电力技术论文：智能电网继电保护定值在线比对和固化系统

　　电力技术论文：智能电网继电保护定值在线比对和固化系统

　　0 引 言

　　随着网络通信技术和信息处理技术的发展，传统变电站逐渐被能实时监控各个用户端和供电节点的自动化网络——智能电网取代[1]。智能电网使用光纤网络将各种电气设备连接起来，负责将各设备中的传感器所采集的数据发送给信息处理终端，从整体上优化电网系统的运行，提升电网的可靠性和运行效率[1-2]。然而由于智能电网的集成度很高，各区域电网间的耦合程度和依赖性也越来越高，为了保证智能电网的安全稳定运行，需要使用继电保护装置实时监控电网种设备的运行状态[3]。

　　继电保护装置内部设定的各项保护定值是继电保护正确动作的依据[4]，是决定保护是否能准确可靠反映电网各类故障的重要参数，定值的适应性与正确性决定着电网的安全运行和继电保护的正确的动作，这些定值随着保护装置的投入运行而固定[5-7]。但是它也不是一成不变，随着整个系统的变化、运行方式的调整，保护定值也需要做一定的调整才能适应当前的运行方式[8-10]。在设备运行和新设备投入使用前都需要对继电保护装置定值进行重新比对和固化。

　　目前定值比对主要是使用纸张、电话、传真和邮件等方式通过手工完成[11]。继电保护设备日益增多，型号版本繁多，逻辑、格式多样，因此在短时间内无法完成对所有装置的定值比对[12]。同时，传统的定值比对方式需要消耗大量的人力和物力[13]，且极受人为的因素影响而导致无法查出所有存在的问题[14-16]。继电保护设备本身也比较容易出现定值漂移的问题，及时有效地查出这些问题，不仅能解除电网的安全隐患，而且能防止保护勿动的情况[17]。近年来，智能电网的技术优化实现了多平台信息融合和数据集成，可以方便的获取电网的保护定值及其运行方式，为继电保护装置的定值整定提供了技术支持。

　　基于以上分析，本文提出和设计了基于多源数据的定值在线比对方法和基于专家系统的定值固化系统以保障智能电网的安全稳定运行。该系统考虑不同设备间的兼容性，使用统一的定值模板方便获取设备的定值数据，然后使用模糊匹配的方法进行首部匹配、包含匹配、关键词匹配和尾部匹配获取设备的定值数据，最后将设备实时运行时的定值数据与标准定值进行比较，若不同则发送故障警告。而基于专家系统[18-20]的定值固化，根据专家经验及正向和逆向推理相结合的方法确定设备的固化方式。

　　1 多源数据定值比对方法

　　智能电网中设备种类多样，设备间的协议和定值格式不同，定值数据无法复用和共享，对不同的设备需要构建不同的定值比对方法，无法统一比对。因此，本文提出了基于多源数据的定值比对方法。该方法首先构建统一的定值模板，方便管理员创建完善的定值数据；然后使用基于模式识别的算法，模糊匹配定值数据；最后依据定值比对流程和识别出的定值数据自动比对。

　　1.1 定值模板设计

　　定值模板功能模块是管理软件中较重要的一个模块，通过此模块，管理员可以预先创建定值较为完善的定值模板，后继用户在创建定值时，只需要通过对符合要求的模板进行选择便可以完成定值单的快速创建。创建定值模板时，为避免用户人为输入带来的不便，同时兼顾到各厂家保护装置定值设置的异同，此模块在设计过程中应考虑到对预定义定值的管理。定值模块功能模块流程如下图1所示，其中定值项包括编辑的组号，条目号，名称，符号，值，单位，范围，主站组号，主站条目号等。

　　图1定值模板功能流程图

　　1.2 模糊匹配定值数据

　　本文使用模糊匹配的方法实现定值数据的在线匹配定值，具体包括首部匹配、包含匹配、关键词匹配和尾部匹配等。该方法成功实现了定值数据的识别，对不同数据源也能有效比对，下面具体介绍各匹配策略：

