摘要：电厂继电保护整定计算直接关系到继电保护装置能否迅速可靠地动作，是电厂安全运行的重要保障。本文探讨了电厂继电保护整定计算智能系统图模库一体化工具的研究。
关键词：电厂继电保护整定计算；智能化；图模库一体化
电力供应的可靠性、安全性关系是整个国家正常运转的重要保障。发电厂继电保护既能保护电力设备免遭损坏，又能提高电力系统运行的稳定性，是保证电力系统及其设备安全运行最有效的方法之一。
一、图模库一体化工具的设计原则
1、一体性。一体性指电气设备图元与其设备属性的一一对应、电气接线图图形显示及其拓扑模型与实际电网结构的一致性，实现图形、模型及设备属性的一体化管理。它是系统可靠、稳定运行的基本保证。
2、通用性。通用性指降低图形系统与计算系统的耦合程度，使图模库一体化工具对常用计算软件具有一般适用性。根据软件工程理论，通过数据分离和功能分离增强系统通用性。而数据分离是指将电气接线图图形参数与设备属性参数独立存储，二者通过设备名称或设备编号实现一一对应。功能分离是指将显示、编辑和分析图形的功能封装于图形平台，而将设备属性的设置、建立计算模型的功能封装于计算平台。两者通过数据库访问接口进行弱耦合。
3、智能性。智能性是指尽可能减少图形建模过程中的人工干预，使图模库一体化工具能自动完成一些原来需要人的专家经验才可进行的工作。因此，智能性是设计实现图模库一体化工具的突出特点。
二、图模库一体化工具的实现方法
采用图形技术及可视化编程技术，利用程序设计工具VC++与关系型数据库系统的紧密结合，实现图形建模和设备属性的一体化运行与管理。根据发电厂电气接线的特点及整定人员的需求，实现图元建模、发电厂典型设计模板建模、文字描述建模及外部图形辨识建模四种建模方式。主要功能的实现方法如下。
1、图元建模的实现
1)利用VC++中类的封装性和继承性，自定义基类。它封装了所有设备元件的共同属性，如设备名称、大小、颜色、方向、电压等级、坐标及图元或图块的编辑函数如：选中、拖动、复制、粘贴、剪切、删除、旋转、缩放、撤消。各设备元件类由基类派生而来，继承基类的所有属性并具有自己的特殊属性。
2)按照电气设计手册相关规定建立各设备元件的表征符号，并以控件的方式置于绘图工具栏内。
3)利用矢量坐标法实现图元间的自动对焦。
4)基于连接规则和节点融合的快速拓扑分析算法。根据原始拓扑关系实现自动检查连接性、拓扑建模、识别电气孤岛。相对于目前大多数拓扑分析采用的深度优先算法，快速拓扑分析算法的拓扑速度更快、更易于编程实现。
5)利用矢量坐标搜索法，实现各图元按其额定电压等级自动着色。
6)双击鼠标左键或单击鼠标右键显示设备属性对话框查看或设置设备属性，并自动将其与数据库绑定。
7)数据库管理中各设备属性表与绘图属性表通过设备名称这一外键相关联，实现图元的图形属性与设备属性的一一对应。
2、发电厂典型设计模板建模的实现
1)建立记录发电厂典型设计模板图形属性的数据库。它独立于用户新建工程数据库，且具有可扩展性及不可任意修改性。模板库的数据结构包括模板名称、设备名称、设备ID、设备类型、设备位置坐标、图元大小、颜色、方向等。
2)以300 MW、600 MW的火力发电厂典型设计工程实例为基本模板建立多个典型设计模板存入模板库。
3)构建由模板缩略图显示区和详细信息显示区组成的模板选择对话框。缩略图显示区显示典型设计缩略图供用户选择，详细信息显示区显示用户所选模板的基本信息，如发电机台数、容量及型号，变压器台数、容量及型号，主接线形式等。
由于厂用系统设计与电厂主系统接线形式相关，因此，用户选择电气主系统图后，相关联的厂用系统接线图显示于模板缩略图选择区中供用户选择。
4)通过鼠标响应调用模板数据库将所选典型设计的缩略图以正常比例显示在图形平台上，作为本次工程计算的实例。
3、文字描述建模的实现
1)依据发电厂电气接线的结构特点和设计要求，确定绘制电气接线图所需基本信息，如主设备的设备名称、设备型号、设备容量所连设备类型和名称等。
