继电保护中电气工程智能系统的应用

李玉娟+江玉琼

【摘要】对于电力系统的稳定运行来说，继电保护具有十分重要的意义。本文介绍了在继电保护中电气工程系统的结构以及应用实例，阐释了该系统的相关理论知识和数据结构，就所设计系统在通用性和扩展性等方面出现的缺点，给出了相应的改进方案，获得了电气工程系统的设计对象、条件及数据结构的通用方法。

【关键词】工程；智能系统；继电保护

1引言

随着科学技术的不断革新，人们的生产生活水平得到了空前的提高，同时对于供电的质量及稳定性的要求也越来越高[1]。为了能保障电力系统的安全稳定运行，就必须保证要继电保护系统的稳定运行。因此，将人工智能技术和计算机技术有效地结合起来是提高继电保护能力的有效方法。目前，提高电气CAD系统的智能水平的方法是采用电气工程智能系统，并将其运用在继电保护。由此可见，继电保护技术在未来具有十分广阔的应用前景。

2继电保护发展历史

随着信息技术（如计算机技术、电子技术及通信技术等）的高速发展，我国继电保护共经历了如下四个阶段的发展：

第一阶段：建国初期至六十年代，我国已拥有较完善的继电保护体系（包括继电保护的设计、制造、研究及运行等）。在此阶段的发展中，继电保护技术打下了坚实的基础，为下一阶段的快速发展起到了推波助澜的作用。

第二阶段：六十年代至八十年代，晶体管继电保护的快速发展使得我国继电保护取得了重大成功。最具代表性的成果是由天津大学与南京自动化设备厂合作研发的500kV晶体管方向高频保护[2]直接成功运用在葛洲坝500kV线路上。

第三阶段：八十年代至九十年代初，集成电路保护的研发、生产及应用成为继电保护的主导方向，并在高频保护方面起到了巨大作用。其中以南京电力自动化研究院所研发的集成电路工频变化量方向为代表。

第四阶段：九十年代初期之后，继电保护一直呈现了高速发展势态。其中的微机线路保护装置是由南京电力自动化研究院研制成功的。微机相电压补偿式方向高频保护则是由南京电力自动化设备厂和天津大学合作研发而成的。根据不同原理与机型，各种微机线路及主设备保护都有各自优势，它们为电力系统提供了性能及质量优化的继电保护装置。在致力于微机保护装置的研究背景下，在继电保护的软件及算法等方面我国都获得了较为显著的理论成果。

3专家系统

在智能系统领域中，专家系统的历史十分久远[3]。其主要特点是能有效地结合工程项目；在建设该系统时，常常要将所相关领域的知识用一些表达式或者代码命令加入；另外还需加入一些理论方法和处理方法。该系统可以解决一些定性问题，也可以通过专家的知识及相关经验，对一些未知的理论进行分析、研究。通过这样的系统，有利于将原本比较宽广的研究范圍大大缩小，这样可以快而准确的获得理想的答案，有效的提高了工作效率。同时，专家系统还能为合理推理的现象和结果给出科学的解释。通常，在电气工程智能系统中，常用相互之间存在联系的框架式表示法、生产式规则表示法、面向对象表示法、过去式知识表示表达式等来表示专家系统表达式。在继电保护日常运行中，运用经验十分丰富的专家系统取得了十分良好的实际成果。

4模糊理论

在上世纪六十年代，模糊理论的出现打破了经典理论的定义，即对一些不精确的现象、时间进行描述而不是像模糊理论所描述的0和1的非彼既此的确定性定义。同时将专家系统与推理模糊逻辑和语言变量运用（模糊理论）相结合，使之组成一个完整的人工智能使用方法，并且该理论已经在电力系统中应用广泛。

