文献综述含外文翻译

【 摘要 】在我国电力系统继保护技术发展的过程中，概述了微机继电保护技术的成就，提出了未来继电保护技术发展趋势将是：计算机化，电网络化，保护，控制，调查结果显示，数据通信一体​​化和人工智能化。

[ Abstract ] reviewed our country electrical power system relay protection technological development process, has outlined the microcomputer relay protection technology achievement, proposed the future relay protection technological development tendency will be: Computerizes, networked, protects, the control, the survey, the data communication integration and the artificial intellectualization

【 关键词 】继电保护现状发展，继电保护的未来发展

【Key word】  relay protection present situation development，relay protections future development

1 继电保护发展现状

电力系统的迅速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术，计算机技术的快速发展不断为继电保护技术的发展注入新的活力，因此，继电保护技术是有利的，在40多年的时间里已完成发展了4个历史阶段。

    建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。

    我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机?变压器组保护也相继于19、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。

2 继电保护的未来发展

2.1计算机化 

    随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：从8位单cpu结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多cpu结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从8位cpu，发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。

    南京电力自动化研究院一开始就研制了16位cpu为基础的微机线路保护，已得到大面积推广，目前也在研究32位保护硬件系统。东南大学研制的微机主设备保护的硬件也经过了多次改进和提高。天津大学一开始即研制以16位多cpu为基础的微机线路保护，1988年即开始研究以32位数字信号处理器(dsp)为基础的保护、控制、测量一体化微机装置，目前已与珠海晋电自动化设备公司合作研制成一种功能齐全的32位大模块，一个模块就是一个小型计算机。采用32位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度受a/d转换器分辨率的，超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。cpu的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存(cache)和浮点数部件都集成在cpu内。

    电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台pc机的功能。在计算机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机作成继电保护装置。由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这个设想是不现实的。现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机作成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。天津大学已研制成用同微机保护装置结构完全相同的一种工控机加以改造作成的继电保护装置。这种装置的优点有：(1)具有486pc机的全部功能，能满足对当前和未来微机保护的各种功能要求。(2)尺寸和结构与目前的微机保护装置相似，工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可运行于非常恶劣的工作环境，成本可接受。(3)采用std总线或pc总线，硬件模块化，对于不同的保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易扩展。

继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。

2.2网络化 

     计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和事故影响范围(这是首要任务)，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。

    对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到这一点。

    对于某些保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。天津大学1993年针对未来三峡水电站500kv超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理，初步研制成功了这种装置。其原理是将传统的集中式母线保护分散成若干个(与被保护母线的回路数相同)母线保护单元，分散装设在各回路保护屏上，各保护单元用计算机网络联接起来，每个保护单元只输入本回路的电流量，将其转换成数字量后，通过计算机网络传送给其它所有回路的保护单元，各保护单元根据本回路的电流量和从计算机网络上获得的其它所有回路的电流量，进行母线差动保护的计算，如果计算结果证明是母线内部故障则只跳开本回路断路器，将故障的母线隔离。在母线区外故障时，各保护单元都计算为外部故障均不动作。这种用计算机网络实现的分布式母线保护原理，比传统的集中式母线保护原理有较高的可靠性。因为如果一个保护单元受到干扰或计算错误而误动时，只能错误地跳开本回路，不会造成使母线整个被切除的恶性事故，这对于象三峡电站具有超高压母线的系统枢纽非常重要。

    由上述可知，微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。

2.3保护、控制、测量、数据通信一体化 

    在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。

    目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质，还可免除电磁干扰。现在光电流互感器(ota)和光电压互感器(otv)已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用ota和otv的情况下，保护装置应放在距ota和otv最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。ota和otv的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断；另一方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。1992年天津大学提出了保护、控制、测量、通信一体化问题，并研制了以tms320c25数字信号处理器(dsp)为基础的一个保护、控制、测量、数据通信一体化装置。

3结束语

建国以来，我国电力系统继电保护技术经历了4个时代。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出了艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。

1 relay protection development present situation

The electrical power system rapid development to the relay protection proposed unceasingly the new request, the electronic technology, computer technology and the communication rapid development unceasingly has poured into the new vigor for the relay protection technology development, therefore, the relay protection technology is advantageous, has completed the development 4 historical stage in more than 40 years time.

