继电保护定值整定计算和管理中的自适应技术
摘要
随着电力系统的飞速发展，电网规模日益扩大、网络结构日趋复杂，网络呈现各种接线并存的复杂环网，再加上系统运行方式的变化多样，各种电压等级互相交错，都给现有的传统手工作业方式的电网保护整定计算和定值管理带来了很大困难。尤其输电线路保护整定值受系统运行方式、设备检修等导致的网络参数和结构变化影响较大，使得其整定计算更加复杂繁琐，重复计算工作量非常大，耗时较长，而且还不一定能够得到最优方案。本文结合目前继电保护定值整定的特点，在对现有技术进行广泛分析的基础上，在继电保护定值计算和管理中引入了自适应的概念，它的目的是无论电力网络如何的发生变化，网络里所有元件(线路)的继电保护定值等能通过计算和管理适应这种变化而保持系统内保护的完整性。通过编制一整套完整的发电厂继电保护定值计算和管理系统来验证了自适应技术在继电保护定值计算和管理中的有效性和实用性。
为了清楚的描述自适应技术在继电保护定值计算和管理中发挥的作用，我们建立了一个完整的定值计算和系统来进行说明。首先定义了整个系统的体系机构、系统的数据模型。系统体系结构里，建立了构成整个系统所需要的节点模型，为系统的实现提供了操作的对象；系统的数据模型定义了系统内各种数据在对象(节点)里的分布，为系统的实现提供必须的数据支持。通过这两个模型，可以清晰的描述一个复杂信息系统及其数据结构。
在建立了系统结构的基础上，进一步详细探讨了继电保护定值计算和管理中需要自适应技术的几个主要问题，即：自适应定值计算和管理问题；复故障计算问题；复杂环网保护配合问题。其中自适应定值计算和管理问题分类建立不同元件(线路)自适应继电保护定值计算的数学模型及其实现的理论；复故
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/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。
The fast development of the electric power industry makes the scale of power network larger and larger, and its network more complex. The result of this is that the power network becomes a complex multiloop network, in addition to the variety of operation and the interleaving of voltage grades. Such these situations bring forward much difficulty to the calculation and management by traditional manual operation of relay protective settings. Especially, the relay protective settings of transmission line are greatly affected by network parameters and framework changing resulted from operational mode of system and the examining and repairing of equipment. So it makes the calculation of relay protective settings more complicated and the more repeated computation work and lasts more time, while the best plan can't always be achieved. My article integrated the characteristic of the present relay protective settings calculation on the basis of comprehensive analysis with the present technology and management system,
introducing the adaptive concept. Its purpose is that the relay protective settings of all the components or lines in the network can uphold protective integrality following the change no matter however the network changes. After programming an integrated relay protective settings calculation and management system for power plant, the validity and practicability of adaptive relay protective settings theory is proved.
In order to clearly describe action of adaptive technology in relay protective settings calculation and management, we set up an integrated management system. Firstly, the article defines structure and the data model of this system. In system structure, the model of nodes, which afford operational object, are established. The data mode of system defines distributing of every data with object in the system in order to provide essential data support of realizing system. A complex information system and its data structure entirely and clearly are described with these two models.
Based on system model, the article ulteriorly discusses a few issues of requiring the adaptive theory in relay protective settings calculation and management, such as
adaptive relay protective settings calculation and management, complex fault calculation and coordination of directional protective relays in multiloop networks. The adaptive protective relays categorically sets up the math model and realized theory of adaptive relay protective settings calculation. The calculation of complex faults solves the computation of all kinds of faults involved in power network. The coordination of directional protective relays in multiloop networks solves the calculation of break points set and the coordination of main protection with backup protection. Through these three problems accomplished, we can realize the adaptive relay values calculation on the basis of nodes.
According to the systemic framework and oriented object established by us, combined with the problems solved for realizing adaptive relay calculation, we make use of flow chart to describe the achievement of program and every function model. The purpose is to show that the theory established may be realized with computer technology and has a strong feasibility.
At last, according to a actual power system relay values calculation case, which is realized on the basis of our theory, the validity and practicability of adaptive calculation and management are proved in practical production and operation of power.
Index Terms: adaptive technology, protective relay setting calculation and management, complex fault, mutiloop network, the coordination of main protection with backup protection
为了清楚的描述自适应技术在继电保护定值计算和管理中发挥的作用，我们建立了一个完整的定值计算和系统来进行说明。首先定义了整个系统的体系机构、系统的数据模型。系统体系结构里，建立了构成整个系统所需要的节点模型，为系统的实现提供了操作的对象；系统的数据模型定义了系统内各种数据在对象(节点)里的分布，为系统的实现提供必须的数据支持。通过这两个模型，可以清晰的描述一个复杂信息系统及其数据结构。
在建立了系统结构的基础上，进一步详细探讨了继电保护定值计算和管理中需要自适应技术的几个主要问题，即：自适应定值计算和管理问题；复故障计算问题；复杂环网保护配合问题。其中自适应定值计算和管理问题分类建立不同元件(线路)自适应继电保护定值计算的数学模型及其实现的理论；复故
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/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。
The fast development of the electric power industry makes the scale of power network larger and larger, and its network more complex. The result of this is that the power network becomes a complex multiloop network, in addition to the variety of operation and the interleaving of voltage grades. Such these situations bring forward much difficulty to the calculation and management by traditional manual operation of relay protective settings. Especially, the relay protective settings of transmission line are greatly affected by network parameters and framework changing resulted from operational mode of system and the examining and repairing of equipment. So it makes the calculation of relay protective settings more complicated and the more repeated computation work and lasts more time, while the best plan can't always be achieved. My article integrated the characteristic of the present relay protective settings calculation on the basis of comprehensive analysis with the present technology and management system,
introducing the adaptive concept. Its purpose is that the relay protective settings of all the components or lines in the network can uphold protective integrality following the change no matter however the network changes. After programming an integrated relay protective settings calculation and management system for power plant, the validity and practicability of adaptive relay protective settings theory is proved.