　　首部匹配：当定值单的首部包含某个关键词时，使用首部匹配规则可以识别该定值项，该匹配规则类似于string的startWith（）方法；

　　包含匹配：当定值单中包含某个关键词时，使用包含匹配规则可以识别该定值项，该匹配规则类似于string的contains（）方法；

　　关键词匹配包括单关键词匹配和多关键词匹配，单关键词用于匹配定值单中可能出现的所有单关键词的可能，多关键词匹配用于组合单关键词，以匹配满足某种关系的关键词顺序。

　　尾部匹配：当定值单的尾部包含某个关键词时，使用尾部匹配规则可以识别该定值项，该匹配规则类似于string的endWith（）方法；

　　1.3 定值自动比对

　　针对传统定值比对过程中大量依靠人力，容易出现疏漏的问题，本文提出了在线自动定值比对方法。该方法使用自动定值比对校验策略，自动地将各继电保护设备的定值数据与历史数据进行比对校核，以发现继电保护设备中的异常状况，保证智能电网的安全运行。

　　本文提出的定值自动比对方法流程如图2所示，详细步骤如下：

　　管理人员核准定值单文件，确认无误后将该定值单以文件的形式保存为标准定值单，并在定值管理数据库中备份；

　　设定调取周期，以定期访问继电保护设备的实时运行整定值，或者由管理员调取该设备及其周边设备的定值数据，并使用标准定值单模板保存定值；

　　系统使用模糊匹配方法自动比对定值数据，如设备运行数据与标准定值数据不匹配，则发送警告，并将设备运行数据保存到历史数据库；

　　如果设备运行定值与标准定值一致，则不发送警告；

　　系统定期比对设备运行数据，并将比对结果统计整理成报表。

　　图2 自动定值比对流程

　　2 基于专家系统的定值固化设计

　　当电网设备发生故障时，只能通过引出该设备的输出对其进行故障分析，因此需要使用定值固化技术为智能电网各设备提供合适的整定工具和配置方法。本文将每一种保护定值的唯一或多关键值保存到该设备的定值向量中，称为定值集合，如下式（1）所示：

　　（1）

　　式（1）中将各定值固化方法表示为Rvi。为了更加合理和智能的建立继电保护设备的定值，本文使用面向对象的知识表示法构建定值固化知识库，并结合继电设备定值固化的特点，采用正向和逆向推理相结合的方法作为本文定值固化的方法。本文使用式（2）所示的数学模型表示专家系统的定值函数。

　　（2）

　　式（2）中k表示专家根据经验总结的可靠系数和分支系数等定值固化过程中需要用到的系数；c为恒定值，表示设备的固有属性参数；x为判定定值固化方式是否改变的自变量。通过调整这三个自变量，可以得到适应系统当前运行环境的定值固化结果。

　　基于专家系统的定值固化方式包括知识库的构建和知识推理两个模块。知识库的构建主要是构建适用于智能电网继电保护的控制性知识，包括知识的表示、知识的分类、知识库的设计和知识库的维护。专家系统的知识推理模块根据处理结果的快慢和处理的好坏制定相应的定值固化方法，该过程包括推理方向和冲突消解策略的制定论文发表。

　　2.1 构建知识库

　　本文将面向对象的方法应用到专家系统中，构建一个自上而下的包括类、子类和对象的层次结构。首先归纳定值固化过程中的规律和方法，将知识进行分类，并使用面向对象的方法为每一种定值固化方法制定知识组成结构，使用文件或知识库的方式将其保存起来，通过消息来关联各个类。

　　定值固化的方式包含专用知识和通用知识。专用知识只能应用到电网中的某一个设备，具有很大的局限性；而通用知识具有很强的通用性，使用范围很广。因此，本文根据智能电网设备的类别，将继电保护导则和电网专家知识进行纵向分类构建通用知识库，如图3所示。该方法将通用知识分为一次设备知识、互感器知识和二次设备知识，且适用于几乎所有电网设备。

