（电力系统及其自动化专业论文）继电保护定值整定计算和管理中的自适应技术.pdf

障计算问题解决了计算电网中各种故障( 包括短路、断线) 的计算问题；复杂 环网的保护配合问题解决了大规模复杂环网断点的求取以及主1 后备保护整定 配合的问题。通过这个三个方面的研究，就可以实现建立在节点基础上的自适 应继电保护定值计算问题。 根据我们所建立的整个系统的框架和所面对的对象，结合我们已经解决的 几个实现自适应保护计算的问题，我们用程序框图描述了整个系统的实现过程 以及各个功能模块实现的流程。以此来说明我们所建立的这套理论可以很方便 的利用计算机技术实现，具有很强的实际操作可行性。 最后，我们结合我们利用本文所介绍的理论实现的一个具体电力系统的定 值整定计算和管理的实际例子，验证了利用自适应技术建立的继电保护定值计 算和管理在实际电力生产和运行中的有效性和实用性。 关键词：自适应技术、定值计算和管理、复故障、复杂环网、主后备保护 配合整定 a d a p t i v et e c h n o l o g y i nc a l c u l a t i o na n d m a n a g e m e n t o f r e l a y p r o t e c t i v es e t t i n g s m a j o r ：e l e c t r i cp o w e rs y s t e m a n di t sa u t o m a t i o n p o s t g r a d u a t e ：d uj i a n g a n ga d v i s o t ：z h o ub u x i a n g t h ef a s td e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r i cp o w e ri n d u s t r ym a k e st h es c a l eo f p o w e r n e t w o r k l a r g e ra n dl a r g e r , a n d i t sn e t w o r km o r e c o m p l e x ，n 皓r e s u l to f t h i s i st h a tt h e p o w e r n e t w o r kb e c o m e sac o m p l e x m u l t i l o o pn e t w o r k i na d d i t i o nt ot h ev a r i e t yo f o p e r a t i o na n d t h ei n t e r l e a v i n go f v o l t a g eg r a d e s ，s u c ht h e s es i t u a t i o n sb 矗n gf o r w a r d m u c hd i f f i c u l t yt ot h ec a l c u l a t i o na n dm a n a g e m e n t b yt r a d i t i o n a lm a n n a lo p e r a t i o n o f r e l a yp r o t e c t i v es e t t i n g s e s p e c i a l l y , t h er e l a yp r o t e c t i v es e t t i n g so ft r a n s m i s s i o n l i n ea r eg r e a t l ya f f e c t e db yn e t w o r kp a r a m e t e r sa n df r a m e w o r kc h a n g i n gr e s u l t e d f r o mo p e r a t i o n a lm o d eo f s y s t e ma n d t h ee x a m i n i n ga n dr e p a i r i n go f e q u i p m e n t s o i tm a k e st h ec a l c u l a t i o no f r e l a yp r o t e c t i v es e r i n g sm o r ec o m p l i c a t e da n d t h em o r e r e p e a t e dc o m p u t a t i o n w o r ka n dl a s t sm o r et i m e ，w h i l et h eb e s tp l a nc a n ta l w a y sb e a c h i e v e d m ya r t i c l ei n t e g r a t e d t h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ep r e s e n tr e l a yp r o t e c t i v e s e t t i n g s c a l c u l a t i o no nt h eb a s i so fc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sw i t ht