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[摘 要]对现有继电保护数量与型号众多、维护工作量大、版本混乱等问题，提出一种可编程继电保护方法，对现有继电保护可编程逻辑方程进行深入解析，并进行虚拟执行以检测逻辑方程中的语法错误。该方法在实际的继电保护装置的应用中，表现出良好的实时性和通用性。
[关键词]继电保护;逻辑方程;解析
[中图分类号]TM774 [文献标志码]A [文章编号]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
随着电力系统继电保护的快速发展，对继电保护的可编程要求越来越迫切。传统继电保护一般按照功能设计不同的装置型号，例如：电容器保护、馈线保护、电动保护、备自投等;而且用户的需求千变万化，经常需要各种复杂的闭锁条件、备自投方案等。为了满足上述要求，各个继电保护厂家的继电保护型号种类繁多，而且各种型号的程序版本也很混乱。传统的设计理念不仅维护工作量很大，而且因版本混乱，现场隐患很多，严重影响了电力系统的正常运行。
为了解决该问题，目前流行的解决思路是实现继电保护可编程功能，将所有的开入、开出、保护功能等抽象为基本的布尔变量（称为继电器字），用户的各种特殊需求通过编写布尔表达式（称为逻辑方程）解决。这样不仅解决了装置类型和程序版本繁多的问题，而且便于现场调试，保证了电力系统的正常运行。但逻辑方程文本信息的执行需要经过词法分析、语法分析、编译执行等复杂的处理。而继电保护是强实时系统，几毫秒的延时即可导致大规模的停电事故，对时间要求非常的苛刻。
在可编程功能的实现上，可以直接利用现有继电保护的逻辑方程技术，也可以借助于国外较为成熟的编译软件，如德国科维软件公司的MULTIPROG软件等，但购买国外的专用软件包时核心技术会受制于人。因此，本文提出一种具有强实时性的继电保护逻辑方程解析方法，并将该方法应用于可编程继电保护装置，以期简化现场维护工作量。
1 解析方法实现原理
从本质上说，逻辑方程是一系列布尔表达式，其基本元素是布尔变量和各种逻辑运算符。为了充分利用逻辑方程，以实现继电保护可编程化，需要将各种继电保护硬件接口或设备抽象为布尔变量。为了后续描述方便，将这些抽象后的布尔变量称为继电器字，而由继电器字组合成的布尔表达式被称为逻辑方程。
解析方法整体软件体系结构如图1所示，主要包括继电器字数据库、解析模块和执行模块三部分。继电器字数据库用来管理所有抽象的继电器字，不仅用于用户编写逻辑方程，而且也用于统一解析模块和执行模块所对应的继电器字表。解析模块将用户编写的逻辑方程解析为逻辑方程参数，执行模块执行逻辑方程参数，整个过程类似于高级语言编译过程。
在现代微机继电保护中，继电保护软件模块一般由一个独立的定时中断或高优先级任务来调用，以此来保证继电保护动作的实时性和快速性。为了适应逻辑方程在实际应用中的特性，该方法将继电保护软件模块分为三个阶段。
（1）进行保护电气量计算，并设置相应的继电器字状态。
（2）调用逻辑方程执行模块，执行用户编写的逻辑方程。
（3）最后依据相应的继电器字状态触发出口、生成报告、指示LED灯亮灭等操作。
2 解析方法应用流程
（1）根据继电保护装置的实际运行特性，逻辑方程的解析主要可分为：①依据继电器字数据库编写逻辑方程。②词法分析，将逻辑方程解析成节点结构。③虚拟执行，检测逻辑方程中的语法错误，因后续解析时难以同步处理语法错误，需要先检测语法错误。④构建执行单元模块。⑤生成逻辑方程参数。⑥继电保护装置依据逻辑方程参数执行逻辑方程。⑦依據逻辑方程执行结果触发出口。
（2）依据继电保护功能，可抽象出很多种类型的继电器字，如开入继电器字、开出继电器字、保护元件继电器字、动作报告继电器字、时间继电器字、自保持继电器字等。但为了快速而实时的执行逻辑方程，必须压缩继电器字类型。经高度抽象概括后，可抽象为如下两种类型：①常规继电器字。②时间继电器字。
所有类型的继电器字都可以归纳为上述两种，或者由上述两种继电器字组合而成。如自保持继电器可通过逻辑方程表达式组合为：
式中：继电器字A为自保持继电器字，继电器字B为自保持返回条件，继电器字C为自保持触发条件。当继电器字C为1时，则继电器字A保持为1，直到继电器字B为1时才返回0。
（3）逻辑方程的参数主要包括：
①文件头。用于描述继电器字、执行单元信息的个数。
②继电器字描述结构。 ③執行单元描述结构。
④沿操作描述信息，列出所有参与沿操作的继电器字，用于清除沿状态。
⑤文件CRC校验，用于文件合法检测。