　　图3 知识分类结构图

　　本文所使用的知识库的设计结构如图4所示，该方法将知识和推理机独立开来，当需要添加新的知识时，只需要更新知识库，而不需要修改相关程序。继电保护知识在数据库中的存储格式如表1所示。该存储方式便于在修改或录入专家系统知识时，存在不完整、多余或出现矛盾等错误时对专家知识进行维护。同时，维护专家知识库的关键是在系统投入使用后，能避免对知识库的增删和修改出现缺陷。本文在该知识维护系统的基础上，设置了自动检验，当专家知识库发生变动时，系统能立即对修改的知识进行分析，并检验其格式是否符合要求。

　　图4 知识库设计框架

　　表1 继电保护知识在数据库中的存储格式

　　2.2 知识推理

　　专家系统知识推理的好坏和处理速度与专家系统所采用的解决方法和策略有关，即控制策略。本文从推理方向、搜索策略和冲突消解策略三方面构建知识推理机制。

　　推理方向包括正向推理、逆向推理以及混合双向推理。虽然正向推理和逆向推理都能快速的求出推理结果，但是这两种方法存在先后的问题。因此本文使用混合推理的方式进行双向推理。其流程图如图5所示，从中可以看出该过程使用先逆向后正向的推理方式，使用逆向推理所生成的结果初始化正向推理过程，并从正向推理中获取推理结果。

　　图5 知识推理方向流程

　　本文使用启发式的搜索策略进行决策搜索，系统首先接收筛选后的信息，并将其与评判机制进行匹配，总结得到相符知识和信息，然后使用深度优先搜索的策略匹配各项策略，并得出结论。

　　本文提供了冲突消解策略以防匹配过程出现冲突，针对不同的冲突类型如搜索失败、搜索过程中出现一对多或多对多的问题等。本文使用设备类型、保护名称、保护装置型号和类型等信息作为约束以消解冲突。系统使用每一种约束条件与接收到的信息进行匹配，只有获得唯一的匹配结果时才能跳到下一环节。

　　3 系统实现与仿真

　　基于以上分析和设计，本部分使用Web和java等构件了智能电网继电保护装置定值在线比对和固化系统。该系统包括登录页面、定值模板管理、定值信息查看和局站管理等页面。

　　系统主界面如图6所示，包括导航菜单栏和信息内容显示区。

　　图6 系统主界面

　　定值模板管理界面如图7所示，在树形菜单栏中选择所要查看的保护类型、生产厂家和装置型号等。模板定值组显示了该保护装置的每组保护定值的组名、定值区数和具体定值项。

　　图7 定值模板管理界面

　　在导航栏选中定值单管理，树形菜单栏将显示台帐信息，在树形菜单栏选中某间隔下的保护装置可以查看定值详情，效果如图8所示。在历史定值页面中选择两个定值记录进行比对，不同的定值项值会红色高亮显示，并可以设置仅显示不一致和导出比对结果。同时，从图8中也可以看出该系统能很好地比对出具有差异的定值。

　　图8 定值详情和定值比对界面

　　4 结语

　　传统的定值比对方式效率低，且定值固化存在电网风险、作业风险。本文提出和设计了基于多源数据的定值在线比对方法和基于专家系统的定值固化系统以保障智能电网的安全稳定运行。该系统考虑不同设备间的兼容性，使用统一的定值模板方便获取设备的定值数据，然后使用模糊匹配的方法进行首部匹配、包含匹配、关键词匹配和尾部匹配获取设备的定值数据，最后将设备实时运行时的定值数据与标准定值进行比较，若不同则发送故障警告。而基于专家系统的定值固化，根据专家经验及正向和逆向推理相结合的方法确定设备的固化方式。系统实现和仿真结果表明，该系统能有效保护电网设备的运行，为继电保护和自动化管理提供了可行的方法。