h e p r e s e n t t e c h n o l o g ya n dm a n a g e m e n ts y s t e m ，i n t r o d u c i n g t h ea d a p t i v ec o n c e p t i t sp u r p o s ei s t l l a tt h er e l a yp r o t e c t i v es e t t i n g so fa l lt h ec o m p o n e n t so rl i n e si nt h en e t w o r kc a l l u p h o l dp r o t e c t i v ei n t e g r a l i t yf o l l o w i n gt h ec h a n g en om a t t e rh o w e v e r t h en e t w o r k c h a n g e s a r e rp r o g r a m m i n g a l l i n t e g r a t e dr e l a yp r o t e c t i v es e t t i n g sc a l c u l a t i o na n d m a n a g e m e n ts y s t e mf o rp o w e rp l a n t ，t h ev a l i d i t ya n dp r a c t i c a b i l i t yo fa d a p t i v er e l a y p r o t e c t i v es e t t i n g st h e o r y i sp r o v e d i no r d e rt o c l e a r l yd e s c r i b e a c t i o no fa d a p t i v et e c h n o l o g yi n r e l a yp r o t e c t i v e s e t t i n g sc a l c u l a t i o na n dm a n a g e m e n t ，w es e tu pa ni n t e g r a t e dm a n a g e m e n ts y s t e m f i r s t l y , t h ea r t i c l ed e f i n e ss t r u c t u r ea n dt h ed a t am o d e lo f t h i ss y s t e m i ns y s t e m s t r u c t u r e ，t h em o d e lo fn o d e s ，w h i c ha f f o r do p e r a t i o n a lo b j e c t ，a r ee s t a b l i s h e d t h e d a t am o d eo f s y s t e md e f i n e sd i s t r i b u t i n go fe v e r yd a t aw i t ho b j e c ti nt h es y s t e m i n o r d e rt op r o v i d ee s s e n t i a ld a t as u p p o t to fr e a l i z i n gs y s t e m ac o m p l e xi n f o r m a t i o n s y s t e ma n di t s d a t as t r u c t u r e e n t i r e l y a n dc l e a r l ya r ed e s c d b e dw i t ht h e s et w o m o d e l s ， b a s e do ns y s t e mm o d e l ，t h ea r t i c l eu l t e r i o r l yd i s c u s s e saf e wi s s u e so f r e q u i r i n g t h ea d a p t i v et h e o r yi nr e l a yp r o t e c t i v es e t t i n g sc a l c u l a t i o na n dm a n a g e m e n t , s u c ha s a d a p t i v er e l a yp r o t e c t i v es e t t i n g s c a l c u l a t i o na n d m a n a g e m e n t ，c o m p l e x f a u l t c a l c u l a t i o na n dc o o r d i n a t i o no fd i r e c t i o n a lp r o t e c t i v er e l a y si nm u l t i l o o pn e t w o r k s t h ea d a p t i v ep r o t e c t i v er e l a y sc a t e g o r i c a l l ys e t su pt h em a t hm o d e la