繼電保護中電氣工程智能系統的應用

李玉娟+江玉瓊

【摘要】對于電力系統的穩定運行來說，繼電保護具有十分重要的意義。本文介紹了在繼電保護中電氣工程系統的結構以及應用實例，闡釋了該系統的相關理論知識和數據結構，就所設計系統在通用性和擴展性等方面出現的缺點，給出了相應的改進方案，獲得了電氣工程系統的設計對象、條件及數據結構的通用方法。

【關鍵詞】工程；智能系統；繼電保護

1引言

隨著科學技術的不斷革新，人們的生產生活水平得到了空前的提高，同時對于供電的質量及穩定性的要求也越來越高[1]。為了能保障電力系統的安全穩定運行，就必須保證要繼電保護系統的穩定運行。因此，將人工智能技術和計算機技術有效地結合起來是提高繼電保護能力的有效方法。目前，提高電氣CAD系統的智能水平的方法是采用電氣工程智能系統，并將其運用在繼電保護。由此可見，繼電保護技術在未來具有十分廣闊的應用前景。

2繼電保護發展歷史

隨著信息技術（如計算機技術、電子技術及通信技術等）的高速發展，我國繼電保護共經歷了如下四個階段的發展：

第一階段：建國初期至六十年代，我國已擁有較完善的繼電保護體系（包括繼電保護的設計、制造、研究及運行等）。在此階段的發展中，繼電保護技術打下了堅實的基礎，為下一階段的快速發展起到了推波助瀾的作用。

第二階段：六十年代至八十年代，晶體管繼電保護的快速發展使得我國繼電保護取得了重大成功。最具代表性的成果是由天津大學與南京自動化設備廠合作研發的500kV晶體管方向高頻保護[2]直接成功運用在葛洲壩500kV線路上。

第三階段：八十年代至九十年代初，集成電路保護的研發、生產及應用成為繼電保護的主導方向，并在高頻保護方面起到了巨大作用。其中以南京電力自動化研究院所研發的集成電路工頻變化量方向為代表。

第四階段：九十年代初期之后，繼電保護一直呈現了高速發展勢態。其中的微機線路保護裝置是由南京電力自動化研究院研制成功的。微機相電壓補償式方向高頻保護則是由南京電力自動化設備廠和天津大學合作研發而成的。根據不同原理與機型，各種微機線路及主設備保護都有各自優勢，它們為電力系統提供了性能及質量優化的繼電保護裝置。在致力于微機保護裝置的研究背景下，在繼電保護的軟件及算法等方面我國都獲得了較為顯著的理論成果。

3專家系統

在智能系統領域中，專家系統的歷史十分久遠[3]。其主要特點是能有效地結合工程項目；在建設該系統時，常常要將所相關領域的知識用一些表達式或者代碼命令加入；另外還需加入一些理論方法和處理方法。該系統可以解決一些定性問題，也可以通過專家的知識及相關經驗，對一些未知的理論進行分析、研究。通過這樣的系統，有利于將原本比較寬廣的研究范圍大大縮小，這樣可以快而準確的獲得理想的答案，有效的提高了工作效率。同時，專家系統還能為合理推理的現象和結果給出科學的解釋。通常，在電氣工程智能系統中，常用相互之間存在聯系的框架式表示法、生產式規則表示法、面向對象表示法、過去式知識表示表達式等來表示專家系統表達式。在繼電保護日常運行中，運用經驗十分豐富的專家系統取得了十分良好的實際成果。

4模糊理論

在上世紀六十年代，模糊理論的出現打破了經典理論的定義，即對一些不精確的現象、時間進行描述而不是像模糊理論所描述的0和1的非彼既此的確定性定義。同時將專家系統與推理模糊邏輯和語言變量運用（模糊理論）相結合，使之組成一個完整的人工智能使用方法，并且該理論已經在電力系統中應用廣泛。

