基于模糊匹配的繼電保護(hù)定值比對(duì)研究及應(yīng)用

史方芳，李聰聰，李玉敦，李 寬，李 娜

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003）

0 引言

定值的正確性是繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作的基礎(chǔ)，一旦整定定值錯(cuò)誤，可能出現(xiàn)保護(hù)不正確動(dòng)作情況，引起事故范圍擴(kuò)大，甚至影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［1-2］。目前，繼電保護(hù)定值整定計(jì)算采用離線整定軟件為計(jì)算工具生成定值單，在調(diào)度管理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)定值單審核、批準(zhǔn)、執(zhí)行等標(biāo)準(zhǔn)化操作的流轉(zhuǎn)過(guò)程。近年來(lái)，隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，各電氣元件保護(hù)的定值數(shù)量大大增加，人員工作量大、經(jīng)驗(yàn)不足等問(wèn)題均可能導(dǎo)致誤整定，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。因此，對(duì)定值通知單和裝置定值進(jìn)行自動(dòng)比較，降低人為因素的不利影響，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要意義［3-5］。

山東電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置型號(hào)、版本繁多，新建變電站均采用滿足2014 年版繼電保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范（簡(jiǎn)稱“九統(tǒng)一”）繼電保護(hù)裝置，而早期變電站一般都不滿足該規(guī)范，存在定值條目不匹配，定值順序不一致等問(wèn)題。而對(duì)于某些特殊接線變電站，繼電保護(hù)定值整定較大程度依賴計(jì)算人員的經(jīng)驗(yàn)，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(hù)定值比對(duì)系統(tǒng)，并對(duì)某些特殊整定場(chǎng)景進(jìn)行考慮。建立典型定值庫(kù)并對(duì)定值比對(duì)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用模糊匹配算法實(shí)現(xiàn)定值條目匹配，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)比對(duì)不同保護(hù)類型的定值單中不同類型保護(hù)定值條目，有效提高了山東電網(wǎng)定值比對(duì)的準(zhǔn)確性和工作效率，避免人為失誤造成的定值計(jì)算錯(cuò)誤。

1 繼電保護(hù)定值匹配

1.1 “九統(tǒng)一”裝置定值匹配

由于2013 年對(duì)2007 年版繼電保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范修訂后（簡(jiǎn)稱“六統(tǒng)一”）存在部分地區(qū)電網(wǎng)適應(yīng)性不足無(wú)法適應(yīng)調(diào)度控制一體化信息建設(shè)要求，國(guó)家電網(wǎng)公司2015 年對(duì)“六統(tǒng)一”規(guī)范進(jìn)行修訂形成了“九統(tǒng)一”規(guī)范?！熬沤y(tǒng)一”保護(hù)裝置符合Q/GDW 1161—2014《線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化涉及規(guī)范》中標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)相關(guān)要求，其中對(duì)保護(hù)裝置定值清單及軟壓板標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行規(guī)范，規(guī)定了定值的名稱、定值取值單位、定值單位等。所以“九統(tǒng)一”繼電保護(hù)裝置定值名稱均采用標(biāo)準(zhǔn)化名稱，在進(jìn)行定值條目匹配時(shí)，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(wǎng)新建500 kV 新建變電站均選用“九統(tǒng)一”繼電保護(hù)裝置，采用標(biāo)準(zhǔn)化定值單模板，定值名稱、定值順序均已提前規(guī)范，制作定值單模板只需選擇標(biāo)準(zhǔn)化定值條目即可。即使不同型號(hào)不同版本的同類型保護(hù)裝置，也能保證定值條目名稱規(guī)范一致，所以僅憑借定值名稱即可實(shí)現(xiàn)兩張同一類型保護(hù)定值單的完全匹配。

1.2 非“九統(tǒng)一”裝置定值匹配

對(duì)于非“九統(tǒng)一”裝置，定值名稱并不符合標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，同類保護(hù)定值名稱和定值順序并未實(shí)現(xiàn)完全一致，給定值比對(duì)中的定值匹配過(guò)程帶來(lái)了一定難度。常見(jiàn)的定值匹配困難的情況有：

1）羅馬數(shù)字表示形式不統(tǒng)一，比如距離Ⅰ段中的羅馬數(shù)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(hù)中“高壓側(cè)復(fù)壓過(guò)流保護(hù)”可能表示為“高復(fù)壓過(guò)流保護(hù)”或“復(fù)壓過(guò)流保護(hù)”；

3）保護(hù)功能不同，比如斷路器保護(hù)中有的型號(hào)“充電過(guò)流保護(hù)”為一個(gè)保護(hù)功能，有的保護(hù)“充電保護(hù)”和“過(guò)流保護(hù)”功能分開(kāi)；

4）定值條目數(shù)量、順序不一致。

雖然以上情況人為可以實(shí)現(xiàn)條目匹配，但自動(dòng)匹配具有一定難度。針對(duì)以上可能存在的問(wèn)題，在匹配前對(duì)定值單進(jìn)行規(guī)范化處理，提出采用模糊匹配算法實(shí)現(xiàn)定值匹配。