n dr e a l i z e d t h e o r yo fa d a p t i v er e l a yp r o t e c t i v es e t t i n g sc a l c u l a t i o n 1 1 l ec a l c u l a t i o no fc o m p l e x f a u l t ss o l v e st h ec o m p u t a t i o no fa l lk i n d so ff a u l t si n v o l v e di np o w e rn e t w o r k t h e c o o r d i n a t i o no fd i r e c t i o n a l p r o t e c t i v er e l a y s i n m u l t i l o o pn e t w o r k s s o l v e st h e c a c u l a t i o no fb r e a kp o i n t ss e ta n dt h ec o o r d i n a t i o no fm a i np r o t e c t i o nw i t hb a c k u p p r o t e c t i o n t h r o u g ht h e s et h r e ep r o b l e m sa c c o m p l i s h e d ，w ec a p r e a l i z et h ea d a p t i v e r e l a yv a l u e sc a l c u l a t i o no n t h eb a s i so f n o d e s a c c o r d i n gt o t h e s y s t e m i cf r a m e w o r ka n do r i e n t e do b j e c te s t a b l i s h e db yu s ， c o m b i n e dw i 曲t h e p r o b | e m ss o n e d f o rr e a l i z i n ga d a p t i v er e l a yc a l c u _ l a t i o n w em a k e u s eo ff l o wc h a r tt od e s c r i b et h ea c h i e v e m e n to f p r o g r a m a n de v e r yf u n c t i o nm o d e l t h e p u q a o s ei s t os h o wt h a tt l l et h e o r ye s t a b l i s h e dm a yb er e a l i z e dw i t hc o m p u t e r t e c h n o l o g ya n dh a sas t r o n gf e a s i b i l i t y a tl a s t ，a c c o r d i n gt oaa c t u a lp o w e r s y s t e mr e l a yv a l u e sc a l c u l a t i o ne a s e ，w h i c hi s r e a l i z e do nt h eb a s i so fo u rt h e o r y , t h e v a l i d i t ya n dp r a c t i c a b i l i t yo fa d a p t i v e c a l c u l a t i o na n dm a n a g e m e n tr r ep r o v e di np r a c t i c a lp r o d u c t i o na n do p e r a t i o no f i n d e x t e r m s ：a d a p t i v et e c h n o l o g y , p r o t e c t i v er e l a ys e t t i n g c a l c u l a t i o na n d m a n a g e m e n t , c o m p l e xf a u l t ，m u t i l o o pn e t w o r k ，t h ec o o r d i n a t i o no f m a i np r o t e c t i o n w i t h b a c k u pp r o t e c t i o n 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 第一章概述 1 1 目的和意义 继电保护和安全自动装置属于二次系统，它是电力系统安全稳定运行的最 基本、最重要、最有效的技术手段，它对电力系统安全稳定运行起着极为重要 的作用，特别是在现代的超高压、大容量的电力系统中，对继电保护提出了更 高的要求。继电保护工作类别多种多样，在电力生产运行和电力工程设计中， 继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作。