After the founding of the nation, our country relay protection discipline, the relay protection design, the relay manufacture industry and the relay protection technical team grows out of nothing, has passed through the path in about 10 years which advanced countries half century passes through. The 50's, our country engineers and technicians creatively absorption, the digestion, have grasped the overseas advanced relay protection equipment performance and the movement technology , completed to have the deep relay protection theory attainments and the rich movement experience relay protection technical team, and grew the instruction function to the national relay protection technical team's establishment. The acheng relay factory introduction has digested at that time the overseas advanced relay manufacture technology, has established our country relay manufacturing industry. Thus our country has completed the relay protection research, the design, the manufacture, the movement and the teaching complete system in the 60's. This is a time which the mechanical and electrical relay protection prospers, was our country relay protection technology development has laid the solid foundation.

From the 70's, started based on the integration operational amplifier integrated circuit protection to study. Has formed the complete series to at the end of 80's integrated circuit protection,substitutes for the transistor protection gradually. The development, the production, the application the integrated circuit protects which to the beginning of the 90's still were in the dominant position, this was the integrated circuit protection time. The integrated electricity road work frequency conversion quantity direction develops which in this aspect Nanjing electric power automation research institute high frequency protected the vital role , the Tianjin University and the Nanjing electric power automation plant cooperation development integrated circuit phase voltage compensated the type direction high frequency protection also moves in multi- strip 220kv and on the 500kv line.

Our country namely started the computer relay protection research from the end of the 70's , the institutions of higher learning and the scientific research courtyard institute forerunner's function. Huazhong University of Science and Technology, southeast the university, the North China electric power institute, the Xian Jiaotong University, the Tianjin University, Shanghai Jiaotong University, the Chongqing University and the Nanjing electric power automation research institute one after another has all developed the different principle, the different pattern microcomputer protective device. In 1984 the original North China electric power institute developed the transmission line microcomputer protective device first through the appraisal, and in the system the find application, had opened in our country relay protection history the new page, protected the promotion for the microcomputer to pave the way. In the host equipment protection aspect, the generator which southeast the university and Huazhong University of Science and Technology develops loses magnetism protection, the generator protection and the generator?Bank of transformers protection also one after another in 19, in 1994 through appraisal, investment movement. The Nanjing electric power automation research institute develops microcomputer line protective device also in 1991 through appraisal. The Tianjin University and the Nanjing electric power automation plant cooperation development microcomputer phase voltage compensated the type direction high frequency protection, the Xian Jiaotong University and the Xu Chang relay factory cooperation development positive sequence breakdown component direction high frequency protection also one after another in 1993, in 1996 through the appraisal. Heres, the different principle, the different type microcomputer line and the host equipment protect unique, provided  one batch of new generation of performance for the electrical power system fine, the function has been complete, the work reliable relay protection installment. Along with the microcomputer protective device research, in microcomputer aspect and so on protection software, algorithm has also yielded the very many theories result. May say started our country relay protection technology from the 90's to enter the time which the microcomputer protected.

2 relay protections future development

2.1 computerizes 

Along with the computer hardware swift and violent development, the microcomputer protection hardware also unceasingly is developing. The original North China electric power institute develops the microcomputer line protection hardware has experienced 3 development phases: Is published from 8 lists cpu structure microcomputer protection, does not develop to 5 years time to the multi- cpu structure, latter developed to the main line does not leave the module the big modular structure, the performance enhances greatly, obtained the widespread application. Huazhong University of Science and Technology develops the microcomputer protection also is from 8 cpu, develops to take the labor controlling machine core partially as the foundation 32 microcomputers protection.

