繼電保護(hù)邏輯方程解析方法

隋佳斌 常寶波 程詠斌

[摘? ? 要]對(duì)現(xiàn)有繼電保護(hù)數(shù)量與型號(hào)眾多、維護(hù)工作量大、版本混亂等問(wèn)題，提出一種可編程繼電保護(hù)方法，對(duì)現(xiàn)有繼電保護(hù)可編程邏輯方程進(jìn)行深入解析，并進(jìn)行虛擬執(zhí)行以檢測(cè)邏輯方程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。該方法在實(shí)際的繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用中，表現(xiàn)出良好的實(shí)時(shí)性和通用性。

[關(guān)鍵詞]繼電保護(hù);邏輯方程;解析

[中圖分類號(hào)]TM774 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）11–00–03

[Abstract]In view of the problems of the large number and models of existing relay protection， heavy maintenance workload， confusion of versions， etc.， a programmable relay protection method is proposed， and the programmable logic equations of the existing relay protection are analyzed in depth and virtualized Execute to detect syntax errors in logic equations. This method shows good real-time and versatility in the application of actual relay protection devices.

[Keywords]relay protection; logic equation; analysis

隨著電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的快速發(fā)展，對(duì)繼電保護(hù)的可編程要求越來(lái)越迫切。傳統(tǒng)繼電保護(hù)一般按照功能設(shè)計(jì)不同的裝置型號(hào)，例如：電容器保護(hù)、饋線保護(hù)、電動(dòng)保護(hù)、備自投等;而且用戶的需求千變?nèi)f化，經(jīng)常需要各種復(fù)雜的閉鎖條件、備自投方案等。為了滿足上述要求，各個(gè)繼電保護(hù)廠家的繼電保護(hù)型號(hào)種類繁多，而且各種型號(hào)的程序版本也很混亂。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念不僅維護(hù)工作量很大，而且因版本混亂，現(xiàn)場(chǎng)隱患很多，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

為了解決該問(wèn)題，目前流行的解決思路是實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)可編程功能，將所有的開入、開出、保護(hù)功能等抽象為基本的布爾變量（稱為繼電器字），用戶的各種特殊需求通過(guò)編寫布爾表達(dá)式（稱為邏輯方程）解決。這樣不僅解決了裝置類型和程序版本繁多的問(wèn)題，而且便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，保證了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但邏輯方程文本信息的執(zhí)行需要經(jīng)過(guò)詞法分析、語(yǔ)法分析、編譯執(zhí)行等復(fù)雜的處理。而繼電保護(hù)是強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，幾毫秒的延時(shí)即可導(dǎo)致大規(guī)模的停電事故，對(duì)時(shí)間要求非常的苛刻。

在可編程功能的實(shí)現(xiàn)上，可以直接利用現(xiàn)有繼電保護(hù)的邏輯方程技術(shù)，也可以借助于國(guó)外較為成熟的編譯軟件，如德國(guó)科維軟件公司的MULTIPROG軟件等，但購(gòu)買國(guó)外的專用軟件包時(shí)核心技術(shù)會(huì)受制于人。因此，本文提出一種具有強(qiáng)實(shí)時(shí)性的繼電保護(hù)邏輯方程解析方法，并將該方法應(yīng)用于可編程繼電保護(hù)裝置，以期簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作量。

1 解析方法實(shí)現(xiàn)原理

從本質(zhì)上說(shuō)，邏輯方程是一系列布爾表達(dá)式，其基本元素是布爾變量和各種邏輯運(yùn)算符。為了充分利用邏輯方程，以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)可編程化，需要將各種繼電保護(hù)硬件接口或設(shè)備抽象為布爾變量。為了后續(xù)描述方便，將這些抽象后的布爾變量稱為繼電器字，而由繼電器字組合成的布爾表達(dá)式被稱為邏輯方程。

