數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性建模的思考

劉友元

【摘 要】近年來(lái)，人們對(duì)電能使用要求不斷提高，電力系統(tǒng)只有滿足用戶的使用需求，才能充分發(fā)揮電力系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。此時(shí)，數(shù)字化變電站應(yīng)運(yùn)而生，只有不斷完善該變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)、提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，才能確保電能穩(wěn)定供應(yīng)。通過(guò)可靠性建模的方式分析這一系統(tǒng)的基本組成和特點(diǎn)，能為電力行業(yè)發(fā)展起到鋪墊作用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化變電站；繼電保護(hù)系統(tǒng)；可靠性；建模

0 前言

現(xiàn)如今，電力企業(yè)不斷擴(kuò)大發(fā)展規(guī)模，這類企業(yè)主要以維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行為基本目標(biāo)，新型繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用的過(guò)程中更應(yīng)做好性能檢測(cè)、可靠性分析等工作，因此，本文對(duì)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)可靠性建模來(lái)展開(kāi)探究具有一定現(xiàn)實(shí)意義。希望能為相關(guān)電力企業(yè)提供有效性參考。

1 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

1.1 系統(tǒng)組成

數(shù)字化變電站主要依靠先進(jìn)信息技術(shù)進(jìn)行升級(jí)和發(fā)展，這類變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)具有獨(dú)特性，它與傳統(tǒng)變電站存在差異，具體體現(xiàn)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成、連接方式等各個(gè)方面。系統(tǒng)組成模塊主要有同步時(shí)鐘源（TS）、合并單元（MU）、斷路器（BR）、傳輸介質(zhì)（TM）、保護(hù)單元（PR）、互感器（MI）、智能終端（IT）、交換機(jī)（SW）。其中，合并單元（MU）主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，并將特殊格式的數(shù)據(jù)有效性傳輸，傳輸終端為交換機(jī)（SW）；交換機(jī)能夠提供信息傳輸?shù)闹匾脚_(tái)，確保設(shè)備信息在這一平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)及時(shí)共享；智能終端（IT）主要用來(lái)控制斷路器，并負(fù)責(zé)信息采集和傳輸。通信介質(zhì)多為光纖、銅線電纜，通信介質(zhì)的接口存在差異性，二者對(duì)保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性有一定影響。因?yàn)橄到y(tǒng)嚴(yán)格要求事件的序列性以及時(shí)間準(zhǔn)確性，因此不同設(shè)備傳遞信息的過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行校時(shí)處理[1]。

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

由于系統(tǒng)內(nèi)部組成元件以及儀器的數(shù)量較多，只有做好組成元件、組成儀器的繼電保護(hù)工作，才能從整體上提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，確保繼電系統(tǒng)有序運(yùn)行，這也是數(shù)字化變電站正常工作的基本要求。但上述元件實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中極易出現(xiàn)故障，進(jìn)而影響系統(tǒng)可靠性。例如，互感器結(jié)構(gòu)不同于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而其運(yùn)行方式對(duì)系統(tǒng)有序運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生阻礙作用，因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行方式主要為以太網(wǎng)式，它的工作內(nèi)容主要以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)為主，但保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行方式主要以報(bào)文式為主，這種運(yùn)行方式不僅會(huì)產(chǎn)生丟包現(xiàn)象，而且還會(huì)引發(fā)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴問(wèn)題，進(jìn)而阻礙數(shù)字化變電站有序運(yùn)行，由此可見(jiàn)，適當(dāng)升級(jí)系統(tǒng)可靠性具有必要性。

2 通信模型及可靠性策略

2.1 通信模型

2.1.1 分析信息回路

實(shí)際分析的過(guò)程中，首先簡(jiǎn)要介紹同步對(duì)時(shí)信息，主要針對(duì)同步時(shí)鐘源進(jìn)行介紹，因?yàn)樗诨芈分械淖饔貌蝗莺鲆暎饕?fù)責(zé)短時(shí)間內(nèi)時(shí)鐘信號(hào)的接受和傳遞，全面保護(hù)信號(hào)及信息的安全性。以目前變電站運(yùn)行效果來(lái)看，對(duì)時(shí)法在信息回路設(shè)置中的應(yīng)用率較高，主要包括脈沖對(duì)時(shí)、網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)、編碼對(duì)時(shí)。然后具體介紹報(bào)文信息（SV/GOOSE），其中，SV報(bào)文信息回路首先通過(guò)單元拆分、合并等方式完成單元保護(hù)，同時(shí)，這也是交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的基本途徑，這種類型的回路常以虛線的形式來(lái)顯示，進(jìn)而信息傳輸期間無(wú)需應(yīng)用交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)。后者常借助人員發(fā)布式完成信息傳輸，GOOSE報(bào)文特點(diǎn)功能具體體現(xiàn)在多點(diǎn)接受單點(diǎn)的信息傳輸，通信建模期間，它具有可靠性，并且適用性較強(qiáng)。

