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(作者：冯林桥, 许文玉, 陈湘波, 刘再芳)
摘 要: 对电网识别技术进行了实用性研究。针对传统识别方法的不足，提出了面向对象的图示化智 能识别方法。该方法以与数据库链接的智能图形系统为基础，将电网及其组成元件定义为带 属性、方法、事件的对象，并引入智能化数学描述，将元件的状态、方式引入图元属性，从 而确定了网络的状态、特征，使逻辑推理、拓朴分析顺利进行。实现了图元与数据库的同步 联系，为实现电网软件的同平台操作打下基础。通过图示化短路计算与保护整定一体化系统 的实践，验证了该方法的有效性和优越性。
关键词: 电网智能识别; 面向对象; 智能图形系统; 一体化
1前言
随着计算机技术的应用，智能化和图示化技术在电力系统中得到了快速发展［1 ，2］。前台图形界面与后台数据间联系的加强，网络识别已不仅仅是拓扑结构的识别， 而应包含自身相应数据间的关联及电网变换后的结构。即不仅要识别图形界面的连接关系， 而且要同步识别有机联系的后台数据［3~5］。部分文献仅涉及一次图结构性检查［6］及图形与连接数据库的设计［7］，尚须针对具体对象实施。
电网的继电保护设计和整定计算是一项繁琐费时而又责任重大的经常性工作，其设计计算的 正确与否直接关系到电网的安全运行。准确的短路电流计算是继电保护正确整定的先决条件 。电网拓扑结构及一定条件下子网的正确识别是短路计算准确与否的前提。
综上所述，目前，已有的继电保护整定软件普遍存在以下问题：
1）网络识别难以自由适应整定的需要。如大型网络需要分区考虑，但分区网的数据往往重 复由人工输入而不直接从主网自动获取。整定中所需的助增、分支系数，系统往往要单独计 算或由人工反复手算比较确定后输入整定程序。
2）部分软件存在短路电流计算与保护整定分割进行，分步处理造成重复的输入与输出。
3）绘图与计算在不同平台进行，缺乏有机协调的统一图示化操作界面。
本文就以上几方面开展研究，并提出以图示化电网智能识别技术解决此类问题的可行方案。
2图示化电网智能识别技术
2.1传统的电网识别模式
传统的电网识别仅仅进行电网元件连接关系的识别。自从电力系统中应用计算机以来，各种 计算如潮流、短路、稳定分析都是在对电网识别的基础上进行的，通常方法是节点支路识别 法。将电网视为仅由节点和支路组成的整体，节点指母线及其他处于电网中需要研究的电气 点，如故障点、开路点、接地点等，支路则是由阻抗或导纳元件组成。对于不同的元件，预 先分别由人工计算出其阻抗或导纳（标么值与有名值）。对节点和支路则分别赋予由计算目 的所确定的参数。
归纳起来，传统数据的特点是用节点和支路描述电网，即
power network=f(node, branch)
这种识别方法的优点是简单明了，但不足的是：
1）缺少原始基本数据处理过程，不能由设备铭牌数据直接进入运算分析；
2）缺少直观性，输入对象、输出结果、查找辨认麻烦，节点支路数多时，由节点号查找相 应元件，常令人头痛；
3）缺少灵活性，对电网结构改变引起运行方式的变化难以适应，每一个微小的改变，哪怕 是切除一台发电机，增投一条线路都要对原始输入数据进行预计算和修改；
4）缺少针对性，用支路来笼统描述网络元件，不能对具体的设备如线路、变压器、发电机 进行操作。
后来的软件设计针对以上不足进行了不同程度的改进，取得了明显的效果。但要根本改观， 还需系统性研究。
2.2面向图形对象的网络识别