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2)构建包含文字描述区和缩略图显示区的对话框。文字描述区由设备及其连接关系选择区和连接关系列表区组成，用户在设备及其连接关系选择区添加发电机、变压器的型号、容量及所连设备类型、名称等信息，连接关系列表区显示已添加设备的设备名称、型号、连接关系，并允许用户选中一个或多个设备通过右键菜单对其进行删除或修改；编略图显示区动态显示相应的缩略图。
3)构建设备属性库存储各类电气主设备常用设备型号的属性，并与文字描述面板相关联。用户选择设备型号后即可自动从设备属性库中获取相应的设备属性。
4、外部图形辨识建模的实现
1)调用格式转化插件将预读取的DWG格式电气主系统图或厂用系统图转化为DXF格式。
2)流模式打开DXF文件。
3)实体段是DXF文件结构的组成部分，它记录了点、线、圆、多段线等几何实体的数据信息，将其与VC++中已定义的基本图元相匹配，从而获取可由VC++识别和处理的图形信息。已定义的基本图元包括点、直线、圆、圆弧及文本。DXF文件中的点、直线等简单几何实体采用直接匹配，而多段线等可表示多种基本图元的复杂实体则先将其拆分为简单实体再匹配。
4)预处理基本图元数据
①根据基本图元的类型和位置坐标辨识其连接、交叉、覆盖等相对位置关系。
②聚合插入基点坐标相近的文本形成文本段，以便于辨识设备属性。
5)辨识设备图元符号
①将预处理后的基本图元与设备图元的几何特征相匹配。辨识设备图元并将其类型、位置、颜色等数据存入相应的设备类数组结构中。
②由字符与图形组合而成的设备图元利用文本与基本图元的位置关系辨识。
③坐标变换。CAD图形一般基于世界坐标系(WCS)绘制，因此，辨识到的设备图元位置坐标是基于WCS的，而WCS与VC++6.0客户区坐标系的y轴正方向相反且单位刻度不同，因此，基于拓扑关系一致性实现坐标变换。
6)辨识设备图元间的连接关系
①由于数据读取精度的差别，设备图元在VC++客户区坐标系下的相对位置及连接关系可能与原CAD图形存在偏差，因此，输出图形前需基于电气设备的连接规则修正部分设备图元的位置坐标。
②非线路类设备间的连接关系通过判断其端点坐标是否重合或偏差小于某界限进行辨识。根据VC++客户区坐标系的坐标刻度、设备图元的大小等因素该界限值可设为15。
③线路类与非线路类设备间的连接关系采用坐标范围覆盖法辨识。即：以线路类设备的两端点为界限设定覆盖该线路且裕度不超过15的矩形范围。端点位于该矩形内的非线路设备辨识为与该线路连接。
7)辨识设备名称
①以设备图元的位置坐标为中心划定搜索域，所有位于该域内的文本形成文本集合。
②设备名称中具有关键词的设备，如发电机名称的关键词为“发电机”，则以关键词为索引在文本集合中辨识其设备名称。
③设备名称中没有关键词的设备，如断路器，则基于设备名称与图元间的一一对应关系及就近原则辨识。
8)辨识设备属性
①基于设备固元及文本的位置坐标，在文本段集合中检索表示该图元的设备属性的文本段。
②将该文本段与设各属性表进行模式匹配，辨识文本段中字段所表示的具体属性。
三、结语
随着计算机技术在电力系统中的广泛应用，采用智能算法的发电厂继电保护整定计算智能系统开始在发电厂得以应用。其中，图模库一体化工具是继电保护整定系统的重要组成部分，其主要功能是建立整定计算用的发电厂一次系统模型。
参考文献：
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[3]张旭.电厂继电保护整定计算智能系统图模库一体化工具的研究[J].电力系统保护与控制，2015(12).
论文作者:付迎春,李叶
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：设备论文; 属性论文; 坐标论文; 图形论文; 建模论文; 名称论文; 拓扑论文; 《电力设备》2019年第1期论文;