The Nanjing electric power automation research institute from the very beginning has developed 16 cpu is the foundation microcomputer line protection, obtained the big area promotion, at present also is studying 32 protections hardware system. Southeast the university develops the microcomputer host equipment protects the hardware also passed through improved and the enhancement many times. The Tianjin University from the very beginning is the development take more than 16 cpu as the foundation microcomputer line protection, in 1988 namely started to study take 32 digital signals processor (dsp) as the foundation protection, the control, the survey integration microcomputer installment, at present cooperated with the Zhuhai Jin automatic equipment company develops one kind of function complete 32 big modules, a module was a minicomputer. Uses 32 microcomputers chips only to focus by no means on the precision, because of the precision the a/d switch resolution limit, is surpassed time 16 all is accepts with difficulty in the conversion rate and the cost aspect; 32 microcomputers chips have the very high integration rate more importantly, very high operating frequency and computation speed, very big addressing space, rich command system and many inputs outlet. The cpu register, the data bus, the address bus all are 32, has the memory management function, the memory protection function and the duty transformation function, and (cache) and the floating number part all integrates the high speed buffer in cpu.

The electrical power system the request which protects to the microcomputer enhances unceasingly, besides protection basic function, but also should have the large capacity breakdown information and the data long-term storage space, the fast data processing function, the formidable traffic capacity, with other protections, the control device and dispatches the networking by to share the entire system data, the information and the network resources ability, the higher order language programming and so on. This requests the microcomputer protective device to have is equal to a pc machine function. In the computer protection development initial period, once conceived has made the relay protection installment with a minicomputer. At that time because the small machine volume big, the cost high, the reliability was bad, this tentative plan was not realistic. Now, with the microcomputer protective device size similar labor controlling machine function, the speed, the storage capacity greatly has surpassed the same year small machine, therefore, made the relay protection with complete set labor controlling machine the opportunity already to be mature, this will be one of development directions which the microcomputer protected. The Tianjin University has developed the relay protection installment which Cheng Yongtong microcomputer protective device structure quite same not less than one kind of labor controlling machine performs to change artificially becomes. This kind of equipment merit includes:  has the 486pc machine complete function, can satisfy each kind of function request which will protect to current and the future microcomputer.  size and structure and present microcomputer protective device similar, the craft excellent, quakeproof, guards against has been hot, guards against electronmagetic interference ability, may move in the very severe working conditions, the cost may accept.  uses the std main line or the pc main line, the hardware modulation, may select the different module wilfully regarding the different protection, the disposition nimble, is easy to expand.

Relay protection installment , computerizes is the irreversible development tendency. How but to satisfies the electrical power system request well, how further enhances the relay protection the reliability, how obtains the bigger economic efficiency and the social efficiency, still must conduct specifically the thorough research. 

2.2 networked

The computer network has become the information age as the information and the data communication tool the technical prop, caused the human production and the social life appearance has had the radical change. It profoundly is affecting each industry domain, also has provided the powerful means of communication for each industry domain. So far, besides the differential motion protection and the vertical association protection, all relay protections installment all only can respond the protection installment place electricity spirit. The relay protection function also only is restricted in the excision breakdown part, reduces the accident to affect the scope. This mainly is because lacks the powerful data communication method. Overseas already had proposed the system protection concept, this in mainly referred to the safe automatic device at that time. Because the relay protection function not only is restricted in the excision breakdown part and the limit accident affects the scope (this is most important task), but also must guarantee the entire system the security stable movement. This requests each protection unit all to be able to share the entire system the movement and the breakdown information data, each protection unit and the superposition brake gear in analyze these information and in the data foundation the synchronized action, guarantees the system the security stable movement. Obviously, realizes this kind of system protection basic condition is joins the entire system each main equipment protective device with the computer network, that is realization microcomputer protective device networked. This under the current engineering factor is completely possible.

Regarding the general non- system protection, the realization protective device computer networking also has the very big advantage. The relay protection equipment can obtain system failure information more, then to the breakdown nature, the breakdown position judgment and the breakdown distance examination is more accurate. Passed through the very long time to the auto-adapted protection principle research, also has yielded the certain result, but must realize truly protects to the system movement way and the malfunction auto-adapted, must obtain the more systems movement and the breakdown information, only then realization protection computer networked, can achieve this point.