1.2.1 定值名稱規(guī)范化

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

表1 典型不規(guī)范定值名稱處理方法

定值名稱不規(guī)范主要是對(duì)保護(hù)條目的不同表達(dá)形式，比如重合閘、電流差動(dòng)保護(hù)、電壓互感器，可能采用不同的簡(jiǎn)化名稱或者采用不同的同義詞，對(duì)容易混淆的字符按照預(yù)處理規(guī)則進(jìn)行替換，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后再進(jìn)行定值條目匹配，可以增加其相似度和匹準(zhǔn)確率。

1.2.2 定值匹配

使用模糊匹配的方法實(shí)現(xiàn)定值數(shù)據(jù)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(guān)鍵詞匹配等方法，以上方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單但對(duì)于非“九統(tǒng)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(lái)實(shí)現(xiàn)定值模糊匹配，編輯距離是指兩個(gè)字符串之間，由一個(gè)字符串通過(guò)一些編輯操作可以變成另外一個(gè)字符串所需要的最少編輯操作次數(shù)，根據(jù)編輯距離確定兩個(gè)字符串之間的相似度，當(dāng)相似度大于設(shè)定閾值時(shí)，即可認(rèn)定兩個(gè)字符串是模糊匹配的，否則認(rèn)定兩字符串不匹配。本文1.2.1 中對(duì)繼電保護(hù)定值名稱規(guī)范化處理，能夠使需要匹配的兩個(gè)定值條目編輯距離縮小，可以提高定值比對(duì)成功的概率。對(duì)于無(wú)法匹配的定值條目進(jìn)行特殊標(biāo)記，支持人工干預(yù)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(hù)定值比對(duì)方法

繼電保護(hù)定值比對(duì)主要可以分為與典型定值庫(kù)的比對(duì)和同元件保護(hù)定值的比較。目前山東電網(wǎng)定值相對(duì)固化，某些保護(hù)裝置的定值所對(duì)應(yīng)的一次值采用同一數(shù)值，只需根據(jù)變比折算至二次側(cè)即可，而對(duì)控制字和軟壓板投退也相對(duì)固定，取統(tǒng)一值，因此可以形成山東電網(wǎng)典型定值庫(kù)。而對(duì)于各類保護(hù)裝置，由于目前山東電網(wǎng)220 kV 及以上電壓等級(jí)保護(hù)均雙重化配置，主要是實(shí)現(xiàn)各設(shè)備雙套保護(hù)定值比對(duì)。

2.1 典型繼電保護(hù)定值庫(kù)

近些年，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)發(fā)展迅速，網(wǎng)架不斷變強(qiáng)。以山東電網(wǎng)為例，當(dāng)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(wǎng)的“網(wǎng)格”已經(jīng)相對(duì)均勻，每個(gè)相同電壓等級(jí)變電站的短路電流不會(huì)有超數(shù)量級(jí)的巨大差異。為簡(jiǎn)化計(jì)算，保護(hù)裝置的定值所對(duì)應(yīng)的一次值完全可以采用同一數(shù)值，雖然靈敏度會(huì)有差異，但在“網(wǎng)格”均勻的條件下，完全可以忽略這些差異。

目前，山東電網(wǎng)對(duì)線路后備保護(hù)中的距離保護(hù)和零序保護(hù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，距離保護(hù)時(shí)間固定而定值僅與阻抗參數(shù)相關(guān)，零序過(guò)流保護(hù)簡(jiǎn)化后時(shí)間固定而定值僅與TA 變比和固定的一次值有關(guān)，對(duì)于控制字和軟壓板來(lái)說(shuō)，相關(guān)保護(hù)功能的壓板投退比較固定，僅重合閘檢同期檢無(wú)壓方式等相關(guān)壓板存在不同。線路保護(hù)典型定值如表2所示。除表2中所示典型值外，線路保護(hù)中TA 斷線分相差動(dòng)定值、零序電流加速段定值、TV 斷線零序過(guò)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(wǎng)500 kV線路保護(hù)典型定值

500 kV母線保護(hù)典型定值如表3所示。

表3 山東電網(wǎng)500 kV母線保護(hù)典型定值

500 kV 斷路器保護(hù)在TA 變比為2 500/1 時(shí)典型定值如表4所示。

表4 山東電網(wǎng)500 kV斷路器保護(hù)典型定值

2.2 各類繼電保護(hù)裝置定值比對(duì)流程

目前，國(guó)內(nèi)各電網(wǎng)公司中220 kV 及以上線路一般配置兩套保護(hù)，線路本側(cè)和對(duì)側(cè)共四套線路保護(hù)裝置。線路保護(hù)定值基本比對(duì)的規(guī)則如下：

1）本側(cè)兩套線路保護(hù)定值單比對(duì)。本側(cè)兩套保護(hù)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(duì)）側(cè)縱聯(lián)碼。當(dāng)保護(hù)版本不同時(shí)，兩套保護(hù)的定值條目、控制字和軟壓板會(huì)略有差別，如零序反時(shí)限定值和零序反時(shí)限時(shí)間等。

