分布式繼電保護整定計算系統

戴 偉，連曉華，耿立松

（1.威海供電公司，山東 威海 264200；2.濟南容弗科技有限公司，山東 濟南 250001）

0 引言

繼電保護整定計算是一項十分復雜的技術工作，它要求按照一定的整定計算原則，以電網的短路電流計算為基礎，進行大量反復的定值計算、比較和篩選，工作量很大，因此越來越多的供電公司開始采用各種繼電保護整定計算系統來輔助整定計算工作。由于電網的快速發展，各地市供電公司也開始調度和管理大量的220 kV系統的電網，互聯的電網彼此之間的聯系越來越緊密、越來越復雜，傳統的服務器/客戶端模式（包括更早的單機模式）的繼電保護整定計算系統已經不能適應這種發展現狀。

1 傳統的系統模式

早期的單機模式是指整定計算功能和數據存儲功能在同一臺微機上實現。這種模式不能支持多人即時的協作和共享，顯然不能滿足互聯大電網中多項計算任務同時進行的要求。

傳統的服務器/客戶端模式是指在本地網絡中配置一臺或幾臺數據服務器，向網絡中的其他整定計算工作站提供集中的數據訪問服務。與單機模式相比，該模式支持同一個調度機構內的多名整定計算人員同時維護數據并共享數據，同時基于相同的電網參數執行計算任務。

圖1 單機模式的整定計算系統

圖2 服務器/客戶機模式的整定計算系統

這兩種模式共同點在于對于互聯的、其他調度機構的電網參數要么采用等值的方式，要么需要導入其全部或部分數據。這會產生如下問題：

1）由于互聯電網之間的聯系越來越多，采用電網等值的方式已經不可取了。這是因為由于代表外網的等值網絡如果超過3個端口，已經很難找出對于本網各局部同時滿足的、可以確定的最大方式和最小方式。

2）由于很難評估緊密互聯的其他電網的變化對本網的影響，外網的數據需要經常被導入、合并。而這一過程通常是比較繁瑣、容易出錯的，甚至不能實現的。例如：若導入的電網中存在相同的廠站名稱的情況 （事實證明這種情況是比較常見的）將導致導入失敗,由于對導入的電網不熟悉，從而導致分不清導入范圍,若合并成的數據太大，將導致計算處理過程變慢，工作效率降低等。

3）目前最常見的數據維護方法是所有電網參數都是由本單位的人員輸入，這樣做的問題是：首先，由于電網的快速發展，及時更新其他電網的數據變得困難；其次，重復輸入同一數據會導致效率低和錯誤的產生。

因此，傳統的整定計算系統模式在緊密互聯電網的應用上顯現了諸多問題。為了解決這些問題，一種新的整定計算系統模式被提出并進行了實踐。

2 技術路線

新的整定計算系統模式基于調度數據網，讓所有調度機構同時參與聯網計算。這種模式存在兩個技術路線，即集中式服務系統和分布式服務系統。

圖3 集中式服務系統

集中式服務系統就是在數據網上設置一臺或幾臺中央服務器，為所有聯網的調度機構提供數據訪問服務。集中式服務系統存在下述明顯的弊端：

圖4 分布式整定計算系統

1）即使中央服務器的服務能力能夠滿足省內各地調的訪問需求，當系統擴展到大量縣調或網省調時就肯定不可行了。

2）網絡帶寬問題。目前調度數據網的帶寬普遍很低，多個調度機構的用戶同時訪問會導致網絡阻塞。

2.2 經兩種醫學影像處理軟件對病灶SUV與TLG的比較 結果(表1)顯示：基于腫瘤分割，經“uWS-MI”和“GE AWS46”計算的患者初次PET/CT顯像時1個典型病灶的體積(t=1.296，P=0.205)、SUV最大值(t=1.140，P=0.264)、SUV平均值(t=-0.483，P=0.633)、SUV閾值(t=-0.662，P=0.513)、TLG(t=1.200，P=0.240)差異均無統計學意義；“uWS-MI”組SUV峰值顯著大于“GE AWS46”組(t=3.36，P=0.002)。

3）可靠性問題。若中央服務器或核心區域的網絡出現問題，將導致全網的計算工作陷入癱瘓。

鑒于集中式服務系統存在的弊端，分布式服務系統成為了一個必然選擇。

分布式整定計算系統就是支持互聯的調度機構完全按照自身管轄的范圍維護數據，在不必考慮數據的導入、合并等問題的情況下，就能完成聯網的計算分析，以及生成配合定值和裝置定值的系統。分布式整定計算系統除避免了其他模式所頭痛的問題外，還有以下優勢：

1）電力系統中，各單位的管轄范圍界定非常清晰。每個單位一般僅僅能夠保證自身管轄范圍內的設備參數、連接狀況的準確性，以及對這些數據進行更新的及時性。分布式整定計算系統順應了這種管理現狀，也為這種管理模式提供了更好的支持。

2）支持聯網的調度機構相互提供等值計算服務。為了提高計算效率，將外電網進行部分等值還是必要的。分布式整定計算系統允許任何一個調度機構劃定自己的電網計算范圍，該計算范圍可以自由設定，可以與該單位的管轄范圍不相同（調度管轄范圍從管理角度上劃定的，其結果往往對計算工作不合理性或不方便），例如，可深入到對方電網的內部以便在整定計算過程中調整外電網廠站的運行方式、輪停屬于外電網的線路等。等值計算服務可按照設置自動進行。