Regarding certain protective device realization computer networkings, also can enhance the protection the reliability. The Tianjin University in 1993 proposed in view of the future Three Gorges hydroelectric power station 500kv ultrahigh voltage multi- return routes generatrix one kind of distributional generatrix protection principle, developed successfully this kind of equipment initially. Its principle is disperses the traditional central generatrix protection certain (with to protect generatrix to return way to be same) the generatrix protection unit, the dispersible attire is located in on various return routes protection screen, each protection unit joins with the computer network, each protection unit only inputs this return route the amperage, after transforms it the digital quantity, transmits through the computer network for other all return routes protection unit, each protection unit acts according to this return route the amperage and other all return routes amperage which obtains from the computer network, carries on the generatrix differential motion protection the computation, if the computed result proof is the generatrix interior breakdown then only jumps the book size return route circuit breaker, Breakdown generatrix isolation. When generatrix area breakdown, each protection unit all calculates for exterior breakdown does not act. This kind the distributional generatrix protection principle which realizes with the computer network, has the high reliability compared to the traditional central generatrix protection principle. Because if a protection unit receives the disturbance or the miscalculation when moves by mistake, only can wrongly jump the book size return route, cannot create causes the generatrix entire the malignant accident which excises, this regarding looks like the Three Gorges power plant to have the ultrahigh voltage generatrix the system key position to be extremely important.

By above may know, microcomputer protective device  may enhance the protection performance and the reliability greatly, this is the microcomputer protection development inevitable trend.

2.3 protections, control, survey, data communication integrations 

In realization relay protection computerizing with under  the condition, the protective device is in fact a high performance, the multi-purpose computer, is in an entire electrical power system computer network intelligent terminal. It may gain the electrical power system movement and breakdown any information and the data from the net, also may protect the part which obtains it any information and the data transfer for the network control center or no matter what a terminal. Therefore, each microcomputer protective device not only may complete the relay protection function, moreover in does not have in the breakdown normal operation situation also to be possible to complete the survey, the control, the data communication function, that is realization protection, control, survey, data communication integration.

At present, in order to survey, the protection and the control need, outdoor transformer substation all equipment, like the transformer, the line and so on the secondary voltage, the electric current all must use the control cable to direct to . Lays the massive control cable not only must massively invest, moreover makes the secondary circuit to be extremely complex. But if the above protection, the control, the survey, the data communication integration computer installation, will install in outdoor transformer substation by the protection device nearby, by the protection device voltage, the amperage is changed into after this installment internal circulation the digital quantity, will deliver  through the computer network, then might avoid the massive control cable. If takes the network with the optical fiber the transmission medium, but also may avoid the electronmagetic interference. Now the photoelectric current mutual inductor (ota) and the photovoltage mutual inductor (otv) in the research trial stage, future inevitably obtained the application in the electrical power system. In uses ota and in the otv situation, the protective device should place is apart from ota and the otv recent place, that is should place by the protection device nearby. Ota and the otv light signal inputs after this integration installment in and transforms the electrical signal, on the one hand serves as the protection the computation judgment; On the other hand took the survey quantity, delivers  through the network. May to deliver from  through the network by the protection device operation control command this integrated installment, carries out the circuit breaker operation from this the integrated installment. In 1992 the Tianjin University proposed the protection, the control, the survey, the correspondence integration question, and has developed take the tms320c25 digital signal processor (dsp) as a foundation protection, the control, the survey, the data communication integration installment.

3 Conclution

Since the founding of China's electric power system protection technology has undergone four times. With the rapid development of power systems and computer technology, communications technology, relay technology faces the further development of the trend. Domestic and international trends in the development of protection technologies: computerization, networking, protection, control, measurement, data communications integration and artificial intelligence, which made protection workers difficult task, but also opened up the activities of vast.