继电保护是建立在电力 系统基础上的，它的构成原则和作用必须符合电力系统内在规律；同时，继电 保护自身在电力系统中也构成一个有严密配合关系的整体，从而形成了继电保 护的系统性，因此，继电保护的整定计算是一个面向系统的工程【l j 。 过去，继电保护整定计算主要依靠继电保护计算人员手工编制整定计算方 案，在很大的程度上都依赖从业人员的经验知识和对电网的熟悉程度，因此人 员的专业素质势必影响系统的安全稳定运行。这种完全依赖人员的方式，根本 不可能实现决策问题的最优化，造成了电网安全运行的隐患。随着科学技术的 发展，计算机已经被大量的应用于电力系统的生产和运行管理过程中，对继电 保护而言，大量的微机保护被应用在系统中，新的保护层出不穷：同时，随着 国民经济对电力的需求，电网的结构和容量也在进一步的发展壮大，运行方式 的变化很多，因此迫切的需要用一个有效的手段来对保护定值进行计算和管理， 如果还是依赖过去人工编制整定计算方案，不仅工作量巨大而且其正确性和可 靠性都难以保证，因此保护的定值整定计算以及参数、数据、图形、文档管理 全面微机化已经势在必行。 本文的研究目的，就是为了适应在新的形势下，系统继电保护整定计算的需 要，面向整个电力系统，利用计算机来实现保护定值的整定计算和管理，提高 保护定值的准确性、可靠性和完整性，从根本上改变完全依赖人工的计算和管 理，使得保护定值更加的科学，更加的满足电力系统实际运行情况。 1 。2 研究动态 继电保护定值计算和管理，在引入计算机以前全部是依靠人工手算完成的。 早期的电网由于结构简单，系统容量小，电压等级不高，系统的运行方式变化 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 小，因此这项工作并不十分的困难。最近几年随着电网的高速发展扩大，电网 的结构日趋复杂，电压等级不断升高，系统的运行方式也变化多端，继电保护 的信息量也迅速的膨胀，如果还像过去一样仅仅依靠人员手工计算已经不太可 能。随着现代计算机技术的飞速发展，电力行业也大量的引入计算机进行辅助 管理，对继电保护定值而言，利用计算机技术结合传统理论使得定值整定计算 技术层出不穷，很多已经应用多工程实际中，对继电保护定值计算和管理做出 了很大的贡献。 1 2 1 各种理论和技术在保护定值计算中的应用 1 2 1 1 利用图论进行复杂环网主后备保护定值配合整定计算研究 现代大规模多环复杂电网中方向过电流保护和距离保护( 以下简称为方向 保护) 常常处于多个环路之中，其定值必须同时满足与多条相邻前向线路和背 侧线路保护之间的主，后备配合约束，环路越多，其配合关系越复杂，通常要经 过多次反复迭代计算才能达到满意结果。如果缺乏系统有效的计算方法，选择不 适当的保护作为整定起始点或解环点，则有可能使全网配合收敛速度缓慢，甚 至不能收敛，还可能使全网保护动作时间延长、灵敏度降低。因此，如何减少环 网方向保护整定配合中的繁复计算，以获得最佳整定配合效果，是目前受到广 泛关注和期待深入研究解决的重要课题，也是实现现代电网保护整定计算过程 自动化、智能化的迫切需要l l ”。 采用人工方式进行继电保护整定计算时，首先要确定起始整定的保护、整 定顺序和主，后备保护关系，这些是保证计算机计算保护定值正确配合的关键技 术。然而对于一个复杂环网的整定计算是很难由人工完成的。利用图论的方法， 用有向图的边代表方向保护来描述各保护之间的关系，是一个强有力的工具。 作为图论算法的原始数据，首先需要形成节点一支路关联矩阵，并按深度优先搜 索法或者宽度优先搜索法形成基本回路矩阵l b ，荦3 用d f s f b t 算法饿形成简单 回路。在这个基础上确定断开点( b r e a kp o i n t ) ，目的是解开环网，找到整定计 算点的起始点，把环网化为辐射网来计算。在这里利用不同的方法来找最少断 点，参考文献【4 】首先将最小断点集的计算归结为o l 整数线形规划问题，然后 将其映射到t h 网络求解。应用模拟退火和惩罚函数法的序歹l j 元约柬优化s u m 技术( s e q u e n c e u n c o n s t r a i n e do p t i m i z a t i o n t e c h n o l o g y ) ，提出了一种新的神经 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 优化计算方法。其他的求取断点集的方法还包括权解法【5 l 、a 阵法【6 l 等。找到最 小断点集m b p s ( m i n i m u mb r e a kp o i n ts e t ) 后，还要进一步确定主后备保护保 护关系p b 对( p r i m a r y b a c k u pp a i r s ) ，参考文献( 2 】采用由节点一支路关联阵a 直 接求主后备关系的方法，大大简化了搜索过程，然后利用整定相关顺序阵 ( r e l a t i v es e q u e n c em a t r i x ，缩写为r s m ) 给出所有保护整定顺序，按照r s m 指定 的顺序进行整定，就可以保证整定结果能够满足主后备保护关系。文献【刀扩展 了一般有序n 元组的概念，引入相关顺序组，利用系统主后备保护函数依赖集 ( f d s ) 和最小断点集( m b p s ) ，可形成最优相关顺序组，然后据此顺序确定全网整 定配合。 