5智能結構

一般來說，電氣工程智能系統主要包括用戶、顯示系統、數據庫、專家系統、知識庫、用戶接口、設計輔助程序等幾部分組成。在電氣工程智能系統的 CAD 系統運用了專家系統，并且且使用了Auto LISP編譯型語言、Turbo PROLOG語言、FORTRAN 高級算法語言等交互編制組成了人工智能的電氣ICAD系統（如圖1所示）。這樣的組合方式不僅有利于系統的編制，也能更加充分地發揮各種語言的優勢，揚長避短。當出現系統提供能力不足時，則可利用設計用戶菜單補償，另外也可以在電氣CAD系統中加入無功功率補償專家系統。在用戶菜單中，使用者可以根據自身情況方便地選擇所需要的工作模式，并能直觀的看出相關信息，容易在很短的時間內掌握該系統的操作方法。為調用相應的子模塊提供了方面。這種系統的特點是設計成本低，效率很高，極大的減輕了設計者的工作負擔。

當采用專家系統進行改進數據結構時，此時的數據庫相對簡單，無法滿足系統通用性和擴展性的要求，因此，需要利用知識表示方法確定設計條件、設計對象以及設計目標數據結構。總體上，電氣工程智能系統的設計是一個正推過程，通過一些初始數據，匹配規則，驅動推理得出結論。對繼電保護系統的設計而言，初始數據是對系統的主要結構、參數以及對保護系統的要求。對于繼電保護的主設備設計而言，如變壓器繼電保護設計，則所需的初始數據參數是通過關聯組元、關系謂詞進行表達的，其表達形式分別如下：對象名/屬性名=屬性值，比較適合藐視孤立對象的屬性概念（關聯組元的表達形式，比較適合孤立對象的屬性定義）；主體對象名+客體對象名）/謂詞屬性=屬性值（關系謂詞表達形式，適合描述事實的知識，它不僅能將對象屬性表達出來，還可將各對象間的關系表達出來）。

以變壓器保護系統為例，可將變壓器保護系統框架分為系統級、繼電保護J型產品級、故障類型保護級、保護方式級、繼電保護J類型級等幾個部分（如圖2所示）。具體來說，系統級即指變壓器保護系統；故障類型級即指短路保護和后備保護兩種；保護方式級即指低壓過濾、電流速斷、差動方式等幾種；繼電保護J類型級即指熔斷器、CR、TR等幾種；繼電保護J型產品級包含DL32/10、DL233/6、DS30 等幾種情況。在本系統中能將下一個子框架引入到DL233/6型繼電保護J類保護框架的槽中。通過此設計，能詳細描述整個保護系統，雖然此種結構比較復雜，但能實現總框架的槽值約定的更改或繼承，這樣不僅能有效地減少數據冗余，還能確保數據信息的準確性，保證不產生矛盾的信息。

圖3為 CR 繼電器的框架示意圖。其屬性槽是“相數=1”，它是由規則以直接決定的。在運行過程中，以直接的方式賦值的是“Iset=”，或者在需計算時則調用ISETO對賦值進行計算。框架槽是“型號=DL233/6”，DL233/6繼電器可以由此引出。框架所表現出來的嵌套關系能對保護系統的描述發揮關鍵作用。這種結構保證了總框架的槽值約定進行更改或繼承，從而有效的降低數據冗余。

6結束語

綜上所述，我國的電力系統繼電保護技術經過了四個快速發展的階段，并取得了巨大的發展空間和成果。繼電保護技術展現出智能化、網絡化、計算機化，數據通信一體化及人工智能化等的發展態勢。對于電力企業來說，做好繼電保護工作可以為電力系統的安全供電提供保障。通過本課題的探究，將電氣工程智能系統應用在繼電保護中，并對專家系統數據結構進行優化改造，能極大的滿足電力生產的需求。

參考文獻

[1]王惠中. 電氣工程智能系統在繼電保中的用 [J]. 城市建理研究，2013 （35）：147-148.

[2]趙楊. 電氣工程智能系統在繼電保中的用與改進 [J]. 數字技術與應用，2010（07）：171-172.

[3]張莉莉，劉世江. 電力系統繼電保護與自動裝置原理教學改革探討 [J]. 科技致富向導，2011（29）：27-28.endprint