    继电保护发展和控制中图样识别理论的应用

俄罗斯新西伯利亚州工业大学

电力系统紧急情况状态的可靠和实时性识别要求对使用的技术设备作出恰当的反应。 十多年以来，分立的计算测定装置在保护并且控制得到了广泛的实现。 微处理器的出现给了开发商极强有力的工具来运用新的原则和算法设计保护系统。 尽管如此， 设计策略实际上并未改变， 可是新的元件基地在一定程度上超出了常规元件的能力，这种程度简单地是一定性地高水平。 与此相关，用新方法定性地设计保护系统的必要成熟了起来。

常规设计方法非常取决于开发商的直觉和经验。工作的施行频繁地变化莫测， 因为开发商必须同时描绘许多(有时超过十种)参量状态。同时，人同时记住许多东西的能力是有限的。这不仅造成了研发新设备的复杂性，而且导致了一小组保护专家的主观现象，这些专家在直觉的水平上掌握几个小组概念的组合。这减少了能同时记住的东西的数量， 但这些联合小组的形成还未形式化，这就阻碍了相互的理解。

在保护系统新的复杂装置的研发期间，开发商运作时更增加了同时需要的参数的数量。 这不仅使设计复杂化，而且增加了出错的概率， 这同时也阻碍了对创造算法，设计设备，编写程序，校验更正的准确性的控制。在常规设计方法，随着信号的被接受，进行着对信号的连续分析，同时作出决定。这样做，要通过对由一种情况到另一种情况所测得的变化的分析，进行被检测对象的现状的评估。开发算法的这种方法成了开发有效算法的一个强迫因素。

例如，要考虑设计一个复杂保护系统装置，异步操作探测器。 最先进的是具有远程元件和功率方向元件的那些探测器。 异步方式是通过分析阻抗测量值的变化结果而识别的，阻抗测量值是由测量单元所测得的电压和电流决定的。 在对象的操作期间，向量Z的末端可以移动于相对由运行状态特点的单元运行范围 。

标准装置包括三个阻抗保护装配，有开关的各种特征，是功率最大量的保护装配，也是异步运行方式循环的计算机。另外，它还包含一个测定事故信号单元、记录一级循环异步运行方式的回路、控制异步运行时间的回路、附加时间回路、装置改装单元、故障记录单元、信号系统和输出回路。这种装置包由三个阶段构成，每个阶段都有输出回路。第一段用于对控制部分和故障信号中的一级循环异步方式进行最快的监测，第二阶段用于对控制部分和故障信号中的二、三、四级循环末端异步方式进行监测，第三段用于在执行再同步措施之后对异步方式的清算， 如果在附加的时间间隔期间记录异步方式周期数量。除此之外，为了确保装置在短路时不动作，用于阻碍装置进入不对称方式的相反程序应用其中。

因此，很清楚，这种装置包含有大量联合运作的单元。同时它也运行在各种方式下，这些方式不仅取决于各单元状态的组合，而且还决定于各种状态中发现的输入单元的时间之间的关系。那就意味着装置的行为取决于大量运行单元状态的组合，并且必须考虑各单元信号出现和消失的时间关系。对这样一种应用常规原理基础构造成的装置的运行逻辑的描述，举例论证大概需要20多页。这种装置本身是由标准继电器面板的形式制成的。企图对装置的运行逻辑进行正式描述，结局会是大量消耗了劳动力，而且也可能得不到一个可靠的结果，尽管用它来为微处理器创造一套有效的程序可能会很便利。

为了克服这个困难，一种专门的数学仪器应用其中，那就是“图案识别理论”。它宽广地应用在其他科学领域和工程学，例如电波探测器探测，回音定位，处理为农业需要的空气摄影的结果，也为技术诊断需要。运用图案识别方法就是假设信息处理是并列的，这种处理的模型是人的感知，它获取全部输入数据后立即给出有效的处理，所得出的处理信息决定它对外部环境的反应。

对异步方式微处理器探测器的设计时，以下测量装置动作的特性应被采取。对远程设备，动作特性也被作为反并列程序所采取，它的底线一致；横向支柱位于这样的一种状态，即灵敏的设备较不灵敏的覆盖了大部分面积；中线也一致。功率方向单元有从中线到其延长线这条直线的特征。远程设备操作区域的位置在一个阻抗复平面上选择，以便他们包围的一个预测振荡中心。