利用图论的方法可以很好的解决复杂环网的主后备保护的整定和配合，可 以很好的解决任意多t 接线的保护配合问题。在各种利用图论的算法中，作为 整定配合起始点，且具有最少基数的保护集合最小断点集的计算是整个算 法的核心，也是计算量最大的部分，因此必须首要解决。 利用该算法存在的主要问题是： ( 1 ) 形成环网所有基本回路矩阵和确定m b p s 的算法都为指数复杂性。若用 于大规模电网的整定配合，计算负担非常沉重，而且计算断点集的方法通常只 能获褥m b p s ，据此仅能得到次最优的保护整定顺序。 ( 2 ) 采用的算法流程为：形成所有有向回路一确定m b p s 一搜索p b 对一 确定r s m ，计算过程比较繁琐、重复，不利于编程实现。再者，对电网扩建和改 建所导致的网络结构变化，现有方法需要进行大量修正运算。 ( 3 ) 现有算法着重研究环网中方向保护配合问题，但实际系统不但具有环 网，而且还包括众多不能构成回路的辐射线路、终端线等。对于含辐射线路、终 端线和多个邻接t 形接线的多环复杂网络方向保护的全网最优配合方法的研究 至今未见报道。 ( 4 ) 对环网方向保护配合问题未能进行准确的数学描述和定义，不利于更好 地理解问题实质和用计算机处理。 基于图论和关系代数，直接利用保护配合中的主后备关系，文献1 1 3 提出 了能统一处理具有辐射线路、终端线和多个邻接t 形接线的多环复杂网络中方 向保护全网最优配合的系统方法，建立了利用深度优先搜索回溯d f s b t 技 术( d e p t h - f a s t s e a r c h b a c k t r a c k i n gt e c h n i q u e ) 遍历系统主，后备保护函数依赖集 四川丈学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) ( f u n c t i o n a ld e p e n d e n c ys e t ，缩写为f d s ) 搜索所有有向基本回路的新方法。该方 法不需要形成网络图的节点关联矩阵或基本回路矩阵，而是直接利用系统主 后备保护关系，即可形成用实际保护号表示的所有有向基本回路矩阵，且保护 编号和支路编号可以任意编设。由于沿主后备保护配合方向搜索有向基本回 路，缩小了问题的搜索空间，避免了遍历网络图的盲目性，降低了问题的计算复 杂性【1 3 】。 1 2 1 2 电力系统复杂故障研究 在继电保护整定计算中，需要处理的故障类型可分为非全相振荡、非母线 短路加相继动作、母线或非母线短路。为确保在电力系统各种运行方式下继电 保护动作的正确性，故障计算时还要考虑因网络操作引起的电力系统网络结构 的变化。因此必须研究可计及互感影响、能自动适应网络操作的故障方法，以 满足高压电网继电保护整定计算的需要。一般来说，计算复故障有两种方法， 一是基于多口网络理论的通用计算模型，二是借助补偿法计算变结构电力系统 复故障。 以多口网络方程为基础的复故障通用计算模型“4 1 这种方法的数学模型实质是将计算串一串、并一串、串一荠型各类n 重复 故障的口电气量的数学模型统一起来，并把有关方程式中的各个变量当作是相 应的矩阵，以计算各种形式的n 重复故障的故障口电流为基础，进而求解其他 计算量。 这种方法在不涉及到网络操作的情况下，可以很好的描述发生的各种形式 复故障。但是在涉及到网络操作( 如断路器开断、系统元件的切除、元件参数 变化、互感线路挂地检修等) 引起电力系统拓扑结构发生对应变化时，却有很 大的局限性，因此必须用一种新的方法来解决这种变结构电力系统。 借助补偿法4 3 计算变结构电力系统任意复故障 基本思路【1 4 】：将故障后的变结构电力系统分解成结构对称和不对称网络两 部分，借助于补偿法在对称分量坐标( 0 1 2 坐标) 下对变结构对称网络进行多端 口戴维南等值简化。并利用相序参数变换技术形成不对称网络在0 1 2 坐标下的 节点导纳矩阵，再应用补偿法将不对称网络的影响等效成向变结构对称网络注 入的序补偿电流，并跟故障前节点注入电流一起，进一步求出故障后网鲳各节 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 点的电压及各支路补偿电流。补偿法是处理网络结构变化问题的有效方法。根 据补偿法的基本含义，系统拓扑结构及阻抗参数的变化，可采用向系统变化前 的网络接入相应的等值链支阻抗来模拟，保持原节点注入电流不变，进而将链 支阻抗的作用等效为对网络节点注入电流的补偿修正，而保持网络原参数不变， 修正补偿的节点注入电流就是在原网络上接入链支阻抗之后在该支路中流过的 电流。补偿法的应用可以避免修改原网的节点阻抗矩阵，简化计算，加快计算 速度。目前的研究方法如下： ( 1 ) 单一的补偿法 文献【9 j 基于补偿法，通过将纵向断口恒等变形处理，可将纵向断口的模拟 方法与网络操作的模拟方法统一起来，采用补偿法模拟纵向断口和网络操作， 建立了继电保护整定计算中故障计算的统一模型，在此基础上，根据叠加原理 和互易定理，提出了一种继电保护整定计算中故障计算的通用方法。文献【1 0 】在 介绍补偿法的基础上，着重讨论了补偿法的核心一故障后补偿导纳矩阵和故障 前端口矩阵的形成，并推导出有关的计算公式。 补偿法的最大优越之处就在于可以自动适应网络各种操作方法而不需要修 改原网络数学模型，既解决了继电保护整定计算中无互感线路故障问题，也解 决了有互感的问题。