通信系統(tǒng)中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響

祁 鋒

（陸軍裝甲兵學(xué)院蚌埠校區(qū)，安徽 蚌埠233000）

0 引 言

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，個(gè)人和企業(yè)對(duì)電能的依賴越來(lái)越大，隨之而來(lái)的是我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜程度和規(guī)模也與日俱增。這種情況下，電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)生故障的概率大大增加。而電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)在預(yù)防電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障方面具有重要作用。電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行在很大程度上受通信系統(tǒng)的影響，因而研究通信系統(tǒng)中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響具有至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的概念

就目前學(xué)界的研究現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的定義還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際工作中，人們普遍使用的廣域保護(hù)控制系統(tǒng)有兩種類型。第一種，以廣域測(cè)量技術(shù)為支撐的一種繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)。該種類型的廣域保護(hù)控制系統(tǒng)專門解決一些使用傳統(tǒng)手段解決不了的故障，是一種兼具協(xié)調(diào)性和自適應(yīng)性的保護(hù)性措施。第二種是一種緊急控制系統(tǒng)，工作原理是利用廣域測(cè)量得到的反饋性信息，有針對(duì)性地解決一些發(fā)生在電力系統(tǒng)中的較大規(guī)模的連鎖反應(yīng)或穩(wěn)定破壞事故。

2 廣域保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)支撐

2.1 同步測(cè)量技術(shù)

所謂同步相量測(cè)量技術(shù)，就是通過(guò)同步相量測(cè)量裝置（PMU），利用全球定位系統(tǒng)（GPS）秒脈沖作為同步時(shí)鐘構(gòu)成的相量測(cè)量單元，可用于電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)保護(hù)、系統(tǒng)分析和預(yù)測(cè)等領(lǐng)域，是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。目前，世界范圍內(nèi)已安裝使用了數(shù)百臺(tái)PMU?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、運(yùn)行以及應(yīng)用研究的結(jié)果表明，同步相量測(cè)量技術(shù)在電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)與動(dòng)態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定預(yù)測(cè)與控制、模型驗(yàn)證、繼電保護(hù)、故障定位等方面得到了相關(guān)應(yīng)用或具有相關(guān)的應(yīng)用前景。從某種程度上看，這種技術(shù)使得整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)一時(shí)刻數(shù)據(jù)的對(duì)比分析和精確性計(jì)算成為了現(xiàn)實(shí)[1]。

2.2 實(shí)時(shí)通信技術(shù)

在最早的電力系統(tǒng)中，通信都是通過(guò)微波實(shí)現(xiàn)的。如今，隨著各種技術(shù)手段的進(jìn)步和發(fā)展，電力系統(tǒng)通信都是通過(guò)衛(wèi)星、光纖和網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)的微波通信方式相比，這縮短了通信的時(shí)間延遲，使得電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息采集變得更加便捷。這種在衛(wèi)星和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐下的實(shí)時(shí)通信技術(shù)為廣域保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息采集工作帶來(lái)了極大助益，也使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集工作成為了可能。

3 廣域保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

一般，廣域保護(hù)系統(tǒng)主要分為區(qū)域分散、站域集中以及區(qū)域集中3種。整個(gè)系統(tǒng)會(huì)將電網(wǎng)分為若干區(qū)域，各個(gè)區(qū)域都以一個(gè)變電站作為其中心，相應(yīng)的在各個(gè)區(qū)域中，除去中心變電站之外的其他變電站都稱為子站。各個(gè)區(qū)域中的變電站站點(diǎn)負(fù)責(zé)采集該區(qū)域中的所有開關(guān)狀態(tài)信息和IED測(cè)量信息，而區(qū)域中的子站僅受區(qū)域中心站的遠(yuǎn)程控制。廣域保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

4 電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)對(duì)通信系統(tǒng)的依賴性需求

4.1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)種類的需求

廣域保護(hù)控制系統(tǒng)作為整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障，其業(yè)務(wù)覆蓋電網(wǎng)系統(tǒng)中的各個(gè)變電站和電廠。在廣域保護(hù)控制系統(tǒng)中，它的交互信息分為控制信息類和檢測(cè)信息類。其中，控制信息類包括保護(hù)跳合閘命令信息和控制命令信息；而檢測(cè)信息類包括采樣值信息、故障報(bào)告信息以及狀態(tài)量信息等。

4.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)的接口和帶寬需求

廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型屬于IP數(shù)據(jù)型業(yè)務(wù)，其網(wǎng)絡(luò)接口包括各種類型的光電接口，且針對(duì)不同的通信信息種類，需要提供不同類型的物理性接口。另外，系統(tǒng)控制的數(shù)據(jù)以采樣值為主，而各種采樣值的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不同。所以，它所需要的采樣值帶寬也會(huì)有所不同。

4.3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)傳輸性能的需求

基于廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的后備保護(hù)功能，其啟動(dòng)的時(shí)間和線路主保護(hù)系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間都有些許延遲。所以，需要充分考慮這種延遲，保證控制命令信息和狀態(tài)量信息的通信通道端到端時(shí)延遲不大于15ms。因?yàn)槟壳拔覈?guó)的廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的信息緩存容量為64kbit，若信息傳輸?shù)臅r(shí)間延遲變化幅度過(guò)大，易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。因此，在目前的廣域保護(hù)控制系統(tǒng)中，針對(duì)控制命令信息、系統(tǒng)跳合閘命令信息等設(shè)置了丟幀重發(fā)機(jī)制，但啟動(dòng)一次丟幀重發(fā)機(jī)制會(huì)產(chǎn)生10ms的時(shí)間延遲[2]。