在这样一个动作特性的安排中，整个阻抗复平面分成6个区域。如果阻抗2进入任一单元的动作范围，然后它对应到一个“1”在部件状态记数器中的适当位置。否则“0”在这个位置安装。因此，对于状态2的完整描述，相对于动作范围它有三个位置就足够了，这些被结合成“测量设备状态的代码” (CSMD)。因为对于异步方式的检测来说，重要的并不是哪个区域是2，而是在特定时刻它按什么顺序和以什么速度通过这些区域，16位字形成了，用16位字依次记录2变化时刻的当前CSMD值，从一个区域到另一个(在字的最右位记录CSMD值之前应向左面逻辑移位三个位置)。因此，关于向量2末端移动轨迹在通过四个区域之间的边界线时，是用一个16位字存储的。

矢量2末端移动的可能路径，在异步方式对应于一个相当有限的显示词典期间，期间不仅允许能发现异步方式，而且允许异步方式下EMF矢量相对运动方向的确定。将被发现的不仅一个异步方式，而且允许EMF的相对运动的方向的确定。

用这种系统状态的分析方法对微处理器探测器行为的研究，表明第一循环异步方式的监测在不考虑每个区域中矢量Z末端出现时间的持续情况下是不可能的。因此，对于一个瞬变图象的更加充分的特征，对每个区域中矢量2末端出现的持续期间的核对被输入到算法中。如果它在一个适当区域的持续期间不只是一个阈值，那么超过这个极限值的现象就会被记录在附加的CTC计数器中。类似于CSMD，在从一个区域变化到另一个区域的时刻，CTC值形成了，同时在计数状态下被记录下来。

附加信息的引入允许了字典的扩展，包含于其中的是不仅要考虑运动轨迹，而且还要考虑每个区域中矢量Z末端的持续期间。为了实现一种异步方式探测器的操作算法，记录阈值之上特定区域中矢量2末端持续期间的超额足够了。

时间门限的用途是准许可靠地确定前述的方式是否是动力系统联合活动的一种长期正常振荡型。正因为如此，一台异步方式探测器的第一阶段得到了实现，因为一个异步方式的第一循环总是出现在一个长的运作方式以后。对于一个长的运作的方式的监测，确保矢量2的末端已经在一个相当长的时间间隔内超出了远程装置的运行范围。

一个区域中矢量2末端持续期间的控制对于监测异步方式的显著特征是有必要的，这种特征在第一循环中更能展现出来。

使用这显示器能可靠地区别短路方式，在这显示器中，从正常振荡型区域到粗略的远程设备的动作范围的变化会立即出现其中。

使用常规异步方式探测器效率的一个重要因素是测量动作区域边界附近设备的相似体的最大开关时间，这就是大事故时动作失败的原因。数字式算法在远程设备和功率方向设备构成中的应用克服了这个缺点。

在选择装置参量定值清算异步状态时，选择测量装置的动作区域是个难题，因为选择动作值应满足被考虑部分的运行方式的整个设置。频繁地选择一套测量装置的门限是很困难的。由于这种方案的费用问题，用若干个探测器探测一个部分的异步方式通常不被采用。但是，使用图案识别的理论实施微处理器可能提供探测器的必要数量，其中含有测量设备各种各样的动作区域，没有另外的硬件费用。因此，在微处理器系统中可以识别足够的探测器，也可以实现必要的属性。

值得注意的是，用图样识别理论监测继电保护系统中的不正常运行状态和紧急状况的方法没有被到异步方式探测器。 这对调查在算法的综合和其他复杂继电系统装置中运用这种方法的可能性是有利的。

APPLICATION OF THE THEORY OF PATTERN RECOGNITION IN DEVELOPING RELAY PROTECTION AND CONTROL

                    V.E.GLazyrin

            Novosibirsk  State  Technical  University

Reliable and timely recognition of emergency states in electrical systems requires solutions that are adequate for the technical equipment being used. For more than ten years discrete computing devices have been widely implemented in relay protection and control. The appearance of microprocessors has given developers extremely powerful tools for using new principles and algorithms in designing relay systems. Despite this, the design strategy remains practically unchanged, though the new element base exceeds the capabilities of the conventional one to the degree that it is simply on a qualitatively higher level. In connection with this, the necessity has ripened for qualitatively new approaches to designing relay systems.