（4）继电器执行单元描述结构包括：①继电器字索引，用于快速读写继电器字状态。②快速跳转偏移，为-1时表示当前节点跳转到结尾。③关联运算符，包括“与”、“或”和“结束”三种运算符。关联运算符主要用于跳转判断，在“1+…”和“0×…”的时候进行跳转。④提取方式，包括“常规”、“取反”、“上升沿”、“下降沿”、“上升沿并取反”和“下降沿并取反”。通过提取方式将继电器字和运算符结合，减少了执行节点个数。
逻辑方程支持的运算符及其释义，如表1所示。通过计算保护电气量，设置继电器字状态，依据逻辑方程参数，构建执行结构，将继电器字状态代入执行结构中，得到执行结构。
（5）例如表达式X=A+B×（C+D）×（E+F）+G#，依次监测变量A—G的状态，执行过程如下：
①如果A=1，则X=1，解析结束。
②如果A=0，B=0，则CDEF被忽略，执行步骤（7）。
3 可编程继电保护装置应用
广州市扬新技术研究有限责任公司生产的BYE550系列综合保护测控装置集保护、测控、监视、控制、人机接口、通讯等多种功能于一体，是一款可编程的多功能综合保护测控装置，适用于110 kV及以下电压等级的输电线路、变压器出线、电容器、电动机等间隔的保护测控功能要求。它们通过可编程逻辑，可灵活实现用户的特殊功能需求：可编程设定面板LED，并支持自保持特性;12个定时器可通过编程实现特殊功能;16路强电开入可通过编程实现各种开关量控制、闭锁、跳闸等功能。它可以实时动态显示各保护元件的执行情况，保护动作过程完全透明，便于事故分析。它具有详细且大容量的事件报告记录，最大可记录127条操作事项（如装置上电、修改定值等）、255条事件顺序记录信息。
当进行继电保护装置的功能设定时，只需要更改相应部分的逻辑方程即可实现，无需反复更改硬件配置。且嵌入式芯片的响应速度很快，能满足继电保护的强实时性要求。
4 结语
本文主要针对现阶段继电保护维护量大的问题，提出了一种继电保护逻辑方程解析方法，通过逻辑方程的形式将具体的继电保护硬件接口或设备抽象为继电器字，利用嵌入式芯片的快速响应加以运算与执行，满足继电保护的强实时性。采用该解析方法设计的可编程继电保护装置经过在广州地铁各个线路上的多年运营，能有效监测线网电气量并对故障情况进行准确判断，证明本文所提的可编程逻辑方程解析方法具有有效性。
参考文献
[1]陈万勋，于楠，黄景光，等.广域后备保护与传统后备保护配合逻辑建模分析研究[J]智慧电力.2019（5）：52-53.
[2]黄少锋.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2015.
[3]李利文.浅谈逻辑设计法在继电控制线路中的应用[J].教师，2013（14）：75-76.
[关键词]继电保护;逻辑方程;解析
[中图分类号]TM774 [文献标志码]A [文章编号]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
随着电力系统继电保护的快速发展，对继电保护的可编程要求越来越迫切。传统继电保护一般按照功能设计不同的装置型号，例如：电容器保护、馈线保护、电动保护、备自投等;而且用户的需求千变万化，经常需要各种复杂的闭锁条件、备自投方案等。为了满足上述要求，各个继电保护厂家的继电保护型号种类繁多，而且各种型号的程序版本也很混乱。传统的设计理念不仅维护工作量很大，而且因版本混乱，现场隐患很多，严重影响了电力系统的正常运行。
为了解决该问题，目前流行的解决思路是实现继电保护可编程功能，将所有的开入、开出、保护功能等抽象为基本的布尔变量（称为继电器字），用户的各种特殊需求通过编写布尔表达式（称为逻辑方程）解决。这样不仅解决了装置类型和程序版本繁多的问题，而且便于现场调试，保证了电力系统的正常运行。但逻辑方程文本信息的执行需要经过词法分析、语法分析、编译执行等复杂的处理。而继电保护是强实时系统，几毫秒的延时即可导致大规模的停电事故，对时间要求非常的苛刻。
在可编程功能的实现上，可以直接利用现有继电保护的逻辑方程技术，也可以借助于国外较为成熟的编译软件，如德国科维软件公司的MULTIPROG软件等，但购买国外的专用软件包时核心技术会受制于人。因此，本文提出一种具有强实时性的继电保护逻辑方程解析方法，并将该方法应用于可编程继电保护装置，以期简化现场维护工作量。
1 解析方法实现原理
从本质上说，逻辑方程是一系列布尔表达式，其基本元素是布尔变量和各种逻辑运算符。为了充分利用逻辑方程，以实现继电保护可编程化，需要将各种继电保护硬件接口或设备抽象为布尔变量。为了后续描述方便，将这些抽象后的布尔变量称为继电器字，而由继电器字组合成的布尔表达式被称为逻辑方程。
解析方法整体软件体系结构如图1所示，主要包括继电器字数据库、解析模块和执行模块三部分。继电器字数据库用来管理所有抽象的继电器字，不仅用于用户编写逻辑方程，而且也用于统一解析模块和执行模块所对应的继电器字表。解析模块将用户编写的逻辑方程解析为逻辑方程参数，执行模块执行逻辑方程参数，整个过程类似于高级语言编译过程。