不仅可以计算简单故障( 考虑故障特殊相，过渡电阻等) ， 对跨线故障以及由简单故障组合的复杂故障计算也十分有效。这种方法存在的 主要问题是重复计算量非常大，而且需要进行大量的矩阵运算和矩阵求逆运算， 对计算机本身要求很高，并且不便与编程实现。 ( 2 ) 补偿法的改进 由于单一只依赖补偿法计算复杂故障存在计算复杂和计算量过大的问题， 目前国内和多学者和研究机构在补偿法的基础上提出了很多新是算法。文献【u 】 基于变结构网络的补偿修正解法，利用变结构网络的分块算法，提出了仿真计 算变结构与变参数电力网络互感无互感线路上任意位置不对称断相故障的断 口统一模型以及计算断口等值阻抗的简便方法，能简洁得到互感故障线路及其 互感混合线路上的故障电流。文献【1 2 l 基于分块理论和补偿法，建立起网络结构 变更时，各种简单故障和断相加短路故障分块计算的统一数学模型，在不修改 原子系统群各序节点阻抗阵的条件下，推导出继电保护整定计算故障分析所需 要的全部公式。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 在补偿法中加入分块算法以后，可以扩大解题规模，能适应因系统分块、 系统运行方式变化和故障造成的网络拓扑结构变化，避免修改原网子系统群各 序节点阻抗矩阵，因而计算速度快，并且使得编制继电保护整定计算通用软件 变得更加容易。 关于复故障的具体数学模型及其实现方法，本文第三章3 1 3 2 小节会进行详 细的讨论。这里就不在多说。 1 2 1 3 自适应保护的研究 国内外不同的研究机构对自适应技术在保护方面的应用也作了大量的研究 工作。文献 4 6 - 4 9 】提出的自适应保护是指能根据电力系统运行方式变化信息在线 修改继电保护整定值，以获得最佳保护性能的继电保护系统。它的基本思想是 使保护尽可能地适应电力系统的各种变化，进一步改善保护的性能。它在本质 上属于电力系统自动控制的范畴。它的突出特点之一就是具有自动识别系统运 行状态和故障状态的能力，并针对状态的改变，实时自动地调整保护的性能， 其中包括动作原理、动作特性和整定值，从而使其达到最佳效果。但是它也存 在几个问题： 获得自适应继电保护系统整定值的在线整定计算法往往满足不了在线 要求；因为在线整定计算的速度与网络规模及其复杂程度有关：而且不能人工 干预继电保护的整定计算过程。 由于是在线实时的计算因此对数据通道的传输能力和传送数据的准确 性要求很高。 该种方式是针对微机保护可以在线修改整定值而言，对于传统的保护装 置不能使用，因为传统的保护装置并不能在线修改定值。对于我国目前的状况 来说，传统的保护装置应用还相当多，在短时间内不可能完全的淘汰，所以限 制了该种整定模式的应用范围。 该种方式主要是用于根据实际系统反馈回来的信息，重新计算和调整保 护定值，但是却不能对保护定值的管理作到自适应性。 1 z2 保护定值管理技术 在继电保护定值方面除了上述新的研究方法的引入以外，国内外的研究还 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 集中在保护定值的管理领域，在这个方面取得了很多研究成果。 1 2 2 1 基于单机的继电保护定值管理 单机版的定值管理主要是基于本地数据库，在一台微机里完成定值的管理 工作，这些工作主要包括： 定值的填写、存储、查阅、打印； 打印定值通知单以及定值报表： 对电力系统保护和安全自动装置的动作情况进行统计和分析； 对电网的一次、二次电气设备参数、保护配置、继电保护人员档案进行 管理： 继电保护实验数据管理、设备管理、设备投切管理、设备缺陷管理及设 备检修状况管理【1 5 】； 向调度运行人员提供电网各厂站继电保护配置和定值，有利于正常的运 行操作及事故后操作b 6 1 。 单机版的定值管理系统可以取代原有的人工定值管理，把原来大量的分散的 信息，利用计算机技术分类集中管理，大大减轻了定值管理工作没，提高了工 作效率。但是这种形式的系统在数据容量、数据可靠性、数据安全性等方面存 在着很大的局限性。 1 2 2 2 基于网络互联的定值管理 从九十年代以来，计算机网络互联技术迅猛发展。该技术应用予定值管理 后，在很大的程度上改变了原来的定值管理方式，拓展了定值管理的内容和范 围。特别是对于定值管理方面，可以按照只能部门的分工、分散进行，有利于 发挥各部门各专业的优势，提高工作效率。 目前基于网络互联的电力信息系统开发中运用的主要有两大模式【1 7 1 ：一是 客户朋匣务器结构( c l i e n t s e r v e r ，简称c s 结构) ；另外一个是浏览器服务器结 构( b r o w s e r s e r v e r ，简称b s 结构) 。 c s 结构是将计算机应用任务分解成多个子系统，由多台计算机分工完成， 即“功能分布”原则。客户端完成数据处理、数据表示、用户接口等功能；服 务器端完成d b m s 的核心功能。它的不足之处是需要专门开发用户端软件，如 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 果服务器做了修改的话，相应的客户端也要做修改，造成维护费用升高，维护 工作量加大。数据传输量很大，对通讯网络要求很高，占用整个通讯网络的时 间很长。要求通讯规约非常的严格，以保证数据传输的正确性和完整性。对服 务器数据库要求很高，且数据访问速度很慢。 