Conventional design methods very much depend on the intuition and experience of the developer. The execution of the work is frequently unpredictable, since the developer must simultaneously represent the state of many (sometimes more than ten) parameters. At the same time, a person has a limited capacity to simultaneously keep in mind many objects. This causes not only complexity in developing new devices, but also causes the subjective phenomenon of a group of relay protection experts which have on an intuitive level mastered a combination a several groups of concepts.This reduces the number of objects which must be kept in mind simultaneously, but the formation of these combined groups has not been formalized, which hinders mutual understanding.

During the development of new complex devices of relay systems, the quantity of parameters,with which the developer has to work simultaneously increases even more. This not only complicates the design, but also increases the probability of errors, which simultaneously hinders the control of the accuracy of the execution of activities for creating algorithms, designing devices, writing programs and conducting correction tests. In the conventional design approach, a successive analysis of signals is made and decisions are made as they are received. In so doing the evaluation of the current state of the examined object is carried out by the successive analysis of transitions of measuring from one condition to another. This approach to developing algorithms has also become a constraining factor in developing effective algorithms.

As an example, we shall consider one of the complex relay system devices, detectors of asynchronous operation. The most developed are those detectors having remote units and units for direction of power. An asynchronous mode is recognized by analyzing the sequence of transitions of the measured resistance value which is defined by the relationship with the voltage and current inputted into the measuring units. During the operation of the object, the end of the vector Z, can move relative to the operating ranges of the units depending on the character of the operational mode.

The standard device consists of three relay assembly of resistance, having various characteristics of switching, of maximum relay assembly of power and of counter of cycles of asynchronous operation. In addition, it contains a unit for determining the sign of the slip, circuits for registering the asynchronous mode in the first cycle, circuits for controlling the period of asynchronous operation, a unit for additional time. grading, unit for resetting the device, and also circuits for registering a fault in the device, the signaling system , and the output circuits. The device consists of three stages, each of which has output circuit .The first stage is intended for the fastest detection (in the first cycle) of an asynchronous mode in the controlled section and the sign of the slip. The second stage is intended for the detection of an asynchronous mode in the controlled section and the sign of the slip at the end of the second, third or fourth cycles. The third stage is intended for liquidation of the asynchronous mode after executing measures for resynchronization, if during the additional time lag a specific quantity of cycles of the asynchronous mode are registered. Besides that,in order to make sure the device does not operate during short-circuits a unit of reverse sequence for blocking the device in asymmetrical modes is advisable.

Thus, it is clear, that the device contains a great number of units working jointly. It should also work in various ways depending not only on the combination of the states of its units, but also on the relationship between the times that input units are found in various states. That means that the behavior of the device should depend on a combination of the states of a large number of operational units, and the time relationships of appearance and disappearance of signals from various units also must be taken into consideration. The description of the logic of the operation of such a device constructed using a conventional element base is adduced in and takes more than 20 pages. The device itself is made in the form of a standard relay panel. Attempts to make a formal description of the logic of the device's operation, which would be convenient to use to create an effective program for a microprocessor, have turned out to be very labor-consuming and have not given a reliable outcome.

To overcome this difficulty a special mathematical apparatus has been applied that has received the title "theory of a pattern recognition". It has broad application in other areas of science and engineering, such as radio-location, echo-location, processing the outcomes of air photography for agricultural needs, and also for technical diagnostics. Applying the method of pattern recognition assumes parallel information processing. The prototype for such processing is human perception, which takes the entire input data and practically instantly comes to the most valid solution which determines its response to changes in its external environment.

For the design of a microprocessor detector of asynchronous modes the following characteristics of operation of measuring devices were adopted. For remote devices the characteristics of operation are adopted as anti-parallel programs, whose bases coincide and lateral legs are located in such a manner that the sensitive device envelops a larger area, than the rough one, and middle lines coincide. The power direction unit has the characteristic of a straight line running along the middle line and its extensions. The position of operational zones of remote devices in a complex plane of resistance is selected so that they envelop a financial calculation center of hunting.