3）每個調度機構的整定計算系統既可以聯網計算，又可以在數據網斷開的情況下進行數據維護和計算。

4）在數據網斷開的情況下或實施聯網之前，每個調度機構編輯的數據不會與其他調度機構的數據沖突。也就是說，當該調度機構恢復網絡連接時，將不用作任何數據轉換或調整，就能開始聯網后的計算工作。

3 實現方法

作為一個全新的技術體系，分布式整定計算系統在研究和建設過程中主要面臨以下技術難題：

1）如何保證每一個參與的系統能夠獨立發展。例如，當通信網絡出現故障而與其他系統斷開后，系統仍然可以繼續運行，輸入的數據不會與其他系統沖突。又如，整個系統是分期實施的，每個系統在接入前可能已經輸入了大量數據，因此應該保證不同階段接入的系統順利接入并成為全網數據的一部分。

2）如何保證計算數據的一致性。例如，系統A需要獲取系統B在今年7月份的電網參數數據進行定值校驗，但是系統B由于工作比較積極，已經把8月的電網參數準備好了。顯然，系統A如果獲取了系統B的最新參數反而導致計算不正確。

3）如何維護邊界設備的參數。邊界設備的界定雖然是清晰的，但是如果在維護上協調不好，各方系統會陷入彼此等待的困境，反而降低了工作效率。

針對上述問題，分布式整定計算系統相應提出了以下解決方案：

1）引入IEC61970的URI標識體系，對每一個電網設備對象進行全局唯一性標識。由于URI由域名和內部編號組成，例如：“sgcc.nc.sd.500.jn#_B0CB8425CB9548E7”,當域名被提前分配好以后，任一個系統創建的對象在標識上不會存在沖突。因此，系統在離線狀態可以自由創建、刪除屬于自己維護數據，而不必擔心合并數據時發生沖突的問題，從而保證了每一個參與的系統能夠獨立發展。

2）引入數據的版本化管理，不同的版本代表不同時期的數據，數據庫里包含過去、現在甚至將來的數據，系統對同一個時期的數據進行一致性描述。因此，用戶可以根據需要從其他調度機構獲得任何時期具有一致性保障的數據。

3）需要制定一些管理措施對邊界設備參數的維護進行規范和協調，例如：邊界設備主要是線路而線路又連接著兩個屬于不同調度機構的變電站，我們就規定邊界線路誰管轄誰負責創建，邊界線路相連的變電站誰管轄誰負責將線路連接到相應的變電站。

4 系統簡介

基于上述技術路線和實現方法，成功的開發出了分布式繼電保護整定計算系統，該系統建立了一個面向整個電網領域的數據分布式維護系統，一個本地系統的體系結構如圖5所示。

圖5 本地系統的體系結構

RDF數據庫是一個以域（數據塊）為單位進行存儲和訪問，并支持版本管理、用戶權限管理的專用數據庫，部署在本地服務器端；RDF數據庫除了連接工作站局域網之外，還與調度數據網的保護專用VPN相連，以實現地調系統與省調系統之間的互聯；整定計算系統位于安全區II，通過單向隔離裝置向安全區III的調度MIS網發布數據。

數據訪問引擎用于向本地應用提供數據一致性保證的數據環境，支持版本的提交、斷面的生成、訪問權限控制以及訪問沖突的協調。數據訪問引擎與本地應用一起部署在客戶端。

應用功能是指電網一次建模工具、電網故障計算工具、整定配合計算軟件等應用程序，在數據環境的相關操作上具有統一的界面和過程。

系統管理功能支持用戶權限設置，域數據及其版本的瀏覽、查詢和刪除，交換域的過濾條件設置、確認以及異地系統的通信設置。

異地數據交換服務按照系統管理的相關設置以自動或人工方式與其他調度系統交換域數據。

本系統還具備CIS服務器，可以向其他應用系統提供符合IEC61970-CIS標準接口的模型數據訪問，并可以指定任何數據環境。

5 結語

分布式整定計算系統已在山東電網全面推廣應用，有效地提高了整定計算工作的效率，減輕了繼電保護計算及管理的工作量，是促進互聯電網生產和管理現代化的有效手段。隨著互聯電網的聯系越來越緊密，分布式整定計算系統將逐步成為廣大繼電保護技術人員的必備工具。

由于電網是一個整體，整定計算軟件要獲得正確的計算結果就必須得到全網的數據（或能夠代表全網的數據）。基于一種專門為電網計算而設計的數據交換和共享機制，分布式整定計算系統使任何一個參與的調度機構能快速方便地獲取具有一致性保障的全網數據，基于彼此的定值計算結果進行配合協作，同時順應目前的電網分級分區管理模式。隨著互聯的電網的聯系越來越緊密，這種分布式整定計算系統將體現出更大的優勢，發揮出更大的效益。

［1］黃德斌，唐毅，等.基于平臺概念的繼電保護計算及管理軟件.

［2］黃德斌，程慈源，等.通用繼電保護整定計算程序的研究與實踐.

［3］呂飛鵬，李華強，等.110～500 kV電網繼電保護整定計算專家系統研究.

［4］王為國，代偉，等.調度自動化系統數據共享模式的探討.