在现代微机继电保护中，继电保护软件模块一般由一个独立的定时中断或高优先级任务来调用，以此来保证继电保护动作的实时性和快速性。为了适应逻辑方程在实际应用中的特性，该方法将继电保护软件模块分为三个阶段。
（1）进行保护电气量计算，并设置相应的继电器字状态。
（2）调用逻辑方程执行模块，执行用户编写的逻辑方程。
（3）最后依据相应的继电器字状态触发出口、生成报告、指示LED灯亮灭等操作。
2 解析方法应用流程
（1）根据继电保护装置的实际运行特性，逻辑方程的解析主要可分为：①依据继电器字数据库编写逻辑方程。②词法分析，将逻辑方程解析成节点结构。③虚拟执行，检测逻辑方程中的语法错误，因后续解析时难以同步处理语法错误，需要先检测语法错误。④构建执行单元模块。⑤生成逻辑方程参数。⑥继电保护装置依据逻辑方程参数执行逻辑方程。⑦依據逻辑方程执行结果触发出口。
（2）依据继电保护功能，可抽象出很多种类型的继电器字，如开入继电器字、开出继电器字、保护元件继电器字、动作报告继电器字、时间继电器字、自保持继电器字等。但为了快速而实时的执行逻辑方程，必须压缩继电器字类型。经高度抽象概括后，可抽象为如下两种类型：①常规继电器字。②时间继电器字。
所有类型的继电器字都可以归纳为上述两种，或者由上述两种继电器字组合而成。如自保持继电器可通过逻辑方程表达式组合为：
式中：继电器字A为自保持继电器字，继电器字B为自保持返回条件，继电器字C为自保持触发条件。当继电器字C为1时，则继电器字A保持为1，直到继电器字B为1时才返回0。
（3）逻辑方程的参数主要包括：
①文件头。用于描述继电器字、执行单元信息的个数。
②继电器字描述结构。 ③執行单元描述结构。
④沿操作描述信息，列出所有参与沿操作的继电器字，用于清除沿状态。
⑤文件CRC校验，用于文件合法检测。
（4）继电器执行单元描述结构包括：①继电器字索引，用于快速读写继电器字状态。②快速跳转偏移，为-1时表示当前节点跳转到结尾。③关联运算符，包括“与”、“或”和“结束”三种运算符。关联运算符主要用于跳转判断，在“1+…”和“0×…”的时候进行跳转。④提取方式，包括“常规”、“取反”、“上升沿”、“下降沿”、“上升沿并取反”和“下降沿并取反”。通过提取方式将继电器字和运算符结合，减少了执行节点个数。
逻辑方程支持的运算符及其释义，如表1所示。通过计算保护电气量，设置继电器字状态，依据逻辑方程参数，构建执行结构，将继电器字状态代入执行结构中，得到执行结构。
（5）例如表达式X=A+B×（C+D）×（E+F）+G#，依次监测变量A—G的状态，执行过程如下：
①如果A=1，则X=1，解析结束。
②如果A=0，B=0，则CDEF被忽略，执行步骤（7）。
3 可编程继电保护装置应用
广州市扬新技术研究有限责任公司生产的BYE550系列综合保护测控装置集保护、测控、监视、控制、人机接口、通讯等多种功能于一体，是一款可编程的多功能综合保护测控装置，适用于110 kV及以下电压等级的输电线路、变压器出线、电容器、电动机等间隔的保护测控功能要求。它们通过可编程逻辑，可灵活实现用户的特殊功能需求：可编程设定面板LED，并支持自保持特性;12个定时器可通过编程实现特殊功能;16路强电开入可通过编程实现各种开关量控制、闭锁、跳闸等功能。它可以实时动态显示各保护元件的执行情况，保护动作过程完全透明，便于事故分析。它具有详细且大容量的事件报告记录，最大可记录127条操作事项（如装置上电、修改定值等）、255条事件顺序记录信息。
当进行继电保护装置的功能设定时，只需要更改相应部分的逻辑方程即可实现，无需反复更改硬件配置。且嵌入式芯片的响应速度很快，能满足继电保护的强实时性要求。
4 结语
本文主要针对现阶段继电保护维护量大的问题，提出了一种继电保护逻辑方程解析方法，通过逻辑方程的形式将具体的继电保护硬件接口或设备抽象为继电器字，利用嵌入式芯片的快速响应加以运算与执行，满足继电保护的强实时性。采用该解析方法设计的可编程继电保护装置经过在广州地铁各个线路上的多年运营，能有效监测线网电气量并对故障情况进行准确判断，证明本文所提的可编程逻辑方程解析方法具有有效性。
参考文献
[1]陈万勋，于楠，黄景光，等.广域后备保护与传统后备保护配合逻辑建模分析研究[J]智慧电力.2019（5）：52-53.
[2]黄少锋.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2015.
[3]李利文.浅谈逻辑设计法在继电控制线路中的应用[J].教师，2013（14）：75-76.