基于模糊匹配的繼電保護定值比對研究及應用

史方芳，李聰聰，李玉敦，李 寬，李 娜

（國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003）

0 引言

定值的正確性是繼電保護裝置正確動作的基礎，一旦整定定值錯誤，可能出現保護不正確動作情況，引起事故范圍擴大，甚至影響電網的安全穩定運行［1-2］。目前，繼電保護定值整定計算采用離線整定軟件為計算工具生成定值單，在調度管理系統中實現定值單審核、批準、執行等標準化操作的流轉過程。近年來，隨著電網規模不斷擴大，各電氣元件保護的定值數量大大增加，人員工作量大、經驗不足等問題均可能導致誤整定，對電網安全穩定運行產生不利影響。因此，對定值通知單和裝置定值進行自動比較，降低人為因素的不利影響，對電網安全運行具有重要意義［3-5］。

山東電網繼電保護裝置型號、版本繁多，新建變電站均采用滿足2014 年版繼電保護裝置標準化設計規范（簡稱“九統一”）繼電保護裝置，而早期變電站一般都不滿足該規范，存在定值條目不匹配，定值順序不一致等問題。而對于某些特殊接線變電站，繼電保護定值整定較大程度依賴計算人員的經驗，與典型定值存在一定不同。基于以上分析，提出基于模糊匹配算法的繼電保護定值比對系統，并對某些特殊整定場景進行考慮。建立典型定值庫并對定值比對流程進行設計，采用模糊匹配算法實現定值條目匹配，實現自動比對不同保護類型的定值單中不同類型保護定值條目，有效提高了山東電網定值比對的準確性和工作效率，避免人為失誤造成的定值計算錯誤。

1 繼電保護定值匹配

1.1 “九統一”裝置定值匹配

由于2013 年對2007 年版繼電保護裝置標準化設計規范修訂后（簡稱“六統一”）存在部分地區電網適應性不足無法適應調度控制一體化信息建設要求，國家電網公司2015 年對“六統一”規范進行修訂形成了“九統一”規范。“九統一”保護裝置符合Q/GDW 1161—2014《線路保護及輔助裝置標準化涉及規范》中標準化設計相關要求，其中對保護裝置定值清單及軟壓板標準格式進行規范，規定了定值的名稱、定值取值單位、定值單位等。所以“九統一”繼電保護裝置定值名稱均采用標準化名稱，在進行定值條目匹配時，僅憑定值名稱即完成兩張定值單的定值條目匹配。

目前，山東電網新建500 kV 新建變電站均選用“九統一”繼電保護裝置，采用標準化定值單模板，定值名稱、定值順序均已提前規范，制作定值單模板只需選擇標準化定值條目即可。即使不同型號不同版本的同類型保護裝置，也能保證定值條目名稱規范一致，所以僅憑借定值名稱即可實現兩張同一類型保護定值單的完全匹配。

1.2 非“九統一”裝置定值匹配

對于非“九統一”裝置，定值名稱并不符合標準化設計，同類保護定值名稱和定值順序并未實現完全一致，給定值比對中的定值匹配過程帶來了一定難度。常見的定值匹配困難的情況有：

1）羅馬數字表示形式不統一，比如距離Ⅰ段中的羅馬數字可能在某些定值單中以英文字母I表示；

2）定值名稱不一致，比如主變保護中“高壓側復壓過流保護”可能表示為“高復壓過流保護”或“復壓過流保護”；

3）保護功能不同，比如斷路器保護中有的型號“充電過流保護”為一個保護功能，有的保護“充電保護”和“過流保護”功能分開；

4）定值條目數量、順序不一致。

雖然以上情況人為可以實現條目匹配，但自動匹配具有一定難度。針對以上可能存在的問題，在匹配前對定值單進行規范化處理，提出采用模糊匹配算法實現定值匹配。

1.2.1 定值名稱規范化

定值名稱規范化處理主要將常見不規范定值名稱規范化，將各類定不同定值條目表達形式處理為規范化定值條目，處理方式如表1所示。

表1 典型不規范定值名稱處理方法

定值名稱不規范主要是對保護條目的不同表達形式，比如重合閘、電流差動保護、電壓互感器，可能采用不同的簡化名稱或者采用不同的同義詞，對容易混淆的字符按照預處理規則進行替換，進行標準化處理后再進行定值條目匹配，可以增加其相似度和匹準確率。

1.2.2 定值匹配

使用模糊匹配的方法實現定值數據的匹配，目前常用的模糊匹配算法有首部匹配、尾部匹配、包含匹配、關鍵詞匹配等方法，以上方法實現簡單但對于非“九統一”裝置定值匹配效率不高。采用編輯距離的遍歷模糊匹配方法來實現定值模糊匹配，編輯距離是指兩個字符串之間，由一個字符串通過一些編輯操作可以變成另外一個字符串所需要的最少編輯操作次數，根據編輯距離確定兩個字符串之間的相似度，當相似度大于設定閾值時，即可認定兩個字符串是模糊匹配的，否則認定兩字符串不匹配。本文1.2.1 中對繼電保護定值名稱規范化處理，能夠使需要匹配的兩個定值條目編輯距離縮小，可以提高定值比對成功的概率。對于無法匹配的定值條目進行特殊標記，支持人工干預匹配。編輯距離的遍歷模糊匹配方法流程如圖1所示。

