实现下述功能，总的整定计算分为：故障计算和
一
益…，如国外研制的电力调度中心故障恢复实时专 整定计算两大部分。
家系统，电网运行专家系统 。】，运行人员培训系统， 一 般来讲，整定计算的工作可以分为以下几个
发电厂异常诊断专家系统，我国也先后研制了日调 阶段发电厂各元件参数的收集；各种模拟故障的计
度计划安排专家系统，电网调度操作命令票专家系 算 ；比较各种故障情况下的短路电流，以求取整定计
统，电力系统故障诊断专家系统等，专家系统在发电 算所需要的最大、最小短路电流等数据；继电保护定
厂的应用主要包括：在线监测、设备诊断、运行指导 值的整定配合。故障计算主要完成以下功能：各支
等 引。 路短路序电流、相电流，各节点序电压、相电压的计
将专家系统应用到继电保护整定计算这一科研 算；以被保护元件为中心，求取该元件保护整定计算
领域目前正在兴起，国内外已经有了一些实践，如： 所需的最大短路电流和最小短路电流。
相间距离保护整定计算专家系统的开发及应用，低 整定计算主要完成以下功能：各元件主保护、后
压网电流保护整定计算专家系统的研制等。近几年 备保护的定值计算；各元件保护灵敏度的计算；保护
来，将专家系统应用到继电保护整定计算 中的研究 定值的比较配合。
工作一直在继续，而且获得了一些新的进展。文献 故障计算部分和整定计算部分处于同等的地
[5]应用面向对象的系统设计方法，基于其提出的智 位，相互独立，同时故障计算又为整定计算服务。
能代理者的整定计算方法，研制开发了 110—500kV 根据发电厂继电保护整定计算的基本特点，可
电网继电保护整定计算专家系统。文献[6]论证了 以将整定计算分为以下几部分：保护定值的初步整
在继电保护整定计算软件中应用专家系统的可行 定；定值的校验；保护定值的修正。
性，并通过对距离保护特性的分析和对专家系统技 在实际的工作中，现场的继电保护工作人员也
术的研究，提出了一种开发整定计算软件的新方法。 是基本上按这三个步骤进行整定计算的。此部分是
文献[7]应用专家系统理论及智能化程序设计方法。 本系统的主体之一。
结合常规的零序电流保护整定计算，研制了一套零 2．2 故障计算模块的开发
序电流保护整定计算专家系统。以上理论的提出和 故障计算部分的作用是为整定计算部分提供充
软件的开发主要是针对电网继电保护的整定计算， 分必要的数据准备，并且所有的数据将一次性全部
目前，此项工作已经取得了很大的进展。关于这方面 给出。这样便很好地完成了数值计算和专家系统的
．
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徐伟中等：专家系统在继电保护整定计算中的应用
结合。故障计算部分是整个整定计算工作的基础， b．完成对发电厂、变电站所装设备的整定计算，
而在电力系统计算中故障计算已经比较成熟，所以 各类设备如线路保护、变压器保护、母线保护、断路
本系统中的故障计算部分通过修改已有的成形的软 器失灵保护、短引线保护、高压电抗器保护、串联电
件，获得电厂用继电保护整定计算所需的基本数据。 容补偿装置保护、交流滤波器保护、直流滤波器保
这样做提高了本系统的适应性、灵活性，即当它同不 护、超高压直流输电保护等，各类保护如纵联保护、
同类型的整定计算软件相结合时，就能完成不同类 电流保护、距离保护、谐波电流保护、不平衡保护，线
型的保护的定值整定。在故障计算程序中作了如下 路保护如线路电流／电压保护、零序电流／方向电流保
处理：发电机支路用电流源和一个并联电抗来表示； 护、间距离保护、接地距离保护等。
变压器的励磁电流很小(仅为额定电流的5％左右)， C．计算结束后，系统根据计算结果数据库扫描
般可以忽略不计，这样，对于双绕组变压器可以用 需要更改定值的保护装置，并 自动生成定值通知单，
一
个漏抗支路表示，对于三绕组变压器(或 自耦变压 也可人工形成某保护的定值通知单。
