萬華艦

(三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北　宜昌　443002)

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繼電保護(hù)的圖形化建模

萬華艦

(三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北宜昌443002)

依據(jù)繼電保護(hù)的邏輯圖編寫程序存在不直觀、工作量大、易出錯(cuò)等諸多缺點(diǎn)，提出了一種圖形化的繼電保護(hù)建模方法以及邏輯模塊連接關(guān)系解析算法，用于繼電保護(hù)系統(tǒng)的仿真建模。該方法用所開發(fā)的圖元庫畫出繼電保護(hù)的邏輯圖，并應(yīng)用邏輯模塊連接關(guān)系解析算法對(duì)邏輯圖進(jìn)行解析計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果。該算法不局限于有根樹，且考慮了繼電保護(hù)中可能存在的延時(shí)，算法簡(jiǎn)單、效率高。將該算法用于某水電站仿真系統(tǒng)中，驗(yàn)證了算法的有效性和實(shí)用性。該算法亦可應(yīng)用于其它領(lǐng)域的圖形化建模。

繼電保護(hù)；邏輯圖；圖形化建模；延時(shí)；仿真

1　引言

繼電保護(hù)的邏輯程序復(fù)雜，編寫時(shí)存在以下缺點(diǎn)[1]：(1)開發(fā)過程費(fèi)時(shí)費(fèi)工；(2)重復(fù)性大；(3)準(zhǔn)確性差；(4)開放性差。圖形化建模具有“所見即所得”的優(yōu)點(diǎn)，可直觀地描述復(fù)雜的邏輯關(guān)系，解決上述缺點(diǎn)，將建模人員從繁瑣的編程中解放出來，而致力于模型開發(fā),并使用戶容易理解和維護(hù)，有效降低出錯(cuò)率，提高軟件的可靠性[2-4]。

目前繼電保護(hù)的圖像化建模中存在以下問題[5-9]：(1)將圖形作為有根樹來處理，根據(jù)深度優(yōu)先、廣度優(yōu)先等算法來解析，而在有些情況下，繼電保護(hù)邏輯圖中存在同為兩個(gè)不同深度的節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，即該節(jié)點(diǎn)無唯一確定的深度，此時(shí)樹形結(jié)構(gòu)無法處理；(2)未考慮繼電保護(hù)邏輯圖中可能存在的延時(shí)；(3)算法復(fù)雜。本文提出了一種新算法，開發(fā)的圖形化建模環(huán)境不局限于樹形結(jié)構(gòu)，且考慮到了延時(shí)，算法簡(jiǎn)單、效率高。該項(xiàng)技術(shù)已成功地應(yīng)用到某水電站仿真系統(tǒng)中。

2　繼電保護(hù)邏輯圖拓?fù)渌阉魉惴?/h2>

繼電保護(hù)邏輯圖拓?fù)渌阉魉惴òǎ簣D元庫的開發(fā)，節(jié)點(diǎn)屬性的定義，節(jié)點(diǎn)屬性的搜索與儲(chǔ)存，邏輯模塊連接關(guān)系解析,算法優(yōu)化。

2.1圖元庫的開發(fā)

圖形化建模中的圖形由圖元連接構(gòu)成，圖元庫的開發(fā)是圖形化建模的第1步。本文選用北京圖王軟件開發(fā)有限公司的Visual Graph軟件，此軟件可在圖元之間建立拓?fù)溥B接，故可用于圖形化建模。繼電保護(hù)圖形化建模圖庫主要包括：自定義函數(shù)、邏輯運(yùn)算、延時(shí)、顯示。

圖元庫的開發(fā)關(guān)鍵點(diǎn)如下：

(1)對(duì)于所有圖元，為便于獲取節(jié)點(diǎn)的拓?fù)溥B接關(guān)系，添加兩類連接腳：

①輸入連接腳，如foot_in_1，foot_in_2，foot_in_3；

②輸出連接腳，如foot_out_1，foot_out_2，foot_out_3。

(2)對(duì)于自定義函數(shù)圖元和邏輯運(yùn)算圖元，為在程序中獲取圖元所代表的函數(shù)，添加屬性：函數(shù)名functionName。在邏輯運(yùn)算圖元中，函數(shù)名functionName取與、或、非等邏輯運(yùn)算。

(3)對(duì)于延時(shí)圖元，添加屬性：延時(shí)delayTim。

開發(fā)好的圖元庫實(shí)例化之后的圖元如圖1所示。

圖1　繼電保護(hù)圖形化建模圖元庫

圖1中左邊的黑色箭頭為輸入連接腳，右邊的黑點(diǎn)為輸出連接腳。

2.2節(jié)點(diǎn)屬性的定義

在圖形化建模中，將每個(gè)圖元抽象為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)屬性表如表1。以類描述每個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的屬性如表1所示，其中childrenNum_vector和parentNum_vector分別為子節(jié)點(diǎn)編號(hào)和父節(jié)點(diǎn)編號(hào)，用于存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系。