5 通信系統(tǒng)中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響

電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)是一種重要的電力災(zāi)變防御系統(tǒng)，在實(shí)際操作中具有極為廣泛的用途。利用該種保護(hù)控制系統(tǒng)，可以對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)施預(yù)防控制、輔助決策和在線預(yù)警等操作。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)中的主干性線路因?yàn)樽匀粸?zāi)害等原因而發(fā)生連鎖性故障時(shí)，廣域保護(hù)控制系統(tǒng)可以對(duì)該電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制和緊急控制，從而有效降低自然災(zāi)害對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)造成的影響。

這里以集中式廣域保護(hù)控制系統(tǒng)為例，說(shuō)明通信系統(tǒng)中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響。集中式廣域保護(hù)控制系統(tǒng)共包括4層，分別是調(diào)度中心站層、主站層、子站層以及執(zhí)行站層。

5.1 調(diào)度中心站與主站之間的通信中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響

中心站和主站之間平均每隔5min設(shè)立一個(gè)連接，以有效獲取控制性策略數(shù)據(jù)信息。若是在數(shù)據(jù)信息交互的時(shí)間段內(nèi)發(fā)生了通信中斷現(xiàn)象，將導(dǎo)致主站無(wú)法正常接收中心站所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而主站就會(huì)自動(dòng)切換到離線運(yùn)行模式。此時(shí)，若是電網(wǎng)系統(tǒng)中沒(méi)有完備的電網(wǎng)離線運(yùn)行保障性機(jī)制，可能會(huì)在主站的運(yùn)行中發(fā)生欠控現(xiàn)象。相應(yīng)地，中心站也無(wú)法接收來(lái)自主站的數(shù)據(jù)信息。此時(shí)，中心站只能從能量管理系統(tǒng)中獲得相關(guān)的運(yùn)行信息。而此時(shí)中心站接收到的運(yùn)行信息和可能和實(shí)時(shí)制定的控制措施之間出現(xiàn)了一定偏差，進(jìn)而在中心站會(huì)發(fā)生過(guò)控或欠控的情況。

5.2 控制主站與控制子站之間的通信中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響

發(fā)生在控制主站和控制子站之間的通信，是保證在線追加的異地和當(dāng)?shù)毓收喜呗曰蛘邆鬟f匹配成功的異地故障策略。它們之間的數(shù)據(jù)信息平均傳送一次的時(shí)間延遲為1.667ms或0.833ms，命令持續(xù)傳遞的時(shí)間為0.1～1s。而當(dāng)控制主站和控制子站之間的光纖鏈路發(fā)生中斷且這種中斷持續(xù)的時(shí)間超出了命令持續(xù)傳遞的時(shí)間值時(shí)，控制主站中的在線追加策略命令和異地故障策略命令就將無(wú)法正常傳遞到相應(yīng)的執(zhí)行站，進(jìn)而可能導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行?？刂浦髡竞涂刂谱诱局g發(fā)生通信中斷時(shí)，控制子站也就無(wú)法及時(shí)將采集到的故障信息和電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息及時(shí)傳輸?shù)娇刂浦髡局??？刂浦髡窘邮詹坏絹?lái)自控制子站的信息時(shí)，將無(wú)法很好地實(shí)時(shí)判斷異地發(fā)生的故障，從而可能會(huì)引起系統(tǒng)中的安全控制裝置出現(xiàn)拒動(dòng)情況，進(jìn)而引起欠控現(xiàn)象。

5.3 控制子站與執(zhí)行站之間通信中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響

控制子站主要向執(zhí)行站發(fā)送其所對(duì)應(yīng)的控制主站分配的直流調(diào)整、切負(fù)荷以及切機(jī)等命令性信息。它們之間數(shù)據(jù)信息平均傳送一次的時(shí)間延遲為1.667ms或0.833ms，命令持續(xù)傳遞的時(shí)間為0.1～1s。而通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的雙通道之間切換時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間延遲為50ms。若是在控制子站和執(zhí)行站之間沒(méi)有配置雙通道切換裝置或是這種通信中斷的時(shí)間延遲超過(guò)了1s時(shí)，控制子站向執(zhí)行站發(fā)送的控制性命令信息將無(wú)法正常得以執(zhí)行。這種情況下，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)欠控甚至不控的現(xiàn)象。

6 結(jié) 論

綜上可知，在如今這個(gè)社會(huì)結(jié)構(gòu)極度復(fù)雜而龐大的時(shí)代，企業(yè)和個(gè)人對(duì)用電質(zhì)量的需求變得越來(lái)越高，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和規(guī)模也變得更加復(fù)雜且龐大。因而，電網(wǎng)也經(jīng)常會(huì)受到一些自然環(huán)境的影響而引起一些故障。面對(duì)這種情況，電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)作為一種對(duì)電網(wǎng)的保護(hù)性措施得到了廣泛利用，且在實(shí)際操作中起到了一定的積極性作用。但是，該保護(hù)控制系統(tǒng)容易受到通信中斷的影響而發(fā)生異常的運(yùn)行情況，如欠控、過(guò)控現(xiàn)象。所以，研究通信系統(tǒng)中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響具有現(xiàn)實(shí)意義，有助于電力系統(tǒng)運(yùn)維工作的順利開展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李振興，張騰飛，王 欣，等.考慮時(shí)延與流量均衡性的廣域保護(hù)通信迂回路徑重構(gòu)算法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（16）：130-136.

[2] 董雪源.基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力系統(tǒng)廣域保護(hù)通信系統(tǒng)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2012.