b s 结构即用通用浏览器做客户端，实质内容( 包括数据和图像信息) 全部 由服务器经网络传至用户端。用户端免维护是其最大的优点，只需要在服务器 上维护其网页及c g i 等程序。但是，网络传输的数据量很大，特别是在广域网 上速度矛盾突出。b s 结构目前主要包括2 种类型：一种是基于局域网，另一种基 于i n t e m e t 广域网。 基于局域网 参考文献i 嘲把继电保护信息按功能与作用可分为4 类：( 1 ) 继电保护运行 信息；( 2 ) 继电保护事故记忆信息；( 3 ) 继电保护管理信息；“) 故障录波器的录 波信息不同的部门利用不同的信息，继电保护信息网络建设应结合上述4 个 方面信息的不同特点进行。将各种继电保护和故障录波装置连接到电力部门的 内部网络上，通过w e b 的形式发布，让调度运行人员充分掌握电力系统各种保 护和故障录波设备的运行状况，为电力系统更加安全与稳定运行服务。文献 1 9 】 首先将继电保护按照职能专业体系进行分类，然后根据需求，采用i n t r a n e t 技术 实现继电保护管理信息系统。其中主要是w e b 技术和电子邮件技术。系统采用 了三层客户，服务器体系结构，具有较高的灵活性和可扩展性服务器方由两 层构成，底层是数据库和图纸库，所有继电保护专业信息按一定结构存放在该 层，并被专用管理软件管理，称为信息层。第二层是应用层，应用层通过提供各 种服务满足用户对信息的需求，主要的服务是w w w 服务和电子邮件服务。客 户端采用i n t e m e t 上通用的浏览器和电子邮件客户程序，用户通过浏览器向服务 器提交自己的需求，服务器应用层响应用户的请求，并将用户的请求转化为规 范的操作原语提交给信息层，最后信息层将用户需要的信息通过应用层返回给 用户浏览器。用户通过电子邮件客户程序处理相关信息，并发送给下一个需要处 理该信息的用户，从而实现信息的流转 目前国内有几个继电保护信息管理系统【2 。2 4 】已投入应用，可分别完成国调 中心、网局、及市区供电局、厂站端信息采集等不同层次的调度继电保护部门 的信息管理工作。由于各层继电保护部门所管理的工作不同。加之各层计算机局 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 域网互不连接，所以开发出的系统往往只关心本单位的需求及与其它专业的配 合，这就造成所开发的保护m i s 都是基于单机或是局域网的系统。然而继电保 护管理工作更多地涉及到的是上下层相同职能部门的交流，上层部门的大量数 据来自下层的上报，下层的任务来自上层的下达。所以目前基于单机或是局域网 的m i s 使上下层管理系统互不兼容，交流困难。另一方面由于各层继电保护部 门所涉及的数据信息量又有许多相同之处，这必然导致各层管理系统数据的多 次重复录入，或还需专门形成上下级所需的数据库文件形式进行交流，这不仅 效率低下，还严重影响了系统信息的一致性、时效性。 基于i n t e m e t 文献【2 0 】提出，采用最先进的远程网络数据库管理技术，从基层的厂站继电 保护班组开始，至区县分局、市局、省局、网局、乃至国调中心，将各层继电保 护职能部门联系起来，做到格式统一、分布管理、责任明确，以达到信息共享的 目的。 1 2 3 保护定值计算和管理综合信息技术 1 2 3 1 专家系统 专家系统( e x p e r ts y s t e m ，简称e s ) 是人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，简称a i ) 的一个分支，是一种基于知识的智能程序，系统中存储有能够使之在专家的 水平上进行闯题求解的专门知识，一般以求解那些要入类专家才能求解的高难 度问题或不良结构的问题为特征。 所谓的继电保护专家系统是一种能够适合多种不同的运行方式，能快速准确 的计算出整个电网继电保护整定值，并制定出最优的保护定值运行方案的微机智 能软件系统，从而将原来需要几个星期甚至几个月的手工计算工作量，减少到几 分钟或最多几个小时就能完全完成，实现电网零序电流、相间距离和接地距离保 护整定计算全过程的微机化、自动化和智能化，把整定人员从长期依赖的半手工、 繁琐的日常计算管理工作中彻底解放出来，确保定值的准确性，全面提高继电保 护保护工作的自动化水平，保证电网的安全稳定运行。 国内外的研究机构和学者利用不同的理论和方法建立起了各种不同的专家 系统。这些方法各有自己的优缺点。 对高电压等级的主干电网 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 文献”应用面向对象的系统设计方法、基于智能代理者的整定计算新方 法，研制成功了1l o 5 0 0 k v 电网继电保护整定计算专家系统，其独创的定值计 算方法和计算管理窗口平台，充分发挥了日常整定计算专家的经验知识，保证 了计算结果的准确性、可靠性和实用性。该系统使用基于智能代理者的计算方 法，其计算结果准确，通用性好，但定值管理方面还需进一步完善。文献嘶。” 提出了一些计算机辅助保护整定的方法，但只取得了有限的成功，主要原因是 基于常规算法的方法无法很好处理专家的启发性知识。文献2 ”介绍了一个输电 线路保护整定计算专家系统，这个专家系统能显示保护的动作特性、保护范围 及时间配合曲线，并允许查询数据库内容和显示整定过程。但是没有将短路计 算程序连进去，不能实现自动的数据输入，需要人工将短路计算结果存入数据 库。