110kV電網(wǎng)計算機整定計算新方案―準專家系統(tǒng)模式

110kV電網(wǎng)繼電保護整定計算是一項十分復雜的技術(shù)工作。它要求按照一定的整定計算原則，以電網(wǎng)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(shù)人員追求的目標。計算機技術(shù)的迅速發(fā)展使實現(xiàn)這個目標有了技術(shù)支持。

從70年代后期，計算機整定計算的開發(fā)工作就開始了。由于短路電流計算的理論基礎雄厚，數(shù)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(wǎng)絡節(jié)點法的基本模式，開發(fā)了一些整定計算軟件，這些軟件在一部分220kV電網(wǎng)中的應用有了一些成功的經(jīng)驗，而對于110kV電網(wǎng)，到目前為止，還沒有比較成熟的軟件。這主要是由于220kV及以上電壓等級的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)范，相應的繼電保護整定計算能夠用規(guī)范的數(shù)學方法描述；而110kV電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不規(guī)范，如有短線群、T接線、小電源等，這樣在110kV電網(wǎng)的整定計算中既有用數(shù)學方法描述的確定性問題，也有大量需要用人的經(jīng)驗才能處理的問題。要解決這些問題，就要用到專家系統(tǒng)的一些基本方法，建立可修改的規(guī)則庫，整定人根據(jù)整定時的具體情況使用這些規(guī)則，建立一定的邏輯關(guān)系，邏輯關(guān)系一旦建立，無論系統(tǒng)的其他參數(shù)如何變化，整定計算都可能自動完成。由于其邏輯關(guān)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(tǒng)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(fā)的時候，我國的大多數(shù)110kV電網(wǎng)還是環(huán)網(wǎng)運行，這些軟件充分考慮了220kV電網(wǎng)同110kV環(huán)網(wǎng)之間電磁環(huán)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110kV電網(wǎng)保護的整定不規(guī)范、失配點多、非常規(guī)整定多的問題沒有重視，大大降低了計算出的結(jié)果的實用價值。另外受軟件開發(fā)平臺的限制，開發(fā)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(tǒng)模式的計算機整定計算能夠解決以往的軟件應用到110kV電網(wǎng)時所遇到的問題，其主要依據(jù)有兩點：110kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化和計算機技術(shù)的發(fā)展。

1.1、110kV電網(wǎng)形成單電源的輻射結(jié)構(gòu)，簡化了整定計算

隨著220kV的主輸電網(wǎng)絡的形成，原來的110kV環(huán)網(wǎng)得以解環(huán)運行，從而形成了以220kV變電站為中心電源的輻射型結(jié)構(gòu)的分區(qū)網(wǎng)絡，使得110kV的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)大大地簡化。由于不再考慮電磁環(huán)，也使得110kV電網(wǎng)的整定計算軟件的開發(fā)思路發(fā)生了重大改變。解環(huán)運行之后，分區(qū)網(wǎng)絡的規(guī)模較以前減少了許多，各電力元件之間的保護配合關(guān)系變得非常簡單，如果仍沿用節(jié)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(guān)系歸納為相應的用計算公式表示的規(guī)則（由于不存在電磁環(huán)，這些規(guī)則的數(shù)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(guī)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(shù)的發(fā)展為新模式提供強大的技術(shù)支持

最早進行整定計算軟件的開發(fā)大約是在七八十年代，現(xiàn)在計算機軟硬件的技術(shù)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(shù)據(jù)的存儲容量，其次才是用戶界面，而以目前的計算機技術(shù)水平，對于編制這種規(guī)模的軟件，其運算速度及數(shù)據(jù)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(tǒng)模式完全在系統(tǒng)一次圖形界面上完成參數(shù)數(shù)據(jù)的輸入、計算過程的控制、計算結(jié)果的輸出，大大降低了使用者掌握軟件的難度，不經(jīng)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(wǎng)拓撲繪圖模塊、參數(shù)數(shù)據(jù)輸入模塊、短路電流計算模塊、整定計算規(guī)則模塊、整定計算模塊、ODBC接口模塊。

由圖1可以看出，整定計算的全過程都是在系統(tǒng)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(wǎng)拓撲繪圖模塊下，一次圖一旦繪好，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的拓撲結(jié)構(gòu)就建成，結(jié)構(gòu)中各單元同系統(tǒng)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(shù)數(shù)據(jù)庫、短路電流數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫都是整定計算的數(shù)據(jù)源，其中參數(shù)數(shù)據(jù)庫、短路電流數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)一次結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，當系統(tǒng)一次結(jié)構(gòu)變化后，這兩個數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容相應修改。整定規(guī)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(wǎng)拓撲繪圖模塊

電網(wǎng)拓撲繪圖模塊是一個面向?qū)ο蟮碾娋W(wǎng)繪圖工具，能夠支持全屏幕動態(tài)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(tǒng)一次網(wǎng)絡圖的繪制，各圖元通過定義形成網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，性能優(yōu)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(shù)據(jù)庫和保護整定計算模塊。因此，該模塊實際上充當了本系統(tǒng)的用戶交互界面，用戶在圖上即可進行數(shù)據(jù)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(shù)數(shù)據(jù)輸入模塊

在系統(tǒng)一次圖上，在定義好的圖元上輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算機處理后形成參數(shù)數(shù)據(jù)庫，并同網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)一一對應。參數(shù)數(shù)據(jù)能夠在系統(tǒng)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(wǎng)絡拓撲結(jié)果及參數(shù)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫，并能夠以一定格式輸出打印。

2.2.4、整定計算規(guī)則模塊

以單電源輻射型網(wǎng)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(jié)、歸納，形成標準化、公式化的規(guī)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(guān)系數(shù)要求，例如靈敏系數(shù)、可靠系數(shù)、配合系數(shù)、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(shù)，計算機完成后面的工作；