电网由元件连接组成，并由电路图描述。电网元件最直观的表示法是用其相应的图形符号表 示。电网虽然结构复杂，但其基本组成元件类型非常有限，因此组成网络图的图形符号也很 有限。常见的有电源、线路、变压器等若干种。将这些常用元件归类并引入最新的面向对象 技术，则电网和元件可作为不同类的对象处理，称为电网对象和元件对象。电网对象又可分 为输电网和配电网对象，配电网又可分高压配电网和低压配电网等对象。而元件对象又分为 电源、线路、双卷变压器、三卷变压器、自耦变压器、电动机、电容器、电抗器、调相机等 。对不同对象赋以相应的属性、方法和事件，就构成了完整的对象实例。抽象地说一个电网 对象是由数量不等的各类元件的具体对象实例组成。
电网对象的主要属性：电网名称，结构形式、规模，电压等级，包含的元件对象名称、数量 ；
主要方法：查询、显示、分析、统计等处理行为。
主要事件：选取、变换、增删、存取操作等使电网发生结构或状态改变的动作。
各元件对象的属性：元件名称、类型及技术参数，结构参数。
元件对象方法：图形显示、编辑，参数查询。
元件对象事件：选取、增删、修改动作。
同类对象其属性名、事件、方法相同，但属性值各异。每一具体对象实例都有一个唯一专用 的属性称为句柄，这是识别同类对象不同实例的标志。这一标志在对象操作中有举足轻重的 作用。
用对象描述电网后，对象的封装、继承、重构和代码重用等优点将得到体现。电网的构建可 由逐一添加对象完成，而元件对象实例的加入通过其图元的绘制达到，参数的输入通过在属 性栏填入属性值实现。
电网及元件的操作直接在图示界面上进行，网络间的连接直接由图元的关联属性识别，这是 一种面向对象的电网识别模式。
2.3图示化电网智能识别
电网在采用图元对象标识后，可以解决电网的图形描述和连接关系识别。但对于电网的结构 变化、方式修改、元件投切等状态改变，还难以适应。尤其在不对称短路计算中，序网络的 自动形成，不同时刻短路电流计算时电源类型识别和曲线查询，保护整定中最（大）小助增 系数的获取等，都需要具有逻辑推理判断的智能知识结构。因此，只有采用智能化的识别机 制，才能实现这些常规方法难以完成的工作。使绘图、短路计算、保护整定成一个连续进行 的协调整体。
2.3.1图示化电网智能识别的数学描述
电网用元件对象图元符号表示并赋予句柄代号后，确定了网络的组成和连接关系，要实现分 析计算还需有针对性的数据处理和拓扑分析，主要项目归纳如下：
1）图示化电网描述用带属性、方法事件的对象表示电力元件，用不同图形符号（国标） 表示不同元件对象，文件间用节点（母线）连接，节点间由元件组成，电网图形用逐一添加 对象图元的方式形成。
2）电网智能识别内容对象识别及属性收集处理，对象连接关系动态识别及节点（母线） 自动编号，图元结构的同步跟踪记录与存贮，电网方式识别及多方式下条件量值的自动提取 。
3）电网图形结构描述电网图形由二维数据表存放，操作一幅电网图，等于操作一个二维 数据表。以Graph表示电网图，则有
式中：l—元件类数；
mi—第i类元件总数；
Yij—第i类第j个元件图符。
上式映射了以下实体关系
电网=φ（电源，线路，变压器，…）
以上各项的顺利完成和描述数据的处理都离不开严格推理和逻辑判断，这是智能识别的核心 。
2.3.2元件对象的关联属性描述
图示化电网智能识别系统中，电源的关联属性主要有：所属电网，电源名称，接入母线，开 机方式等；其中电源类型分为等值电源、汽轮发电机、水轮发电机、调相机、大型同步电动 机等，开机方式有“开”、“停”两种。
双卷变压器主要关联属性有：所属电网，名称，高压接入母线，低压接入母线，投运状态， 接地状态，接线方式等。投运状态分“投”、“切”两种，接地状态有“接地”、“不接地 ”两种，接线方式分Y0/Δ、Y0/Y0、Y0/Y等8种。