一
器)可以用一个星形等值电路表示；在进行一般的短 d．定值通知单在格式上保持一致，内容上尽量
路电流计算时，用恒定阻抗表示各节点的负荷；短路 统一，具体内容包括修改定值的装置名称、所在区
计算一般按金属性短路考虑，不计过渡电阻；短路故 域、所属局厂、电压等级、所保护的电气元件、原定
障前各节点的电压标幺值为1；不考虑电阻及线路的 值、新定值、修改原因、修改时间等。
电容，这样输电线路即变成一个具有纯电抗的元件。 e．整定计算的实现采用面向计算任务的过程管
本模块能实现：各种简单故障计算，如单相短 理模式，每一次计算任务定义为一个计算过程，每一
路、两相短路、两相短路接地、三相短路、三相短路接 个过程完成一种类型保护的整定。典型过程为：设
地；与元件保护整定计算相关的故障计算；短路计算 定整定范围一设定系统运行方式一计算一计算过程
曲线计算；灵活的故障计算方式定义，能适应各种特 中的人工干预一定值调整一完成选定整定范围内各
殊故障计算和整定计算的需要，包括元件投切状态 保护的整定计算一形成整定方案一形成定值单。
变化、变压器接地方式变化、互感线路挂检、元件阻 f．整定过程的管理，可以针对同一电力系统对象
抗参数变化、变压器断臂运行等，能进行多运行方式 建立多个整定过程完成不同的整定任务。新建过程
和多故障状态下的批量故障计算；丰富的故障计算 可以从已有同类型保护整定过程继承，简化某些初
输出结果自定义功能，可根据实际需要定义输出量， 始参数(如整定系数、整定风格、预定义的特殊系统
输出结果简单明了；故障计算结果二次处理功能，根 方式等)的设置过程，并可以继承其它用户的人工调
据各元件的三序电量计算各种组合电量，包括相量 整操作(如人工选定的方式、故障等)。
计算、分支系数计算和感受阻抗计算等。 g．全面的图形和对话框人机交互模式，利用对
2．3 整定计算模块的开发 话框提供丰富的整定信息，利用图形提供直观的操
整定计算的核心任务是用计算机的自动整定代 作手段，两种模式相互补充。
替人的手工整定，避免人为造成的错误，达到快速、 h．丰富的人工干预手段，为在计算 的各个阶段
高效、准确的目的。本模块主要实现： 提供了干预手段，并能在人工设定计算条件的基础
a．图形化建模 ，可以通过选择已定义好的线路 上继续进行计算，包括更改配合状态、整定方式、整
和各种电气设备的模块，方便地绘制各种电气元件， 定故障、整定参数以及强制给定定值等。
包括断路器、刀闸、线路、发电机、二卷变、三卷变、自 i．全面准确的运行方式组合，它是整定计算的基
耦变压器、电抗器、分裂电抗器、电容器、母线、外部 础 ，能大大提高整定计算的自动化程度。
等效系统以及接地标志、连线等。按提示菜单，方便 i．断点快速自动求取和调整。
地输入各种参数，出错时，软件设置的模糊识别功能 2．4 知识库管理
立即发出告警信息。在绘制图形时，可以任意缩放、 一 个专家系统性能的优劣取决于该系统具有知
旋转、自动捕捉、块复制等功能，有效防止连接不良， 识的多少和它的好坏。在专家系统的范畴内，所谓
提高建模速度。同时，元件的所有信息，如参数、定 “知识表示”包括两方面的问题，一是用什么方法来
值、保护型号等，可以直接从电网图上获取，各种数 组织知识、表示知识的问题；二是如何利用表示成一
据可以实现自动升级。 定形式的知识进行推理的问题。
一 37 —维普资讯 http://www.cqvip.com
热电技术 2005年第4期(总第88期)
迄今为止，在专家系统中最常见的知识表示法 化了推理机对整定规则的搜索空间，提高了推理速
有框架表示法、规则表示法。在近几年的专家系统 度。面向对象技术在本系统中的应用有效解决了传
的研究中，人们开始认识到面向对象的知识表示法 统专家系统中缺乏对信息的封装，缺乏信息的结构
的优势，并将其应用到实际的系统当中。 化表示和可重用性，缺乏对深层知识的表示能力等
