基于模糊匹配的继电保护定值比对研究及应用

史方芳，李聪聪，李玉敦，李 宽，李 娜

（国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003）

0 引言

定值的正确性是继电保护装置正确动作的基础，一旦整定定值错误，可能出现保护不正确动作情况，引起事故范围扩大，甚至影响电网的安全稳定运行［1-2］。目前，继电保护定值整定计算采用离线整定软件为计算工具生成定值单，在调度管理系统中实现定值单审核、批准、执行等标准化操作的流转过程。近年来，随着电网规模不断扩大，各电气元件保护的定值数量大大增加，人员工作量大、经验不足等问题均可能导致误整定，对电网安全稳定运行产生不利影响。因此，对定值通知单和装置定值进行自动比较，降低人为因素的不利影响，对电网安全运行具有重要意义［3-5］。

山东电网继电保护装置型号、版本繁多，新建变电站均采用满足2014 年版继电保护装置标准化设计规范（简称“九统一”）继电保护装置，而早期变电站一般都不满足该规范，存在定值条目不匹配，定值顺序不一致等问题。而对于某些特殊接线变电站，继电保护定值整定较大程度依赖计算人员的经验，与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继电保护定值比对系统，并对某些特殊整定场景进行考虑。建立典型定值库并对定值比对流程进行设计，采用模糊匹配算法实现定值条目匹配，实现自动比对不同保护类型的定值单中不同类型保护定值条目，有效提高了山东电网定值比对的准确性和工作效率，避免人为失误造成的定值计算错误。

1 继电保护定值匹配

1.1 “九统一”装置定值匹配

由于2013 年对2007 年版继电保护装置标准化设计规范修订后（简称“六统一”）存在部分地区电网适应性不足无法适应调度控制一体化信息建设要求，国家电网公司2015 年对“六统一”规范进行修订形成了“九统一”规范。“九统一”保护装置符合Q/GDW 1161—2014《线路保护及辅助装置标准化涉及规范》中标准化设计相关要求，其中对保护装置定值清单及软压板标准格式进行规范，规定了定值的名称、定值取值单位、定值单位等。所以“九统一”继电保护装置定值名称均采用标准化名称，在进行定值条目匹配时，仅凭定值名称即完成两张定值单的定值条目匹配。

目前，山东电网新建500 kV 新建变电站均选用“九统一”继电保护装置，采用标准化定值单模板，定值名称、定值顺序均已提前规范，制作定值单模板只需选择标准化定值条目即可。即使不同型号不同版本的同类型保护装置，也能保证定值条目名称规范一致，所以仅凭借定值名称即可实现两张同一类型保护定值单的完全匹配。

1.2 非“九统一”装置定值匹配

对于非“九统一”装置，定值名称并不符合标准化设计，同类保护定值名称和定值顺序并未实现完全一致，给定值比对中的定值匹配过程带来了一定难度。常见的定值匹配困难的情况有：

1）罗马数字表示形式不统一，比如距离Ⅰ段中的罗马数字可能在某些定值单中以英文字母I表示；

2）定值名称不一致，比如主变保护中“高压侧复压过流保护”可能表示为“高复压过流保护”或“复压过流保护”；

3）保护功能不同，比如断路器保护中有的型号“充电过流保护”为一个保护功能，有的保护“充电保护”和“过流保护”功能分开；

4）定值条目数量、顺序不一致。

虽然以上情况人为可以实现条目匹配，但自动匹配具有一定难度。针对以上可能存在的问题，在匹配前对定值单进行规范化处理，提出采用模糊匹配算法实现定值匹配。

1.2.1 定值名称规范化

定值名称规范化处理主要将常见不规范定值名称规范化，将各类定不同定值条目表达形式处理为规范化定值条目，处理方式如表1所示。

表1 典型不规范定值名称处理方法

定值名称不规范主要是对保护条目的不同表达形式，比如重合闸、电流差动保护、电压互感器，可能采用不同的简化名称或者采用不同的同义词，对容易混淆的字符按照预处理规则进行替换，进行标准化处理后再进行定值条目匹配，可以增加其相似度和匹准确率。

1.2.2 定值匹配

使用模糊匹配的方法实现定值数据的匹配，目前常用的模糊匹配算法有首部匹配、尾部匹配、包含匹配、关键词匹配等方法，以上方法实现简单但对于非“九统一”装置定值匹配效率不高。采用编辑距离的遍历模糊匹配方法来实现定值模糊匹配，编辑距离是指两个字符串之间，由一个字符串通过一些编辑操作可以变成另外一个字符串所需要的最少编辑操作次数，根据编辑距离确定两个字符串之间的相似度，当相似度大于设定阈值时，即可认定两个字符串是模糊匹配的，否则认定两字符串不匹配。本文1.2.1 中对继电保护定值名称规范化处理，能够使需要匹配的两个定值条目编辑距离缩小，可以提高定值比对成功的概率。对于无法匹配的定值条目进行特殊标记，支持人工干预匹配。编辑距离的遍历模糊匹配方法流程如图1所示。

图1 编辑距离的遍历模糊匹配方法流程

2 继电保护定值比对方法

继电保护定值比对主要可以分为与典型定值库的比对和同元件保护定值的比较。目前山东电网定值相对固化，某些保护装置的定值所对应的一次值采用同一数值，只需根据变比折算至二次侧即可，而对控制字和软压板投退也相对固定，取统一值，因此可以形成山东电网典型定值库。而对于各类保护装置，由于目前山东电网220 kV 及以上电压等级保护均双重化配置，主要是实现各设备双套保护定值比对。