In order to clearly describe action of adaptive technology in relay protective settings calculation and management, we set up an integrated management system. Firstly, the article defines structure and the data model of this system. In system structure, the model of nodes, which afford operational object, are established. The data mode of system defines distributing of every data with object in the system in order to provide essential data support of realizing system. A complex information system and its data structure entirely and clearly are described with these two models.
Based on system model, the article ulteriorly discusses a few issues of requiring the adaptive theory in relay protective settings calculation and management, such as
adaptive relay protective settings calculation and management, complex fault calculation and coordination of directional protective relays in multiloop networks. The adaptive protective relays categorically sets up the math model and realized theory of adaptive relay protective settings calculation. The calculation of complex faults solves the computation of all kinds of faults involved in power network. The coordination of directional protective relays in multiloop networks solves the calculation of break points set and the coordination of main protection with backup protection. Through these three problems accomplished, we can realize the adaptive relay values calculation on the basis of nodes.
According to the systemic framework and oriented object established by us, combined with the problems solved for realizing adaptive relay calculation, we make use of flow chart to describe the achievement of program and every function model. The purpose is to show that the theory established may be realized with computer technology and has a strong feasibility.
At last, according to a actual power system relay values calculation case, which is realized on the basis of our theory, the validity and practicability of adaptive calculation and management are proved in practical production and operation of power.
Index Terms: adaptive technology, protective relay setting calculation and management, complex fault, mutiloop network, the coordination of main protection with backup protection
引文
1 崔家佩，孟庆炎，陈永芳，熊炳耀．电力系统继电保护与安全自动装置．中国电力出版社．1993．3(1997重印)
2 陈允平，周泽昕，李强．继电保护定值计算机计算中的图论新算法．电网技术，第19卷第4期
3 胡宏，马维新．计算机辅助继电保护整定计算中的图论方法．华东电力，1998年第5期
4 吕飞鹏，米麟书．环网方向保护配合最小断点集的神经计算方法．中国电机工程学报，1997年5月
5 王旭蕊等．继电保护整定计算中的图论方法．继电器，1992(1)
6 陈允平等．继电保护机辅整定中形成简单回路的新方法．电网技术，1993，17(3)
7 吕飞鹏，李华强，李清源．多环复杂电网方向保护全网最优化的研究 第2部分 确定全网最优化配合顺序．电力系统自动化，1998，22(9)
8 Gross G and Hong H W. A Two-Step compensation Method for Solving Short Circuit Problems. IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems,1982,101(6):1322-1331
9 曹国臣．继电保护整定计算中故障计算的通用方法．电网技术，2002，26(12)
10 王春，陈允平等．电力系统复杂故障通用算法的研究．中国电机工程学报，1995，．15(6)
11 吕飞鹏，米麟书．变结构电力系统互感线路断相故障断口模型．四川大学学报(工程科学版)，2001，33(1)
12 曹国臣等．继电保护整定计算中断相加短路故障的分块算法．继电器，1997，25(1)
13 吕飞鹏，李华强，李清源．多环复杂电网方向保护全网最优配合的研究 第1部分 确定所有有向基本回路矩阵．电力系统自动化，1998，22(8)
14 刘万顺．电力系统故障分析．中国电力出版社．1998
15 许前丹，许尼亚．继电保护技术数据管理系统．1994
16 石昭郡，林小村等．电力系统继电保护配置及定值管理系统．1994
17 熊卫斌．电网生产管理系统．电力系统自动化，1999
18 袁宇波，丁俊健等．基于Internet/Intranet的电网继电保护及故障信息管理系统．电力系统自动化，2001年第9期
19 卢金滇，李端超等．基于Intranet技术构建继电保护管理信息系统．电力自动化设备，2002，22(4)
20 贾长朱，王剑峰，刘力丰等．基于Web的电力系统继电保护远程分布式信息管理系统的开发与设计．继电器，2002，28(10)
21 林俐，张晶，高曙等．继电保护网络管理系统的开发和设计．华北电力大学，1998