文献介绍了一个距离保护整定计算专家系统，其性能良好，结果符合工 程要求。但此系统整定计算的类型单一，仅限于距离保护，不够完整。文献1 介绍了一个2 2 0 5 0 0 k v 电网继电傈护整定计算专家系统，该系统面向保护装置 开发，较具新颖性。这些系统都采用精确推理的方式，根据专家的经验来确定 整定计算中的系数，对系数韵不确定性没有进行很好的处理，这样就不能在整 定方法上和整定过程中保证其整定结果为最优。电力系统继电保护设计知识来 自设计规程、手册、典型设计资料、设备产品样本及专家的设计经验。其中相 当部分的知识具有不确定性。这体现在设计的条件事实及设计规则本身等各个 方蔼均存在模糊性。文献o “引进模糊集理论( f u z z ys e t st h e o r y ) ，应用面向 对象( o o p ) 技术，开发了一个经过系数寻优的继电保护整定计算专家系统，扩 大了专家系统整定计算的能力，保证了整定结果的准确和可靠。文献运用模 糊集合理论。”，提出了用于继电保护智能设计系统的模糊知识表达及推理方法， 建立领域模糊知识库，并推导出相应的推理算法，给出了模糊规则冲突集处理 策略克服了目前仅有精确推理的局限性，扩大了专家系统参与设计的能力及范 围。文献。”介绍了一个高压电网零序电流保护整定计算的专家系统。该系统针 对零序保护中的一些问题，应用专家系统理论及智能化程序设计方法，并结合 常规的零序电流保护整定计算思想来研制与开发的，具有较大的可维护性与适 应性。文献0 3 1 提出了一种“规则驱动”的整定计算思想，并使用这一思想开发 系统的推理机和整定计算模块。本系统能提供详尽的推理计算过程，解释并自 动生成满足电力行业标准的定值通知单。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 对电压等级低的地方电网 在我国，大部分地区的电力负荷由国家电力公司所属的大电网提供，但仍 有相当多的地方由地方政府所属的地方电网供电。这些地方电网大多位于地形 复杂的山区，自然条件复杂，网架薄弱，电网故障发生频率相对大于大电网。 合理整定各继电保护的定值，保证继电保护的选择性、可靠性、速动性、灵敏 性，对于地方电网的安全可靠供电就尤其显得重要。地方电网大多拥有数量繁 多的小水电，这些小水电一般来说库容很小，调节能力差，开停频繁，运行方 式随意性大，使得系统内的保护定值难以协调：另外地方电网存在大量的短线 路，短线路的定值配合问题，对于多数技术人员来说是一个棘手的问题。地方 电网由地方政府建成，由于建设时的资金短缺等原因，很多地方因陋就简。网 络接线不规范，例如：难以进行定值配合的t 接方式还普遍存在于各地方电网 中。地方电网在建设时缺乏统一规划继电保护的配置即使在同一电压等级的 线路上亦五花八门，如在3 5 k v 的馈线上，有的用距离保护，有的用电压闭 锁的电流保护。诸如此类的问题给继电保护整定造成的困难并无一个程序化的 解决方案，传统的整定计算程序也显得无能为力，专家系统的引入就很好地解 决了这个问题，其优势就在于它能从整定计算专家的实践经验中汲取启发性知 识，用以解决各种特殊情况。文献。”应用面向对象的方法，结合地方电网的实 际特点，开发了一套分散式的继电保护整定计算专家系统。该系统把数据和知 识库分散封装于不同的对象，通过消息传递进行相互配合，能较好地完成数值 计算和逻辑推理。文献”1 针对3 5 k v 电网存在的线路多、分布广、支接线多等 特点，提出了一种图形界面和数据库后台相结合的继电保护整定管理系统，有 效地简化了继电保护工作人员在保护整定时所需的繁重的工作量，解决了保护 定值相互配合的复杂关系。 专家系统( e s ) 侧重于加强保护个体的智能化程度，但单一的智能系统往 往没有足够的知识、资源和信息解决复杂的问题。而且e s 的样本学习的两种方 法( 学习故障状态样本和学习正常状态样本) 都存在样本不全的问题，可能导 致保护拒动或误动，其可靠性未能被电力部门运行人员接受。因此目前对专家 系统的原来的方式进行了很多的改进。随着分布式人工智能( d i s t r i b u t e d a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e - - d a l ) 技术在软件及控卷4 领域中的广泛应用，d a i 的 一个分支多a g e n t 系统“”o1 ( m u i t ia g e n ts y s t e m 一- m a s ) 已经引起电力系 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 3 ) 统研究人员的重视。与通过单独的智能系统体现智能行为的人工智能( a i ) 相 比，d a i 更注重多个分布的智能系统的协调行动，其优于传统a i 之处主要表现 在：问题求解能力强；通过协调可获得求解的可靠性：多个个体可并行 操作，因而具备高效率；个体间通信协作，具有较好的容错能力：既可协 同工作，也可单独工作，具有较高的灵活性。文献1 阐述了基于多a g e n t 系统 ( m a s ) 的继电保护系统的特点、结构、模型及决策过程，并就其系统构架、通信、 可靠性和应用范围等问题进行了讨论。提出了a g e n t 技术在后备保护中的应用 方案，可以有效地缩短后备保护的动作时问i 传统