表1　節(jié)點(diǎn)屬性表

2.3 節(jié)點(diǎn)屬性的搜索與儲(chǔ)存

搜索并儲(chǔ)存各個(gè)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系等屬性，步驟如下：

(1)對(duì)除連接線之外的所有圖元依次編號(hào)。

(2)對(duì)每個(gè)圖元，記為圖元A，根據(jù)Visual Graph中的Links函數(shù)，獲取與之相連的連接線圖元，并進(jìn)而求得直線另一端的圖元B。若圖元A與連接線圖元的連接腳名字以“foot_in”開頭，則表示圖元B為圖元A的子節(jié)點(diǎn)，將圖元B的編號(hào)儲(chǔ)存于圖元A的子節(jié)點(diǎn)編號(hào)一維數(shù)組childrenNumber_vector中，并將圖元的輸入儲(chǔ)存于輸入一維數(shù)組in_vector中；若圖元A與連接線圖元的連接腳名字以“foot_out”開頭，則表示圖元B為圖元A的父節(jié)點(diǎn)，將圖元B的編號(hào)儲(chǔ)存于圖元A的父節(jié)點(diǎn)編號(hào)parentNumber_vector中，并將圖元的輸出儲(chǔ)存于輸出一維數(shù)組out_vector中。

(3)儲(chǔ)存圖元的函數(shù)名functionName。

(4)若為延時(shí)圖元，儲(chǔ)存圖元的延時(shí)delayTime；若非延時(shí)圖元，默認(rèn)delayTime為0。

2.4邏輯模塊連接關(guān)系解析

為避免同一節(jié)點(diǎn)被搜索多次，每個(gè)節(jié)點(diǎn)新增兩個(gè)屬性：輸出是否已滿isProcessed_Output、輸入是否已滿isProcessed_Input，均初始化為0。

為記錄延時(shí)倒計(jì)時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)新增一個(gè)屬性：延時(shí)副本delayTime_copy，初始化為節(jié)點(diǎn)的延時(shí)。

節(jié)點(diǎn)新增中間屬性如表2。

表2　節(jié)點(diǎn)新增中間屬性表

邏輯模塊連接關(guān)系解析算法流程圖如圖2。

2.5算法優(yōu)化

因需進(jìn)行拓?fù)潢P(guān)系解析，故圖形化建模計(jì)算速度較直接手工編程有所降低。為解決這一圖形化建模新引入的缺點(diǎn)，考慮如下方法：先運(yùn)行一次，在將節(jié)點(diǎn)的輸出傳給父節(jié)點(diǎn)作為輸入及根據(jù)函數(shù)名調(diào)用計(jì)算輸出的同時(shí)，儲(chǔ)存該節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，得到處理節(jié)點(diǎn)的正確的先后順序，并儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫。軟件初始化時(shí)從數(shù)據(jù)庫中讀取節(jié)點(diǎn)信息及處理節(jié)點(diǎn)的先后順序，然后根據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的先后順序依次調(diào)用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，提高程序執(zhí)行效率。

3　算例分析

以某裝置的遠(yuǎn)方跳閘判據(jù)的邏輯的一部分為例，利用所開發(fā)的圖元庫繪制邏輯圖初始化后如圖3(a)所示，運(yùn)行3s后如圖3(b)所示，運(yùn)行6s后如圖3(c)所示。其中紅色表示1，綠色表示0。

圖2　邏輯模塊連接關(guān)系解析算法流程圖

圖3　繼電保護(hù)邏輯圖

因圖3中模塊“TA斷線”無明確的深度，故該圖并非有根樹，由圖3(a)、圖3(b)可知，算法可正確進(jìn)行拓?fù)渌阉鞑⒔馕鲇?jì)算。圖3中模塊“跳閘”前存在模塊“延時(shí)”，由圖3可知，算法可正確處理延時(shí)。

為測(cè)試算法優(yōu)化后對(duì)程序執(zhí)行效率的影響，分別以算法優(yōu)化前及優(yōu)化后的程序，對(duì)圖3所示算例，將延時(shí)置0，在同一計(jì)算機(jī)和同一軟件上運(yùn)行10次，記錄從運(yùn)行到得到計(jì)算結(jié)果的運(yùn)行耗時(shí)，列于表3。

表3　優(yōu)化前后耗時(shí)對(duì)比

由表3可知，測(cè)試結(jié)果表明，算法優(yōu)化后較優(yōu)化前計(jì)算速度提高了約10%。

4　結(jié)束語

本文開發(fā)了繼電保護(hù)圖形化建模的圖元庫，利用該圖元庫畫出繼電保護(hù)的邏輯圖，結(jié)合本文提出的一種拓?fù)渌阉魉惴ǎ梢詫?duì)邏輯圖進(jìn)行拓?fù)渌阉鞑⒔馕鲇?jì)算，得到計(jì)算結(jié)果，使建模人員可致力于繼電保護(hù)的建模工作。通過對(duì)某水電站的實(shí)際仿真，驗(yàn)證了算法的有效性。

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Graphic Modeling for Protected Relay

WAN Hua-jian

(College of Electrical Engineering &Renewable Energy,Three Gorges University,Yichang 443002,China)

Due to the fact that there are many shortcomings of not intuitionistic,high workload and error prone in programing of relay protection logic diagrams,this paper proposed a method of graphical relay modeling and analytical algorithm of the logic module connection(LMCAA),which was applied to relay protection system simulation.This method drew the logic diagrams with the developed graphic elements library,executed the analytic calculation with the LMCAA,and then obtained the results.The algorithm was not limit to rooted trees,had taken the probable delay in relay system into consideration,and was of great efficiency and easy usability.This algorithm was applied to a real hydropower station training system,which verified the effectiveness and practicability.Besides,it can be extended to the graphic modeling in other areas.

protect relay;logic diagram;graphic modeling;delay;Simulation

1004-289X(2016)01-0054-04

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51277110)

TM77

B

2015-07-24

萬華艦(1991-)，男，碩士研究生，主要研究方向：水電站仿真與控制，電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制。