新疆電網(wǎng)繼電保護(hù)定值在線校核平臺研究

南東亮 孫誼媊 郭小龍 李修軍 陳 龍

隨著超/特直流輸電線路及柔性直流工程的進(jìn)一步發(fā)展建設(shè)，我國電力系統(tǒng)正發(fā)生巨大的發(fā)展和變化，“西電東送、南北互濟(jì)、全國聯(lián)網(wǎng)”的交/直流混聯(lián)電網(wǎng)已形成[1]。在智能電網(wǎng)和“一帶一路”發(fā)展背景下，處于絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的新疆電網(wǎng)重要性愈發(fā)凸顯?！笆濉逼陂g，新疆 750kV網(wǎng)架得到了很大程度的強(qiáng)化，截止 2020年，將建成新疆-西北750kV聯(lián)網(wǎng)第三通道，天山西部750kV環(huán)網(wǎng)線路均建成雙線供電，同時(shí)新增 750kV廠站及擴(kuò)建750kV廠站主變，天山東部750kV環(huán)網(wǎng)新增了2個(gè)750kV直流換流站，并新建了大批直流配套電源經(jīng)750kV電壓等級接入電網(wǎng)[2-3]。多條特高壓直流送端的饋入，使得新疆電網(wǎng)成為風(fēng)光火打捆、直流送出的復(fù)雜電網(wǎng)系統(tǒng)，從而使得實(shí)際的運(yùn)行方式趨于多樣化，電網(wǎng)安全運(yùn)行面臨更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[4]。

繼電保護(hù)作為電力系統(tǒng)三道防線的第一關(guān)，對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行所起的作用愈加明顯[5-6]。因此，要求電網(wǎng)調(diào)度應(yīng)不斷加強(qiáng)對電網(wǎng)、尤其是繼電保護(hù)的實(shí)時(shí)掌控能力[7]。針對繼保在線校核系統(tǒng)，文獻(xiàn)[8]研究了動態(tài)短路電流計(jì)算方法。文獻(xiàn)[9]研究了定值在線校核預(yù)想方式生成問題，有助于定值校核更科學(xué)有效的實(shí)施，但缺少校核平臺架構(gòu)及方案的詳細(xì)分析。文獻(xiàn)[10-11]研究了基于智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（smart grid-operation supporting system, SGOSS）在線校核的功能、并行計(jì)算算法，文獻(xiàn)[12-13]研究了在線校核及預(yù)警平臺建設(shè)、應(yīng)用等，但在數(shù)據(jù)架構(gòu)的數(shù)據(jù)輸入輸出和數(shù)據(jù)格式等方面，尚缺乏針對性的設(shè)計(jì)及分析。當(dāng)前，國內(nèi)部分電網(wǎng)公司已經(jīng)基于SG-OSS平臺建設(shè)了各類功能強(qiáng)大的高級應(yīng)用，這些高級應(yīng)用為調(diào)度員提供了豐富的監(jiān)控、預(yù)警等功能[10,14-15]，但是尚缺少針對實(shí)時(shí)電網(wǎng)信息對保護(hù)定值的在線校核和預(yù)警分析。因此，結(jié)合新疆電網(wǎng)的實(shí)際情況，基于SG-OSS系統(tǒng)，本文對新疆電網(wǎng)繼電保護(hù)定值在線校核平臺相關(guān)問題開展研究。

1 在線校核平臺功能分析

1.1 平臺構(gòu)建原則及基本要求

滿足以下技術(shù)原則：①繼電保護(hù)定值在線校核與繼電保護(hù)定值離線整定遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，滿足DL/T 559、DL/T 584的要求；②故障電流計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性滿足GB/T 15544的要求[16]；③滿足電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行需求。應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)，滿足新功能模塊的擴(kuò)展需求。

1.2 平臺構(gòu)建功能分析

1）在線校核功能

（1）實(shí)現(xiàn)啟動定值校核功能

應(yīng)能實(shí)現(xiàn)電壓、電流及其他啟動定值的校核。（2）實(shí)現(xiàn)主保護(hù)定值校核功能

主保護(hù)必須滿足各自的靈敏度的校驗(yàn)。其中，主保護(hù)類型主要有母差/縱聯(lián)/變壓器差動保護(hù)等。

（3）實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)校核

主保護(hù)必須滿足各自的靈敏度和選擇性的校驗(yàn)，同時(shí)支持分析周圍系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備的動作行為。