三卷变压器、自耦变压器的关联属性类似双卷变压器，属性中多了一个电压级数据并增加了 一个虚拟母线。
线路的主要关联属性为所属电网、名称、首开关、末开关、首开关状态、末开关状态等。
开关状态有“闭合”和“断开”两种。
元件的其他属性可参见作者相关文章或软件说明，此处从略。元件对象属性中状态、方式的 引入，为电网运行方式的改变和设置提供了灵活性，也为拓扑分析智能化提供了依据。在以 上关联属性的描述下，电网以母线及虚拟母线为连接点将全电网连成一有机整体，各种计算 所需规范数据皆可由此导出。元件对象的关联属性是电网智能识别的基础。
2.3.3引入智能推理自动形成各序网络
故障分析中序网的提取和构造相对困难，一般主要由人工提取和构成。采用智能识别技术后 ，利用已有的属性和环境的约束，可自动提取序网元素形成各序网络。
1）正序网络：结构与电网原理图相似，可由原理接线图转换而成；原理图中的对象图元， 用元件电抗代替即可，元件数量保持不变。
2）负序网络：与正序网络图结构相似，只是没有电源；其次是旋转电机负序属性参数值有 所不同。
3）零序网络：只含有与零序电流流通路径有关的部分，识别较为麻烦，需专门考虑；本系 统按以下推理步骤自动提取零序网元件：
①查询零序电流可能流通的路径，由短路点所在电压级及该级所接变压器中性点接地状态， 确定零序预选元件。零序预选元件集是全网元件集中的一个子集。
②对预选零序子集进行筛选，排除非零序元件，如零序阻抗无穷大的元件、负荷元件、结线 方式为1、5、7组的Y/Δ变压器后所连支路、三卷变压器Δ及Y侧绕组所连 支路等。
③对确定的零序元件计算零序阻抗，重新记录编号并检查其连通性，形成完整的零序网络。
3与数据库链接的智能图形系统
图示化电网智能识别的关键部件是智能图形系统。为区别于一般可视系统，把含有属性特征 并与外部数据信息相关联的图形系统称为智能图形系统，该系统是电网智能识别的基础。
3.1智能图形系统的基本特点
该系统不仅要求具有常规绘图功能，能按接线要求绘制原理图、阻抗图或保护配置图等，重 要的是这些图形不只是一幅图画，而是有一定智能属性的元件对象图元，后台关联着结构与 分析所需的大量信息，因此智能图形系统应具备以下基本特征：
1）能由元件对象图元绘制或由参数自动生成电网结线图，图元及图形都具有缩放、平移、 旋转等常规变换功能。
2）对象图元与后台数据库有机关联，同步联动。在图元存活期的每一时刻，无论有否增删 、修改、变换等操作，图形界面都保持与数据库中信息一致。
3）具有拓扑分析及后台数据同步识别能力。
3.2矢量绘图与图元组图
智能图形系统采用与AutoCAD一致的矢量作图法，具有节省存储空间、无级缩放、变换 方便的优点，由高级可视化编程语言VB或VC等实现。由于电网图形为规则平面图， 任一电网图都由有限的基本元件对象图元组成，除了点、线、弧、矩形等简单图素外，就是 具有属性的对象图元。基本对象图元有电源、变压器、线路、电抗器、电力电容器、电动机 、调相机等，每一对象图元由一组数据描述。
元件特征代码，图心坐标x和y，旋转因子，放大倍数、颜色、线型、标注、组合、 ID句柄。
绘图时从图元菜单中选取对象图元，在绘图区点击定位后即画出该图形，逐个选取图元绘制 ，就形成了完整的电网图，图元具有编辑变换功能，且带有属性、方法和事件。
3.3开放式图元库