5智能结构

一般来说，电气工程智能系统主要包括用户、显示系统、数据库、专家系统、知识库、用户接口、设计辅助程序等几部分组成。在电气工程智能系统的 CAD 系统运用了专家系统，并且且使用了Auto LISP编译型语言、Turbo PROLOG语言、FORTRAN 高级算法语言等交互编制组成了人工智能的电气ICAD系统（如图1所示）。这样的组合方式不仅有利于系统的编制，也能更加充分地发挥各种语言的优势，扬长避短。当出现系统提供能力不足时，则可利用设计用户菜单补偿，另外也可以在电气CAD系统中加入无功功率补偿专家系统。在用户菜单中，使用者可以根据自身情况方便地选择所需要的工作模式，并能直观的看出相关信息，容易在很短的时间内掌握该系统的操作方法。为调用相应的子模块提供了方面。这种系统的特点是设计成本低，效率很高，极大的减轻了设计者的工作负担。

当采用专家系统进行改进数据结构时，此时的数据库相对简单，无法满足系统通用性和扩展性的要求，因此，需要利用知识表示方法确定设计条件、设计对象以及设计目标数据结构。总体上，电气工程智能系统的设计是一个正推过程，通过一些初始数据，匹配规则，驱动推理得出结论。对继电保护系统的设计而言，初始数据是对系统的主要结构、参数以及对保护系统的要求。对于继电保护的主设备设计而言，如变压器继电保护设计，则所需的初始数据参数是通过关联组元、关系谓词进行表达的，其表达形式分别如下：对象名/属性名=属性值，比较适合藐视孤立对象的属性概念（关联组元的表达形式，比较适合孤立对象的属性定义）；主体对象名+客体对象名）/谓词属性=属性值（关系谓词表达形式，适合描述事实的知识，它不仅能将对象属性表达出来，还可将各对象间的关系表达出来）。

以变压器保护系统为例，可将变压器保护系统框架分为系统级、继电保护J型产品级、故障类型保护级、保护方式级、继电保护J类型级等几个部分（如图2所示）。具体来说，系统级即指变压器保护系统；故障类型级即指短路保护和后备保护两种；保护方式级即指低压过滤、电流速断、差动方式等几种；继电保护J类型级即指熔断器、CR、TR等几种；继电保护J型产品级包含DL32/10、DL233/6、DS30 等几种情况。在本系统中能将下一个子框架引入到DL233/6型继电保护J类保护框架的槽中。通过此设计，能详细描述整个保护系统，虽然此种结构比较复杂，但能实现总框架的槽值约定的更改或继承，这样不仅能有效地减少数据冗余，还能确保数据信息的准确性，保证不产生矛盾的信息。

图3为 CR 继电器的框架示意图。其属性槽是“相数=1”，它是由规则以直接决定的。在运行过程中，以直接的方式赋值的是“Iset=”，或者在需计算时则调用ISETO对赋值进行计算。框架槽是“型号=DL233/6”，DL233/6继电器可以由此引出。框架所表现出来的嵌套关系能对保护系统的描述发挥关键作用。这种结构保证了总框架的槽值约定进行更改或继承，从而有效的降低数据冗余。

6结束语

综上所述，我国的电力系统继电保护技术经过了四个快速发展的阶段，并取得了巨大的发展空间和成果。继电保护技术展现出智能化、网络化、计算机化，数据通信一体化及人工智能化等的发展态势。对于电力企业来说，做好继电保护工作可以为电力系统的安全供电提供保障。通过本课题的探究，将电气工程智能系统应用在继电保护中，并对专家系统数据结构进行优化改造，能极大的满足电力生产的需求。

参考文献

[1]王惠中. 电气工程智能系统在继电保中的用 [J]. 城市建理研究，2013 （35）：147-148.

[2]赵杨. 电气工程智能系统在继电保中的用与改进 [J]. 数字技术与应用，2010（07）：171-172.

[3]张莉莉，刘世江. 电力系统继电保护与自动装置原理教学改革探讨 [J]. 科技致富向导，2011（29）：27-28.endprint