2）研究態(tài)分析功能

研究態(tài)分析是繼電保護(hù)業(yè)務(wù)分析必不可少的，是要在電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息和離線信息的基礎(chǔ)上對電網(wǎng)及保護(hù)定值進(jìn)行仿真、模擬、提供輔助決策等。

3）故障電流計(jì)算功能

在線校核故障電流計(jì)算方面的研究主要實(shí)現(xiàn)以下要求包括：

（1）故障電流計(jì)算方面

主要有是否計(jì)及穩(wěn)態(tài)潮流計(jì)算兩種。

（2）故障類型方面

必須滿足各種運(yùn)行方式下各種故障類型的要求。

4）故障計(jì)算處理能力

對不同電力系統(tǒng)運(yùn)行方式具有適應(yīng)性，且故障計(jì)算規(guī)模不受電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)限制，并留有擴(kuò)展的空間。

5）多模式可視化展現(xiàn)界面功能設(shè)計(jì)

在可視化展現(xiàn)中，要求把繼電保護(hù)定值校核及預(yù)警的結(jié)果、告警信息通過可視化手段表達(dá)出來，增強(qiáng)展示的集成度，做到形象、直觀、方便、友好。

6）維護(hù)管理功能搭建，主要涉及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫生成、權(quán)限分配及設(shè)定、數(shù)據(jù)維護(hù)等。

2 總體架構(gòu)方案

2.1 設(shè)計(jì)原則

基于SG-OSS平臺的繼電保護(hù)定值在線校核及預(yù)警應(yīng)用，其從數(shù)據(jù)庫、通信、服務(wù)器、人機(jī)界面等方面與平臺均有一定程度的交互，結(jié)合應(yīng)用本身功能及平臺的部署情況，對在線校核應(yīng)用進(jìn)行合理的架構(gòu)設(shè)計(jì)，為應(yīng)用的功能開發(fā)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及國家電網(wǎng)公司關(guān)于繼電保護(hù)運(yùn)行管理和調(diào)度自動化系統(tǒng)建設(shè)管理的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

繼電保護(hù)定值在線校核屬于SG-OSS系統(tǒng)中實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警類的一個(gè)應(yīng)用，其總體架構(gòu)圖如圖 1所示[9]，包括基礎(chǔ)平臺和在線校核及預(yù)警應(yīng)用兩大模塊，其中，后者向前者傳輸定值、模型、圖形、狀態(tài)、檢修方式、故障錄波等數(shù)據(jù)，前者向后者傳輸校核及報(bào)警數(shù)據(jù)?；A(chǔ)平臺功能包括系統(tǒng)/CASE/安全/權(quán)限管理等子模塊，各個(gè)子模塊的數(shù)據(jù)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫等加以存儲。

圖1 總體架構(gòu)圖

繼電保護(hù)定值在線校核及預(yù)警應(yīng)用以 SG-OSS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，集成繼電保護(hù)定值在線校核及預(yù)警、預(yù)想方式分析等于一體的繼電保護(hù)核心業(yè)務(wù)功能應(yīng)用，其應(yīng)用功能架構(gòu)如圖2所示。圖2中，定值在線校核分實(shí)時(shí)/N-k預(yù)想兩種方式，起動分電壓/電流/其他 3種，研究態(tài)分析包括故障仿真/模擬/差動特性/保護(hù)躲負(fù)荷能力分析等。

圖2 功能架構(gòu)圖

3 部署功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

繼電保護(hù)定值在線校核及預(yù)警應(yīng)用的硬件拓?fù)浼軜?gòu)如圖3所示，分布式計(jì)算平臺架構(gòu)如圖4所示。圖3中，主服務(wù)器、從服務(wù)器、工作站都掛在計(jì)算集群計(jì)算機(jī)下，圖4中，主控臺監(jiān)控模塊為數(shù)據(jù)交互的中心，基于下層終端的任務(wù)提交，向上層提交任務(wù)執(zhí)行的相關(guān)指令，實(shí)現(xiàn)計(jì)算集群的綜合計(jì)算。