2.1 典型继电保护定值库

近些年，国内电网发展迅速，网架不断变强。以山东电网为例，当前有5座1 000 kV特高压交流变电站、2 座±800 kV 特高压直流换流站、56 座500 kV 变电站，电网的“网格”已经相对均匀，每个相同电压等级变电站的短路电流不会有超数量级的巨大差异。为简化计算，保护装置的定值所对应的一次值完全可以采用同一数值，虽然灵敏度会有差异，但在“网格”均匀的条件下，完全可以忽略这些差异。

目前，山东电网对线路后备保护中的距离保护和零序保护进行简化，距离保护时间固定而定值仅与阻抗参数相关，零序过流保护简化后时间固定而定值仅与TA 变比和固定的一次值有关，对于控制字和软压板来说，相关保护功能的压板投退比较固定，仅重合闸检同期检无压方式等相关压板存在不同。线路保护典型定值如表2所示。除表2中所示典型值外，线路保护中TA 断线分相差动定值、零序电流加速段定值、TV 断线零序过流定值等定值条目定值均已固化，控制字投退情况一般也固定。

表2 山东电网500 kV线路保护典型定值

500 kV母线保护典型定值如表3所示。

表3 山东电网500 kV母线保护典型定值

500 kV 断路器保护在TA 变比为2 500/1 时典型定值如表4所示。

表4 山东电网500 kV断路器保护典型定值

2.2 各类继电保护装置定值比对流程

目前，国内各电网公司中220 kV 及以上线路一般配置两套保护，线路本侧和对侧共四套线路保护装置。线路保护定值基本比对的规则如下：

1）本侧两套线路保护定值单比对。本侧两套保护的TA 变比一般为相同值，各定值条目的取值大多相同。不同的定值条目一般为通道类型、本（对）侧纵联码。当保护版本不同时，两套保护的定值条目、控制字和软压板会略有差别，如零序反时限定值和零序反时限时间等。

2）对侧两套线路保护定值单比对与1）本侧对比相同。

3）本侧线路保护与对侧线路保护的比对。当本侧和对侧两套保护的TA 变比相同时，各定值条目的取值大多相同（山东电网的线路后备保护已经简化［6］）。不同的定值条目一般为：本（对）侧纵联码、投检同期（无压）方式。当TA 变比不同时，与TA 变比相关的定值条目的取值大多不同，需要根据TA 变比进行折算后再进行对比。

4）与典型定值单的比对。把表2—表4 所示的定值做成不同保护版本、型号、TA 变比的定值单，格式与正式定值单一样，非典型值缺省，可以方便查出是否两套装置都整定错误的问题。

线路保护定值比对流程如图2所示。

图2 线路保护定值比对流程

母线保护、变压器保护、断路器保护定值比对较线路保护定值比对来说比较简单，仅涉及单侧两套保护比对和与典型定值比对。两套保护定值比对是为了避免出现两套保护整定不一致出现的两套保护动作不一致情况，而与典型定值比对主要是为了防止出现两套保护均整定错误而导致的误整定。

3 定值比对系统设计与实现

3.1 定值比对系统设计

继电保护定值在离线整定计算软件计算完成后，以定值单形式上传至调度管理应用系统（Power Dispacthing Operation Management System，OMS）并完成定值流转过程。定值比对系统中获取OMS 中状态为已发布的定值单为准，根据定值单表头解析出来的“电压等级—厂站—被保护设备—保护型号”完成被比对的两张定值单的匹配。定值单匹配完成后，基于模式识别技术对OMS中继电保护定值单进行智能识别，根据各类保护类型的定值单特征将定值单分类解析提取。定值单数据解析提取后进行定值单数据规范化处理，进行定值条目匹配并完成定值比对，定值不一致的保护自动形成定值比对报告，并将定值比对结果推送给继电保护专业管理人员［7-8］。定值比对系统架构如图3所示。

图3 继电保护定值比对系统架构

3.2 定值比对系统实现

基于本文所提定值比对系统，山东500 kV 电网定值比对可以分为保护定值比对、控制字比对和软压板比对。基准值可以取自典型定值或在某一变比下的定值单。线路保护定值比对结果如图4所示。

图4 线路保护定值比对结果

控制字比对结果如图5所示。

图5 保护定值比对

软压板比对结果如图6所示。

图6 软压板比对结果

该定值比对系统应用于基建工程投产、二次系统改造等，在定值修改、新建工程定值输入等情况下开展继电保护定值比对，将比对不一致项加以区分，提醒现场人员及时核实定值整定情况，有效提高继电保护装置定值准确性，避免人为因素导致的误整定。

4 结语

针对现在传统的人工定值比对模式，提出一种基于模糊匹配的继电保护定值比对方法，分析了定值比对的重要性，详细阐述了定值条目规范化处理方法及基于模糊匹配算法的定值比对方法，对线路保护、母线保护、变压器保护和断路器保护的定值比对细则进行了详细分析。开发的定值比对系统在山东电网实际应用，取得了良好应用效果，极大提高了定值比对的效率和定值的正确性，具有较强的工程推广应用价值。