22 继电保护管理系统及统计分析程序说明．电力工业部电力科学院系统所
23 继电保护信息管理系统说明．天津电力局高压供电局
24 赵自刚．继电保护运行与故障信息自动化管理系统．电力系统自动化，1999，23(19)
25 吕飞鹏，李华强，张军文等．110～500kV电网继电保护整定计算专家系统研究．继电器，2000，28(3)
26 王静．继电保护计算机辅整定软件的开发研究[D]．武汉：武汉水利电力大学，1999
27 胡大良．地区电网继电保护计算机整定及数据管理系统研制[D]．上海：上海交通大学，1997
28 SeungJaeLee, SangHyunYoon, Man-ChlYoon, Jong-KeunJang. An Expert System for Protective Relay Setting of Transmission System [J].IEEE P WED Vol.5,NO.2,1990
29 陈永琳，吴涛，丁秀芬，马立红，张秉义．电网距离保护整定计算专家系统[J]．东北电力学院学报，1994；No．4
30 赖业宁，韦化等．220～500kV电网继电保护整定计算专家系统[D]．2000年全国高校电力系统及其自动化专业年会论文集
31 覃丙川，韦化等．110kV电网继电保护整定计算专家系统．广西电力，2002年第2期
32 陈永琳，李红军，王乡．高压电网零序电流保护整定计算专家系统的研究．继电器，1997，25(5)：1～5
33 赖业宁，韦化，文杰等．220～500kV电网继电保护整定计算专家系统．继电器，2001，29(3)
34 赵旋宇，游大海，尹项根．地方电网继电保护整定计算专家系统的研究．继电器，2001，29(10)
35 胡大良，郁惟镛，房鑫炎等．地区电网继电保护整定计算及管理系统研制．电力系统及其自动化学报，1997，9(2)
36 刘力丰，高中德等．电力系统继电保护设计专家系统的模糊知识处理．电力系统自动化，1997，21(6)
37 Zimm erm amm H J. Fuzzy Sets Theory and Its Applications. Kiuwer-Nijhoff Publishing, 1985
38 黄德斌，唐毅等．基于平台概念的继电保护计算及管理系统．电网技术，2002，26(7)
39 房鑫炎，王俊，沈海涛．基于GIS信息的10kV电网继保整定值计算系统．电力自动化设备，2000，20(3)
40 陈艳霞，尹项根，张哲等．基于多Agent技术的继电保护系统．电力系统自动化，2002，26(12)
41 Wool dridge MJ, Jennings NR. Intelligent Agents: Theory and Practice. Knowledge Engineer Review, 1995, 10(2):115～152
42 TalukdarS, RameshVC, QuadrelR, etal. Multiagent Organizations for Real time Operations. Proceedings of the IEEE, 1992, 80(5): 765～778
43 DimitrisNC. Agent Technology Handbook. New York: McGraw Hill, 1998
44 王文君，张沛超，郁惟镛．基于事例推理的继电保护运行管理专家系统．继电器，2001，29(12)
45 赵杰平，房鑫炎等．基于图形界面的智能型继电保护综合信息管理系统．继电器，2001，29(2)
46 Jampala A K, Venkata S S, Damborg M J. Adaptive Transmission Protection: Concepts and Computational Issues. IEEE Trans on PWRD, 1989, 4(1)
47 Chen Yunping, Aggarwal R K, Johns A T. A Computer Aided Design of Adaptive Protection
System for Substations. In: International Power Engineering Conference. Singapore: 1993
48 Sachdev M S, Sidhu T S, Talukdar B K, et al. Design and Implementation of an Adaptive Protection System for a Distribution Network. Power System Technology, 1995, 19(4)
49 葛耀中．自适应继电保护及其前景展望(Adaptive Protection Relay and Its Prospect of Development)．电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems)，1997，21(9)
50 曹国臣，祝滨，蒋建东．虚拟故障端口法及其在电网故障计算中的应用．中国电机工程学报，Vol．22 No．5 May 2002
51 曹国臣．变结构电力系统任意复杂故障的快速计算．中国电机工程学报，Vol．15 No．5 September 1995
52 都健刚，周步祥．自适应发电厂继电保护定值计算和管理系统．中国电机工程学会第七届青年学术会议论文集．中国电力出版社，2002，9
2 陈允平，周泽昕，李强．继电保护定值计算机计算中的图论新算法．电网技术，第19卷第4期
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34 赵旋宇，游大海，尹项根．地方电网继电保护整定计算专家系统的研究．继电器，2001，29(10)
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43 DimitrisNC. Agent Technology Handbook. New York: McGraw Hill, 1998
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47 Chen Yunping, Aggarwal R K, Johns A T. A Computer Aided Design of Adaptive Protection
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48 Sachdev M S, Sidhu T S, Talukdar B K, et al. Design and Implementation of an Adaptive Protection System for a Distribution Network. Power System Technology, 1995, 19(4)
49 葛耀中．自适应继电保护及其前景展望(Adaptive Protection Relay and Its Prospect of Development)．电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems)，1997，21(9)
50 曹国臣，祝滨，蒋建东．虚拟故障端口法及其在电网故障计算中的应用．中国电机工程学报，Vol．22 No．5 May 2002
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52 都健刚，周步祥．自适应发电厂继电保护定值计算和管理系统．中国电机工程学会第七届青年学术会议论文集．中国电力出版社，2002，9
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