圖1 編輯距離的遍歷模糊匹配方法流程

2 繼電保護定值比對方法

繼電保護定值比對主要可以分為與典型定值庫的比對和同元件保護定值的比較。目前山東電網定值相對固化，某些保護裝置的定值所對應的一次值采用同一數值，只需根據變比折算至二次側即可，而對控制字和軟壓板投退也相對固定，取統一值，因此可以形成山東電網典型定值庫。而對于各類保護裝置，由于目前山東電網220 kV 及以上電壓等級保護均雙重化配置，主要是實現各設備雙套保護定值比對。

2.1 典型繼電保護定值庫

近些年，國內電網發展迅速，網架不斷變強。以山東電網為例，當前有5座1 000 kV特高壓交流變電站、2 座±800 kV 特高壓直流換流站、56 座500 kV 變電站，電網的“網格”已經相對均勻，每個相同電壓等級變電站的短路電流不會有超數量級的巨大差異。為簡化計算，保護裝置的定值所對應的一次值完全可以采用同一數值，雖然靈敏度會有差異，但在“網格”均勻的條件下，完全可以忽略這些差異。

目前，山東電網對線路后備保護中的距離保護和零序保護進行簡化，距離保護時間固定而定值僅與阻抗參數相關，零序過流保護簡化后時間固定而定值僅與TA 變比和固定的一次值有關，對于控制字和軟壓板來說，相關保護功能的壓板投退比較固定，僅重合閘檢同期檢無壓方式等相關壓板存在不同。線路保護典型定值如表2所示。除表2中所示典型值外，線路保護中TA 斷線分相差動定值、零序電流加速段定值、TV 斷線零序過流定值等定值條目定值均已固化，控制字投退情況一般也固定。

表2 山東電網500 kV線路保護典型定值

500 kV母線保護典型定值如表3所示。

表3 山東電網500 kV母線保護典型定值

500 kV 斷路器保護在TA 變比為2 500/1 時典型定值如表4所示。

表4 山東電網500 kV斷路器保護典型定值

2.2 各類繼電保護裝置定值比對流程

目前，國內各電網公司中220 kV 及以上線路一般配置兩套保護，線路本側和對側共四套線路保護裝置。線路保護定值基本比對的規則如下：

1）本側兩套線路保護定值單比對。本側兩套保護的TA 變比一般為相同值，各定值條目的取值大多相同。不同的定值條目一般為通道類型、本（對）側縱聯碼。當保護版本不同時，兩套保護的定值條目、控制字和軟壓板會略有差別，如零序反時限定值和零序反時限時間等。

2）對側兩套線路保護定值單比對與1）本側對比相同。

3）本側線路保護與對側線路保護的比對。當本側和對側兩套保護的TA 變比相同時，各定值條目的取值大多相同（山東電網的線路后備保護已經簡化［6］）。不同的定值條目一般為：本（對）側縱聯碼、投檢同期（無壓）方式。當TA 變比不同時，與TA 變比相關的定值條目的取值大多不同，需要根據TA 變比進行折算后再進行對比。

4）與典型定值單的比對。把表2—表4 所示的定值做成不同保護版本、型號、TA 變比的定值單，格式與正式定值單一樣，非典型值缺省，可以方便查出是否兩套裝置都整定錯誤的問題。

線路保護定值比對流程如圖2所示。

圖2 線路保護定值比對流程

母線保護、變壓器保護、斷路器保護定值比對較線路保護定值比對來說比較簡單，僅涉及單側兩套保護比對和與典型定值比對。兩套保護定值比對是為了避免出現兩套保護整定不一致出現的兩套保護動作不一致情況，而與典型定值比對主要是為了防止出現兩套保護均整定錯誤而導致的誤整定。

3 定值比對系統設計與實現

3.1 定值比對系統設計

繼電保護定值在離線整定計算軟件計算完成后，以定值單形式上傳至調度管理應用系統（Power Dispacthing Operation Management System，OMS）并完成定值流轉過程。定值比對系統中獲取OMS 中狀態為已發布的定值單為準，根據定值單表頭解析出來的“電壓等級—廠站—被保護設備—保護型號”完成被比對的兩張定值單的匹配。定值單匹配完成后，基于模式識別技術對OMS中繼電保護定值單進行智能識別，根據各類保護類型的定值單特征將定值單分類解析提取。定值單數據解析提取后進行定值單數據規范化處理，進行定值條目匹配并完成定值比對，定值不一致的保護自動形成定值比對報告，并將定值比對結果推送給繼電保護專業管理人員［7-8］。定值比對系統架構如圖3所示。

圖3 繼電保護定值比對系統架構

3.2 定值比對系統實現

基于本文所提定值比對系統，山東500 kV 電網定值比對可以分為保護定值比對、控制字比對和軟壓板比對。基準值可以取自典型定值或在某一變比下的定值單。線路保護定值比對結果如圖4所示。

圖4 線路保護定值比對結果

控制字比對結果如圖5所示。

圖5 保護定值比對

軟壓板比對結果如圖6所示。

圖6 軟壓板比對結果

該定值比對系統應用于基建工程投產、二次系統改造等，在定值修改、新建工程定值輸入等情況下開展繼電保護定值比對，將比對不一致項加以區分，提醒現場人員及時核實定值整定情況，有效提高繼電保護裝置定值準確性，避免人為因素導致的誤整定。

4 結語

針對現在傳統的人工定值比對模式，提出一種基于模糊匹配的繼電保護定值比對方法，分析了定值比對的重要性，詳細闡述了定值條目規范化處理方法及基于模糊匹配算法的定值比對方法，對線路保護、母線保護、變壓器保護和斷路器保護的定值比對細則進行了詳細分析。開發的定值比對系統在山東電網實際應用，取得了良好應用效果，極大提高了定值比對的效率和定值的正確性，具有較強的工程推廣應用價值。