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
《110 kV电网计算机整定计算新方案—准专家系统模式》
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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
《110 kV电网计算机整定计算新方案—准专家系统模式》
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