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110 kV電網(wǎng)計算機整定計算新方案—準專家系統(tǒng)模式
摘 要 根據(jù)110 kV電網(wǎng)的變化以及計算機技術(shù)的發(fā)展，提出了110 kV電網(wǎng)計算機整定計算的新方案——準專家系統(tǒng)模式，介紹了該方案總體設(shè)計、實施條件及各模塊的功能，并指出簡單的數(shù)學(xué)模型、友好的用戶界面、靈活的輸入輸出是110 kV電網(wǎng)計算機整定計算軟件的開發(fā)方向。110 kV電網(wǎng)繼電保護整定計算是一項十分復(fù)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(chǔ)，進行大量反復(fù)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(xué)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(chǔ)雄厚，數(shù)學(xué)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(chǔ)上，沿用網(wǎng)絡(luò)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220 kV電網(wǎng)中的應(yīng)用有了一些成功的經(jīng)驗，而對于110 kV電網(wǎng)，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(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)范，相應(yīng)的繼電保護整定計算能夠用規(guī)范的數(shù)學(xué)方法描述；而110 kV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110 kV電網(wǎng)的整定計算中既有用數(shù)學(xué)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(yù)，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)110 kV電網(wǎng)還是環(huán)網(wǎng)運行，這些軟件充分考慮了220 kV電網(wǎng)同110 kV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(fù)雜程度，降低了其靈活性。這些軟件對于110 kV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(yù)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(yīng)用到110 kV電網(wǎng)時所遇到的問題，其主要依據(jù)有兩點：110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化和計算機技術(shù)的發(fā)展。
1.1 110 kV電網(wǎng)形成單電源的輻射結(jié)構(gòu)，簡化了整定計算
隨著220 kV的主輸電網(wǎng)絡(luò)的形成，原來的110 kV環(huán)網(wǎng)得以解環(huán)運行，從而形成了以220 kV變電站為中心電源的輻射型結(jié)構(gòu)的分區(qū)網(wǎng)絡(luò)，使得110 kV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110 kV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(luò)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(fù)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(yīng)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(fù)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(dāng)時相比不可同日而語。當(dāng)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(yīng)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(xùn)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(shè)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�？傮w設(shè)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(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(luò)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(yīng)，這種對應(yīng)是由軟件完成，毋需人工干預(yù)；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(dāng)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(yīng)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(luò)圖的繪制，各圖元通過定義形成網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(luò)拓撲結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)。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(luò)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(luò)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(shè)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(shè)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(yù)；
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；
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(jié)果均在屏幕顯示。
保護整定均在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)界面上進行，根據(jù)用戶在系統(tǒng)一次圖上選定的電力元件，直接啟
動相應(yīng)保護的整定計算模塊，通過調(diào)用參數(shù)數(shù)據(jù)庫、短路電流數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫的內(nèi)容進行計算，計算過程可人工干預(yù)。
所有的計算結(jié)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(shù)據(jù)庫互聯(lián))將參數(shù)數(shù)據(jù)、短路電流數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)合起來，完成相應(yīng)的計算。
2.3 方案的特點
該方案具有以下特點：
1)數(shù)學(xué)模型簡單
由于以單電源輻射型網(wǎng)絡(luò)作為整定計算的對象，大大簡化了整定計算的數(shù)學(xué)模型，從而使整定計算的復(fù)雜程度大大降低。
2)人機界面友好
數(shù)學(xué)模型簡單使開發(fā)者在開發(fā)平臺的選擇上有很大的余地，不用對平臺的數(shù)學(xué)計算能力有太高要求，因此可以充分利用近年來推出的優(yōu)秀商業(yè)軟件，從用戶角度開發(fā)出具有直觀、簡單、靈活的人機界面的軟件。
3)輸入輸出設(shè)計靈活
參數(shù)的輸入完全在系統(tǒng)一次圖形界面上完成，徹底擯棄了過去需要用戶做節(jié)點編號、做數(shù)據(jù)文件的方法，大大降低了工作量。計算結(jié)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(jiān)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(jié)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(fā)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(tǒng)，它是專門為中國大陸的用戶而設(shè)計的，因此它具有內(nèi)置的雙字節(jié)漢字內(nèi)核，無需再外掛中文平臺即可顯示漢字，極大地方便了國內(nèi)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(wù)、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。
3.2 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫互連的標準，發(fā)展到現(xiàn)在在技術(shù)上已相當(dāng)成熟，幾乎所有主要的數(shù)據(jù)庫開發(fā)商都提供了相應(yīng)的ODBC驅(qū)動程序。ODBC的優(yōu)點在于它使程序員無須關(guān)心他所要存取的數(shù)據(jù)源的類型、位置和格式等。他只需調(diào)用相同的API函數(shù)來和ODBC接口打交道即可，直接和某個特定的數(shù)據(jù)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(dāng)?shù)蛯訑?shù)據(jù)庫發(fā)生變化(如數(shù)據(jù)庫由DBASE變?yōu)锳CCESS)時，慶用程序不須做較大的改動可適應(yīng)新的數(shù)據(jù)源。
3.3 數(shù)據(jù)庫開發(fā)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(shù)據(jù)庫開發(fā)及管理軟件，它在小型的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中具有許多優(yōu)點。它是一個臺式的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，但同時又可被應(yīng)用到客戶／服務(wù)器數(shù)據(jù)庫前端機的開發(fā)應(yīng)用中。它生成的數(shù)據(jù)庫僅由一個文件組成，極易管理。而且，它的開發(fā)平臺是基于Windows95的，能充分利用其穩(wěn)定、多任務(wù)的優(yōu)勢，并給開發(fā)人員一個良好的開發(fā)界面，操作相當(dāng)容易。它具有以下特點：
(1)Access支持多種數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
(2)提供一整套極富特色的集成窗口式菜單開發(fā)環(huán)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(diào)試一個應(yīng)用程序既輕松又快速。
(3)Access本身并不是一個面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)(OODBMS)，但它是一個面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境。
(4)Access引入了SQL數(shù)據(jù)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(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
(5)在Access中，可使用Windows API函數(shù)，支持OLE和DDE。
(6)Access中的數(shù)據(jù)庫安全控制機制也是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(yīng)用程序開發(fā)工具。較之其他同類產(chǎn)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(shù)標準的開發(fā)，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(fā)時間。在Visual C++5.0中，Class Wizard的功能大為增強，可以為開發(fā)人員自動生成許多代碼，使開發(fā)人員能夠把精力集中于程序所要實現(xiàn)的特定功能上，不必為一些細節(jié)浪費時間。
4 結(jié)束語
由于110 kV電網(wǎng)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(wǎng)的整定計算領(lǐng)域得到有效的應(yīng)用。本文根據(jù)近年來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化以及計算機技術(shù)的發(fā)展，提出了110 kV電網(wǎng)計算機整定計算的一種新方案，該方案具有數(shù)學(xué)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(jù)計算機技術(shù)的發(fā)展，將引入更多的人工智能技術(shù)，使軟件的自動化程度更加提高。
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