解析方法整體軟件體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括繼電器字?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、解析模塊和執(zhí)行模塊三部分。繼電器字?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)管理所有抽象的繼電器字，不僅用于用戶編寫邏輯方程，而且也用于統(tǒng)一解析模塊和執(zhí)行模塊所對(duì)應(yīng)的繼電器字表。解析模塊將用戶編寫的邏輯方程解析為邏輯方程參數(shù)，執(zhí)行模塊執(zhí)行邏輯方程參數(shù)，整個(gè)過(guò)程類似于高級(jí)語(yǔ)言編譯過(guò)程。

在現(xiàn)代微機(jī)繼電保護(hù)中，繼電保護(hù)軟件模塊一般由一個(gè)獨(dú)立的定時(shí)中斷或高優(yōu)先級(jí)任務(wù)來(lái)調(diào)用，以此來(lái)保證繼電保護(hù)動(dòng)作的實(shí)時(shí)性和快速性。為了適應(yīng)邏輯方程在實(shí)際應(yīng)用中的特性，該方法將繼電保護(hù)軟件模塊分為三個(gè)階段。

（1）進(jìn)行保護(hù)電氣量計(jì)算，并設(shè)置相應(yīng)的繼電器字狀態(tài)。

（2）調(diào)用邏輯方程執(zhí)行模塊，執(zhí)行用戶編寫的邏輯方程。

（3）最后依據(jù)相應(yīng)的繼電器字狀態(tài)觸發(fā)出口、生成報(bào)告、指示LED燈亮滅等操作。

2 解析方法應(yīng)用流程

（1）根據(jù)繼電保護(hù)裝置的實(shí)際運(yùn)行特性，邏輯方程的解析主要可分為：①依據(jù)繼電器字?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)編寫邏輯方程。②詞法分析，將邏輯方程解析成節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。③虛擬執(zhí)行，檢測(cè)邏輯方程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，因后續(xù)解析時(shí)難以同步處理語(yǔ)法錯(cuò)誤，需要先檢測(cè)語(yǔ)法錯(cuò)誤。④構(gòu)建執(zhí)行單元模塊。⑤生成邏輯方程參數(shù)。⑥繼電保護(hù)裝置依據(jù)邏輯方程參數(shù)執(zhí)行邏輯方程。⑦依據(jù)邏輯方程執(zhí)行結(jié)果觸發(fā)出口。

（2）依據(jù)繼電保護(hù)功能，可抽象出很多種類型的繼電器字，如開入繼電器字、開出繼電器字、保護(hù)元件繼電器字、動(dòng)作報(bào)告繼電器字、時(shí)間繼電器字、自保持繼電器字等。但為了快速而實(shí)時(shí)的執(zhí)行邏輯方程，必須壓縮繼電器字類型。經(jīng)高度抽象概括后，可抽象為如下兩種類型：①常規(guī)繼電器字。②時(shí)間繼電器字。

所有類型的繼電器字都可以歸納為上述兩種，或者由上述兩種繼電器字組合而成。如自保持繼電器可通過(guò)邏輯方程表達(dá)式組合為：

式中：繼電器字A為自保持繼電器字，繼電器字B為自保持返回條件，繼電器字C為自保持觸發(fā)條件。當(dāng)繼電器字C為1時(shí)，則繼電器字A保持為1，直到繼電器字B為1時(shí)才返回0。

