刘凡齐，张秀霞，王君瑞，张新闻
（北方民族大学电气信息工程学院，宁夏银川750021）
摘要：继电保护整定计算是保障配电网稳定运行的主要办法与措施。设计了利用专家系统的继电保护整定计算系统，其中知识库的表征方式采用产生式表征法、面向对象表征法和框架表征法相融合的方法，增强了整定计算知识库的完整性；系统推理机方式采用正向与反向推理的混合方式，有效提高了整定计算系统的计算速率。利用专家系统改进知识库的表征方法与推理机的混合工作原理，设计了继电保护整定计算模块，并针对实际电厂模型，验证了设计系统的准确性。
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关键词 ：继电保护；知识库；推理机；整定计算
中图分类号：TN702?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）18?0049?04
收稿日期：2015?03?06
基金项目：国家自然科学基金：基于制备纳米薄膜和机械刷提高太阳能电池光电转换效率的机理研究（51365001）；宁夏自然科学基金：变速恒频双馈风力发电系统软并网控制策略的研究（NZ14106）
本文设计了利用专家系统的继电保护整定计算系统，其中知识库利用产生式表征法、面对对象表征法和框架表征法相融合方法做模块设计，推理机运用正向和反向相结合的混合推理方法，在整定功能的实现方式上，分别提供了手动和自动两种方式，以此来满足电厂操作人员的工作要求。
1 专家系统知识库的设计
专家系统的知识库的表征方法利用产生表征法、面向对象表征法、框架表征法相结合的方式，通过分级分步骤的方式对继电保护整定计算做详细描述。其中知识库的流程步骤如图1所示。
2 专家系统推理机的设计
系统推理机方式采用正向与反向推理相融合的推理方式。推理方式首先采用正向推理法对动作电流进行计算，但因为系统数据库中故障计算模块求解的流过保护短路电流不止一项，例如单相接地短路、两相短路、三相短路，所以推理机会提供多个短路电流值，不能进一步做筛选。而当添加反向推理法后，从短路电流目标中集中选定最大故障电流，作为下一步计算的原始数据，可计算出最合适的动作电流值大小。
从操作人员给定的具体实际问题出发，通过设计模块进行推理求解，总结出会出现的几种计算情况，如下：
（1）当针对所给定的实际问题没有找到相应的目标结果时，则模块需调用报错步骤。
（2）当针对所给定的实际问题只找到惟一的目标结果时，即最理想的模块运行状态，则模块直接输出计算结果或继续执行相应操作。
（3）当针对所给定的实际问题能够找到多个目标结果时，需要进一步做判定，从诸多目标结果中选定最优解。
3 整定计算数学模型
在整定计算原则中的任何一个保护定值在公式层中都有与之相对应的整定方程式，且整定方程式在相应的整定变量层中都含有定值变量集(R ) V ，经数学分析，保护装置的定值变量集(R ) V 的数学模型：
RVS = f (k1,k2 ,…,kn ,x1,x2 ,…,xn ,
y1,y2 ,…,yn ,z1,z2 ,…,zn ), n ∈ N
式中：yj ( j ∈ n) 代表整定计算公式中含有的系数和常量，如可靠系数、进行整定计算工作人员的经验系数和返回系数等，具体数值由用户人员通过输入的方式存储到模块知识库中；zj ( j ∈ n) 代表以上3类变量以外的其余变量。
利用上述数学模型，对繁琐的定值变量分类做知识存储，其中定值变量集所包含的变量均为离散型数据，当中的任何一个整定计算变量值变化后，仅仅是该变量发生了改变，但不会致使该整定计算变量所在的整定方程式中的其他变量发生数值变化；且整定计算方程式也具有离散型，整定计算方程式是跟随者整定计算变量的变化而变化的，所以无论系统所含设备的参数变化，或是发生其他故障类型，都可以准确求解出被保护设备的整定值，体现了继电保护装置整定值的可靠性。
4 整定计算模块设计
在对系统做整定计算前，需要对其中一部分故障参数做计算存储，因为在进行整定计算原则中涉及了大量的故障参数，其中有一部分数值可以在整定过程中直接提取，这样就能够缩短整定计算的运作时间。在所涉及的系统中，设定了手动与自动整定两种功能，系统用户可以根据特定的工作环境与要求自行选择，整定计算视图如2所示。
整定计算过程为自动运行，整个计算过程不需要工作人员的任何操作，并能直接输出计算书，可以实现任务书的保存与管理功能。在手动整定计算过程中，需要工作人员在相应的参数设置界面对系统参数进行选定和设置，如图3所示。
计算书对于电厂实际操作人员是非常重要的，其中不仅包括相应继电保护装置对保护设备定值的设置，也包括整定原则。针对厂用变压器相间短路故障的备用保护，模块自动进行整定计算，并输出计算书与定制单，具体如图4，图5所示。
5 整定计算模块仿真解析
为了验证本文设计的继电保护整定计算模块的准确性，这里建立了电厂一次主接线系统图并设置了相关参数，如图6所示。
当完成电厂主接线图的设定后，针对该系统添加6KVIIB 段母线A，B 两相相间短路故障，并做故障量计算，图7显示为2号高厂变故障量。
将电厂继电保护原则逐一录入并完成继电保护装置的设定工作，对系统全部设备做整定计算，将计算结果与电厂工作人员做整定值检验。检验结果显示大部分计算结果与电厂实际运行结果完全相同，只有小部分存在数值误差，具体误差如表1所示。
简述误差产生的主要原因如下：
（1）近似因素。整定计算过程中，数值大部分都是以小数形式存在，为了降低计算的繁冗度，计算过程中将小数数值保存到小数点后2位。不同的是，计算机在做计算过程中，不进行近似计算，而是在最终的计算结果显示的时候，保留小数点后1位，所以电厂实际工作人员的手动计算与计算机整定的最终结果略有差别。
（2）取整因素。在继电保护整定计算的过程中，需要设置保护定值，几乎全部设置为整数，当遇到小数时需要进位成整数，所以，定值的设置与计算机的计算值之间也存在一定的误差。
（3）继保装置退保护因素。表1 中，2 号高厂零序过电流保护的整定值设置为100，当该保护装置停止工作时，也就不对高厂变起任何保护作用，所以退保护因素是影响整定结果的主要因素之一。
经上述理论分析可得，除以上原因引起的误差外，继电保护整定计算模块的计算结果误差率如表2所示。
通过上述结果可以看出，通过本文设计的继电保护整定计算模块得出的结果同发电厂原始数据相差不大，误差的大小在电厂稳定运行的允许范围内，且整定模块的计算速率足够快，能够满足实际操作人员的要求。
6 结语
本文通过专家系统设定了整定计算模块，建立了火电厂继电保护整定计算所需的知识库，将产生表示法、面向对象表示法、框架表示法相互结合的知识表征方式与通过混合推理方法，分别从正向和反向做为推理机原理的专家系统设计，优化了电力系统继电保护整定计算速率与结果的准确度。通过实际测验，验证了设计的整定模块的准确性与可维护性。
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作者简介：刘凡齐（1986—），男，黑龙江人，助教，硕士。研究方向为电力系统电压稳定性分析。
张秀霞（1963—），女，宁夏人，二级教授，博士后，博士生导师。研究方向为太阳能光伏发电。
王君瑞（1978—），女，宁夏人，副教授，博士。研究方向为电力电子。
张新闻，男，宁夏人，副教授，博士。研究方向为电力系统自动化。