2.1.2 計(jì)算系統(tǒng)可靠性

保護(hù)系統(tǒng)要想在信息傳輸?shù)倪^(guò)程中彰顯應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮系統(tǒng)實(shí)施性，應(yīng)首先掌握信息與信息回路二者間的連接方式，并分析繼電系統(tǒng)受連接方式的影響，由于繼電系統(tǒng)內(nèi)部組成較復(fù)雜，如果某一系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行障礙，那么整體系統(tǒng)將會(huì)受到影響。系統(tǒng)串聯(lián)情況下：根據(jù)計(jì)算公式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性計(jì)算，在此期間，需要統(tǒng)計(jì)元件數(shù)量以及子系統(tǒng)個(gè)數(shù)，如果某個(gè)元件或者子系統(tǒng)存在冗余配置現(xiàn)象，那么系統(tǒng)整體運(yùn)行效果達(dá)不到預(yù)期；系統(tǒng)并聯(lián)情況下：可靠性計(jì)算常用方法為最小路徑法，即通過(guò)最短路徑查詢完成數(shù)量計(jì)算，以此得知這一路徑的連通性概率，借此提升元件（節(jié)點(diǎn)/相應(yīng)線路）可靠性[2]。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)建?！狾PNET

具體指的是應(yīng)用OPNET仿真系統(tǒng)，使其開(kāi)展于繼電保護(hù)分析階段。實(shí)際建模的過(guò)程中，能夠適當(dāng)借鑒面向?qū)ο笙到y(tǒng)建模法，同時(shí)還可以發(fā)揮圖形編輯器的應(yīng)用作用。OPNET網(wǎng)絡(luò)建模主要分為三部分，第一部分即網(wǎng)絡(luò)域，利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模型掌握設(shè)備屬性，借此實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)映射；第二部分即進(jìn)程域，利用C語(yǔ)言程序完成核心函數(shù)計(jì)算，然后對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析系統(tǒng)穩(wěn)定性；第三部分即節(jié)點(diǎn)域，主要通過(guò)功能整合完成層次結(jié)構(gòu)描述，以便為設(shè)備整合、設(shè)備有序運(yùn)行起到鋪墊作用。

2.1.4 合并單元模型

主要以O(shè)PNET節(jié)點(diǎn)編輯域?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)行合并單元模型構(gòu)建，這一模型通過(guò)接口處理設(shè)置節(jié)點(diǎn)模塊——MAC，接下來(lái)經(jīng)過(guò)物理層完成數(shù)據(jù)傳輸。其中，合并單元節(jié)點(diǎn)模型主要進(jìn)行數(shù)據(jù)包裝，即在數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上完成數(shù)據(jù)向IED傳輸。合并單元模型應(yīng)用層主要用來(lái)形成數(shù)據(jù)包，并完成信息傳輸、數(shù)據(jù)編碼填寫(xiě)、鏈路層處理等基本工作。

2.2 可靠性策略

2.2.1 應(yīng)用軟件積分

軟件積分實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，它主要利用Rogowski這一原理，互感器傳輸信息之前應(yīng)首先進(jìn)行信息操作，通過(guò)信息操作獲取所需要的電流信號(hào)，這一工作離不開(kāi)采集器的輔助和支持，同時(shí)，硬件積分也會(huì)發(fā)揮應(yīng)用作用，以此縮短不同單元整合時(shí)間，大大優(yōu)化軟件積分處理效果。軟件積分處理功能適用于暫態(tài)誤差處理工作，實(shí)際處理的過(guò)程中，代碼也能通過(guò)分析元器件特點(diǎn)以及影響因素來(lái)削弱積分的不利影響，以此降低采集器的功率耗量，減少處理成本，全面提高系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性，這對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)發(fā)揮具有促進(jìn)作用，同時(shí)，電力行業(yè)也能持續(xù)發(fā)展。

2.2.2 應(yīng)用插值算法

在掌握系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)以及運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用插值算法來(lái)提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，這對(duì)電力企業(yè)有序發(fā)展具有基礎(chǔ)性作用。應(yīng)用插值算法不僅會(huì)降低故障隱患發(fā)生幾率，而且還能妥善解決相應(yīng)問(wèn)題，插值算法應(yīng)用期間應(yīng)遵循相應(yīng)規(guī)則，遵循間隔采樣要求，必要時(shí)借助外部時(shí)鐘的輔助作用，大大提高差值計(jì)算的準(zhǔn)確性，與此同時(shí)，有序開(kāi)展重采樣活動(dòng)，確?；ジ衅髟跀?shù)值獲取、整合的過(guò)程中被全面管控，這不僅會(huì)對(duì)相關(guān)裝置進(jìn)行安全性保護(hù)，而且還能提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

根據(jù)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析需要，選用適合的軟件積分、插值算法等策略提高系統(tǒng)可靠性，這不僅能夠具體掌握系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，而且還能全面了解系統(tǒng)運(yùn)行方式，盡可能的降低系統(tǒng)運(yùn)行故障，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性運(yùn)行，這對(duì)電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增加具有促進(jìn)意義[3]。

3 結(jié)論

綜上所述，電力企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)信息背景中，通過(guò)建立數(shù)字化變電站來(lái)完成電能資源的有序供應(yīng)，通過(guò)可靠性建模的方式對(duì)這類變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，并提出可靠性策略，這不僅能夠優(yōu)化電能質(zhì)量，而且還能提高電力系統(tǒng)的安全性，大大降低電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。此外，人們生產(chǎn)生活中對(duì)電能的應(yīng)用需要也能得到滿足，這在一定程度上會(huì)提升人們的生活質(zhì)量，電力企業(yè)也能有序運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃光，陳煥榮.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性建模研究[J].通訊世界，2017，（21）：117-118.

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[3]王超，王慧芳，張弛.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性建模研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41（03）：8-13.endprint