（3）邏輯方程的參數(shù)主要包括：

①文件頭。用于描述繼電器字、執(zhí)行單元信息的個(gè)數(shù)。

②繼電器字描述結(jié)構(gòu)。

③執(zhí)行單元描述結(jié)構(gòu)。

④沿操作描述信息，列出所有參與沿操作的繼電器字，用于清除沿狀態(tài)。

⑤文件CRC校驗(yàn)，用于文件合法檢測(cè)。

（4）繼電器執(zhí)行單元描述結(jié)構(gòu)包括：①繼電器字索引，用于快速讀寫繼電器字狀態(tài)。②快速跳轉(zhuǎn)偏移，為-1時(shí)表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)跳轉(zhuǎn)到結(jié)尾。③關(guān)聯(lián)運(yùn)算符，包括“與”、“或”和“結(jié)束”三種運(yùn)算符。關(guān)聯(lián)運(yùn)算符主要用于跳轉(zhuǎn)判斷，在“1+…”和“0×…”的時(shí)候進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。④提取方式，包括“常規(guī)”、“取反”、“上升沿”、“下降沿”、“上升沿并取反”和“下降沿并取反”。通過(guò)提取方式將繼電器字和運(yùn)算符結(jié)合，減少了執(zhí)行節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

邏輯方程支持的運(yùn)算符及其釋義，如表1所示。通過(guò)計(jì)算保護(hù)電氣量，設(shè)置繼電器字狀態(tài)，依據(jù)邏輯方程參數(shù)，構(gòu)建執(zhí)行結(jié)構(gòu)，將繼電器字狀態(tài)代入執(zhí)行結(jié)構(gòu)中，得到執(zhí)行結(jié)構(gòu)。

（5）例如表達(dá)式X=A+B×（C+D）×（E+F）+G#，依次監(jiān)測(cè)變量A—G的狀態(tài)，執(zhí)行過(guò)程如下：

①如果A=1，則X=1，解析結(jié)束。

②如果A=0，B=0，則CDEF被忽略，執(zhí)行步驟（7）。

3 可編程繼電保護(hù)裝置應(yīng)用

廣州市揚(yáng)新技術(shù)研究有限責(zé)任公司生產(chǎn)的BYE550系列綜合保護(hù)測(cè)控裝置集保護(hù)、測(cè)控、監(jiān)視、控制、人機(jī)接口、通訊等多種功能于一體，是一款可編程的多功能綜合保護(hù)測(cè)控裝置，適用于110 kV及以下電壓等級(jí)的輸電線路、變壓器出線、電容器、電動(dòng)機(jī)等間隔的保護(hù)測(cè)控功能要求。它們通過(guò)可編程邏輯，可靈活實(shí)現(xiàn)用戶的特殊功能需求：可編程設(shè)定面板LED，并支持自保持特性;12個(gè)定時(shí)器可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)特殊功能;16路強(qiáng)電開入可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種開關(guān)量控制、閉鎖、跳閘等功能。它可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示各保護(hù)元件的執(zhí)行情況，保護(hù)動(dòng)作過(guò)程完全透明，便于事故分析。它具有詳細(xì)且大容量的事件報(bào)告記錄，最大可記錄127條操作事項(xiàng)（如裝置上電、修改定值等）、255條事件順序記錄信息。

當(dāng)進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的功能設(shè)定時(shí)，只需要更改相應(yīng)部分的邏輯方程即可實(shí)現(xiàn)，無(wú)需反復(fù)更改硬件配置。且嵌入式芯片的響應(yīng)速度很快，能滿足繼電保護(hù)的強(qiáng)實(shí)時(shí)性要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)現(xiàn)階段繼電保護(hù)維護(hù)量大的問(wèn)題，提出了一種繼電保護(hù)邏輯方程解析方法，通過(guò)邏輯方程的形式將具體的繼電保護(hù)硬件接口或設(shè)備抽象為繼電器字，利用嵌入式芯片的快速響應(yīng)加以運(yùn)算與執(zhí)行，滿足繼電保護(hù)的強(qiáng)實(shí)時(shí)性。采用該解析方法設(shè)計(jì)的可編程繼電保護(hù)裝置經(jīng)過(guò)在廣州地鐵各個(gè)線路上的多年運(yùn)營(yíng)，能有效監(jiān)測(cè)線網(wǎng)電氣量并對(duì)故障情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，證明本文所提的可編程邏輯方程解析方法具有有效性。

參考文獻(xiàn)

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