In such an arrangement of operational characteristics, the entire complex plane of resistance is broken into 6 zones. If the resistance 2, falls into the operating range of any unit, then it corresponds to a "1" in the appropriate position of the unit state register. Otherwise "0" is installed in this position. Thus, for the full description of the state 2, relative to the operating ranges it is enough to have three positions, which are combined into "a code of the state of measuring devices" (CSMD). Since for the detection of an asynchronous mode it is not important in what zone is 2, at the given moment but in what order and with what speed it passes these zones, a 16-digit word is formed, in which current CSMD values are recorded in turn at the moment of transition of 2, from one zone to another (before recording CSMD in rightmost positions of the word there is a logical shift to the left by three positions). Thus, the information on the trajectory of motion of the end of vector 2, during the period it passes by four boundaries between zones is stored in one 16-digit word.

Possible paths of motion of the end of vector 2, during asynchronous mode correspond to a rather limited dictionary of indicators, which allows, not only an asynchronous mode to be discovered but also allows the determination of the direction of relative motion of EMF, vectors in an asynchronous mode.

Research of the behavior of the microprocessor detector, using' this method of analysis of the system state, has shown that detection of an asynchronous mode in the first cycle is impossible without taking into account the duration of time of the presence of the end of vector Z, in each zone. Therefore, for a more full characteristic of a transient image, a check of the duration of the presence of the end of vector 2 in each zone is entered in the algorithm. If its duration in an appropriate zone turns out to be more than a given threshold, then the fact of its exceeding the limit is recorded in an additional register "code of a timer conditions" (CTC). Similarly to CSMD, values formed in CTC at the moment of transition from one zone to another, are recorded in a word of time states (whose formation is implemented by a logical shift of the previous value and an adding of the new value).

The introduction of additional information has permitted expansion of the dictionary, by including in it combinations which take into account not only trajectory of motion, but also the duration of the end of vector Z, in each zone. To realize an operational algorithm of the asynchronous mode detector it is enough to register an excess of duration of the end of vector Z, in the given zone above the threshold value.

The use of time thresholds allows to reliably determine, whether the preceding mode was a long normal mode of joint activity of power systems. Because of this, the "first stage" of an asynchronous mode detector is realized, since the first cycle of an asynchronous mode will always come after a long working mode. For detection of a long working mode it is enough to make sure that over a large enough time span the end of vector Z has been outside of the operating ranges of remote devices.

The control of the duration of the end of vector Z in one of the zones is also necessary for detection of a distinctive feature of an asynchronous mode which is exhibited most clearly in the first cycle, substantial difference in the time between the entrance of the end of vector Z, in the operating range of the sensitive remote device and its entrance into the operating range of the rough one. 

The use of this indicator allows to reliably distinguish a short-circuit mode, in which the transition from the normal mode zone into the operating range of the rough remote device happens practically instantly.

One more important factor that limits the efficiency of using conventional asynchronous mode detectors is the large switching time of analog measuring devices near a operational zone boundary. This is the reason for failures in operation when the slip is large. The application of digital algorithms in the construction of remote devices and power direction device enables this shortcoming to be overcome.

In selecting device parameter settings for liquidation of an asynchronous mode a big difficulty is selecting operating zones of measuring devices because the selected thresholds should satisfy the whole set of operational modes of the considered section. Frequently selecting thresholds for one set of measuring devices turns out to be difficult. Using several detectors to detect an asynchronous mode in one section is not usually considered because of the cost of this solution. But, implementing microprocessors using the theory of pattern recognition can provide the necessary quantity of detectors, which have various zones of measuring device operation, without additional hardware costs. Hence, enough detectors can be realized in the microprocessor system, that the necessary properties can be achieved.

It should be noted that the approach to detecting abnormal and emergency operation in relay systems using the theory of pattern recognition is not limited only to asynchronous mode detectors. It would be expedient to investigate the possibility of using this approach in the synthesis of algorithms and other kinds of complex devices of relay systems.