圖3 硬件拓?fù)浼軜?gòu)圖

圖4 分布式計(jì)算平臺架構(gòu)

“計(jì)算機(jī)群”節(jié)點(diǎn)是集中的機(jī)群節(jié)點(diǎn)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)即插即用，加入、退出靈活，充分利用系統(tǒng)中所有計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，滿足定值在線校核計(jì)算需求。

4 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5所示。數(shù)據(jù)來自于不同安全區(qū)的應(yīng)用，統(tǒng)一通過SG-OSS基礎(chǔ)平臺提供校核總線來交互。在線校核應(yīng)用部署于平臺的Ⅱ區(qū)，通過平臺從Ⅰ區(qū)獲取電網(wǎng)的模型、圖形，遙信遙測量數(shù)據(jù)；從Ⅲ區(qū)獲取保護(hù)定值、線路互感、接地信息等數(shù)據(jù)，通過反向隔離裝置傳遞到Ⅱ區(qū)。

圖5 數(shù)據(jù)架構(gòu)圖

在線校核應(yīng)用的一、二次模型主要通過以下過程完成：

1）通過SG-OSS基礎(chǔ)平臺的拓?fù)鋽?shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)以及整定軟件的數(shù)據(jù)形成在線校核的一次模型。

2）電網(wǎng)圖形直接利用SG-OSS的模型，僅需要簡單的二次維護(hù)。

3）實(shí)時(shí)態(tài)（遙信、遙測量）、基于檢修計(jì)劃的預(yù)想方式都可以通過平臺獲取。

4）通過整定軟件補(bǔ)充裝置定值信息。

4.1 數(shù)據(jù)輸入

繼電保護(hù)定值在線校核數(shù)據(jù)包括：建模類、圖類、運(yùn)行類、運(yùn)行方式類、人員權(quán)限類等。其中，從基礎(chǔ)平臺獲取數(shù)據(jù)采用訂閱機(jī)制，電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)交換的周期不大于10min，同時(shí)支持事件驅(qū)動方式，事件的定義可人工設(shè)置。

繼電保護(hù)定值在線校核及預(yù)警應(yīng)用從繼電保護(hù)定值整定軟件獲取繼電保護(hù)定值。

繼電保護(hù)定值在線校核及預(yù)警應(yīng)用可從二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析或保護(hù)故障信息主站（故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)主站）獲取故障錄波文件。

4.2 數(shù)據(jù)輸出

通過基礎(chǔ)平臺向綜合智能分析輸出報(bào)警類（繼保靈敏度、后備及距離第三段等）數(shù)據(jù)，并綜合出建設(shè)性的建議。

4.3 數(shù)據(jù)格式

輸入數(shù)據(jù)格式見表 1，類型包括 CIM XML或CIM-E[17]、CIM-G或 SVG、E-language、電子文件表格，各類格式均需滿足一定的規(guī)范要求。

輸出數(shù)據(jù)格式見表2，格式主要為-language和CIM XML。

表1 輸入數(shù)據(jù)格式表

表2 輸出數(shù)據(jù)格式表

5 結(jié)論

本文針對國網(wǎng)新疆省電力公司電力調(diào)度控制中心提出的定值在線校核、定值預(yù)想方式分析、定值校核結(jié)果可視化展示的需求，采用了并行計(jì)算技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，充分利用SG-OSS平臺現(xiàn)有資源，通過在線校核應(yīng)用功能的合理設(shè)計(jì)，完成繼護(hù)定值在線校核、故障計(jì)算模擬仿真、距離Ⅲ段躲負(fù)荷能力分析、差動特性分析等功能，并通過SG-OSS人機(jī)界面和獨(dú)立設(shè)計(jì)界面實(shí)現(xiàn)各種校核和分析結(jié)果的可視化展示，完成了相關(guān)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)維護(hù)管理功能。

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