2）對(duì)側(cè)兩套線路保護(hù)定值單比對(duì)與1）本側(cè)對(duì)比相同。

3）本側(cè)線路保護(hù)與對(duì)側(cè)線路保護(hù)的比對(duì)。當(dāng)本側(cè)和對(duì)側(cè)兩套保護(hù)的TA 變比相同時(shí)，各定值條目的取值大多相同（山東電網(wǎng)的線路后備保護(hù)已經(jīng)簡(jiǎn)化［6］）。不同的定值條目一般為：本（對(duì)）側(cè)縱聯(lián)碼、投檢同期（無(wú)壓）方式。當(dāng)TA 變比不同時(shí)，與TA 變比相關(guān)的定值條目的取值大多不同，需要根據(jù)TA 變比進(jìn)行折算后再進(jìn)行對(duì)比。

4）與典型定值單的比對(duì)。把表2—表4 所示的定值做成不同保護(hù)版本、型號(hào)、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(cuò)誤的問(wèn)題。

線路保護(hù)定值比對(duì)流程如圖2所示。

圖2 線路保護(hù)定值比對(duì)流程

母線保護(hù)、變壓器保護(hù)、斷路器保護(hù)定值比對(duì)較線路保護(hù)定值比對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，僅涉及單側(cè)兩套保護(hù)比對(duì)和與典型定值比對(duì)。兩套保護(hù)定值比對(duì)是為了避免出現(xiàn)兩套保護(hù)整定不一致出現(xiàn)的兩套保護(hù)動(dòng)作不一致情況，而與典型定值比對(duì)主要是為了防止出現(xiàn)兩套保護(hù)均整定錯(cuò)誤而導(dǎo)致的誤整定。

3 定值比對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 定值比對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

繼電保護(hù)定值在離線整定計(jì)算軟件計(jì)算完成后，以定值單形式上傳至調(diào)度管理應(yīng)用系統(tǒng)（Power Dispacthing Operation Management System，OMS）并完成定值流轉(zhuǎn)過(guò)程。定值比對(duì)系統(tǒng)中獲取OMS 中狀態(tài)為已發(fā)布的定值單為準(zhǔn)，根據(jù)定值單表頭解析出來(lái)的“電壓等級(jí)—廠站—被保護(hù)設(shè)備—保護(hù)型號(hào)”完成被比對(duì)的兩張定值單的匹配。定值單匹配完成后，基于模式識(shí)別技術(shù)對(duì)OMS中繼電保護(hù)定值單進(jìn)行智能識(shí)別，根據(jù)各類保護(hù)類型的定值單特征將定值單分類解析提取。定值單數(shù)據(jù)解析提取后進(jìn)行定值單數(shù)據(jù)規(guī)范化處理，進(jìn)行定值條目匹配并完成定值比對(duì)，定值不一致的保護(hù)自動(dòng)形成定值比對(duì)報(bào)告，并將定值比對(duì)結(jié)果推送給繼電保護(hù)專業(yè)管理人員［7-8］。定值比對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 繼電保護(hù)定值比對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 定值比對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于本文所提定值比對(duì)系統(tǒng)，山東500 kV 電網(wǎng)定值比對(duì)可以分為保護(hù)定值比對(duì)、控制字比對(duì)和軟壓板比對(duì)。基準(zhǔn)值可以取自典型定值或在某一變比下的定值單。線路保護(hù)定值比對(duì)結(jié)果如圖4所示。

圖4 線路保護(hù)定值比對(duì)結(jié)果

控制字比對(duì)結(jié)果如圖5所示。

圖5 保護(hù)定值比對(duì)

軟壓板比對(duì)結(jié)果如圖6所示。

圖6 軟壓板比對(duì)結(jié)果

該定值比對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用于基建工程投產(chǎn)、二次系統(tǒng)改造等，在定值修改、新建工程定值輸入等情況下開(kāi)展繼電保護(hù)定值比對(duì)，將比對(duì)不一致項(xiàng)加以區(qū)分，提醒現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)核實(shí)定值整定情況，有效提高繼電保護(hù)裝置定值準(zhǔn)確性，避免人為因素導(dǎo)致的誤整定。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)在傳統(tǒng)的人工定值比對(duì)模式，提出一種基于模糊匹配的繼電保護(hù)定值比對(duì)方法，分析了定值比對(duì)的重要性，詳細(xì)闡述了定值條目規(guī)范化處理方法及基于模糊匹配算法的定值比對(duì)方法，對(duì)線路保護(hù)、母線保護(hù)、變壓器保護(hù)和斷路器保護(hù)的定值比對(duì)細(xì)則進(jìn)行了詳細(xì)分析。開(kāi)發(fā)的定值比對(duì)系統(tǒng)在山東電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用，取得了良好應(yīng)用效果，極大提高了定值比對(duì)的效率和定值的正確性，具有較強(qiáng)的工程推廣應(yīng)用價(jià)值。