元件对象图元库中存贮图元绘制实体数据，这些数据是按标准图符绘制，结构固定，类同汉 字字模。用户可根据需要随时指定某编辑图块为新的对象图元而添于库中，即添即用。组成 一幅电网图的各图元数据由一个二维数据表存放，其实体数据由图元库调取，图元库为开放 式，可按需要扩充。由已有图元组成的图块乃至整图，若使用频率高，可定义为新的对象图 元，置于库中供整块调用。无论新图元多么复杂，同样用上述一组数据描述，只是元件特征 码不同而已。这个可扩充的开放图库为智能图形系统绘图提供了方便。
3.4对象图元与数据库的动态关联
在图示化短路计算与保护整定系统中，对电网信息查询、方式设定、对象指定等操作都是在 图示界面上进行的。电网元件对象的属性及图元结构参数的输入输出也由图示界面按用户操 作给定。前台图元界面上的鼠标动作映射着后台大量的数据库操作。图元与数据库的关联由 编程语言的事件或AutoCAD提供的事件实现。例如，输入、修改或查看某电网元件的属 性，在选中该图元后，再双击鼠标左键，则激活调取属性事件，弹出数据处理窗口。不同元 件数据量与数据类型不同，对应不同的界面窗口，数据窗口与数据控件联结，数据控件与数 据表绑定，数据控件起传递数据作用，较新的数据连接控件ADO可用代码实现窗口与数 据库的连接。因此可在系统运行中实现动态连接。对象图元与数据库的关联是图示化电网分 析与管理所要求的功能，也是电力CAD系统不同于其它行业CAD的特点之一。
4实现短路计算与保护整定一体化
本节以短路计算与保护整定一体化为实例说明电网智能识别及其图形系统的应用。
计算机技术在电力分析与保护整定软件中已得到了一些应用，但多数是短路计算与保护整定 分离，整定所需的短路电流数据先由人工计算再输入到保护整定程序中，其间缺乏自动衔接 功能。此外，电网结线图、阻抗图、保护配合图、短路电流分布图等又使用AutoCAD等 图形软件绘制，导致了短路计算、保护整定与绘图三者不同平台操作，使一个完整的工作分 几段进行，增加了工作的复杂性且缺乏调整变化的灵活性。因此，开发一个以电网结构图为 基础的统一完整、自动连续、同平台运行的短路计算、保护整定与绘图制表一体化的软件程 序是本文的目标。前面提议的图示化电网智能系统能达成这一目标。一体化系统总框图如图 1所示。
该系统由图形编辑、短路计算、保护整定、数据库管理及输出查询五大部分构成。系统 以数据库为核心，图形为手段，保护整定为目的。全系统均在统一平台VB可视化集成环 境下运行。图形和标注文本是具有属性的对象实体，其属性参数通过数据库与计算模块相联系。
方式设定菜单下规定运行方式、短路计算种类、计算时刻及故障点选择，如图2所示。
短路计算部分首先根据方式设定的状态，自动分析网络拓扑结构，形成计算用规范数据 表，并按要求计算短路电流、短路电流分布、分支系数及助增系数，结果存入数据库。保护整定部分完成电网线路的距离、零序、三段式电流等保护整定计算及电网元件发电机、 变压器等设备的整定计算。阻抗图及保护配合图在人工干预下自动生成，其标注数值随计算 结果同步更新。
此系统的完成为绘图、短路计算和保护整定一体化提供了有效的工具，使专业人员摆脱了繁 琐重复性劳动，优化了定值，提高了整定的正确性。
5结论
本文指出了短路计算与保护整定软件存在的绘图计算不同平台及短路计算与保护整定分割进 行等主要问题。提出面向对象的图示化电网智能识别技术。该方法以智能图形系统为基础， 数据库为核心，电网分析及保护整定计算为目的，不仅可从图形界面对电网的状态进行直观 操作，而且可解决电网状态转换中动态拓扑识别，为电网分析计算提供规范化的数据。该方 法在绘图、短路计算与保护整定同平台一体化中的成功应用，为电力应用软件的多功能一体 化的实现开辟了一条新的思路。
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标签：电网,智能识别
