新疆電網繼電保護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一步發展建設，我國電力系統正發生巨大的發展和變化，“西電東送、南北互濟、全國聯網”的交/直流混聯電網已形成[1]。在智能電網和“一帶一路”發展背景下，處于絲綢之路經濟帶的新疆電網重要性愈發凸顯。“十三五”期間，新疆 750kV網架得到了很大程度的強化，截止 2020年，將建成新疆-西北750kV聯網第三通道，天山西部750kV環網線路均建成雙線供電，同時新增 750kV廠站及擴建750kV廠站主變，天山東部750kV環網新增了2個750kV直流換流站，并新建了大批直流配套電源經750kV電壓等級接入電網[2-3]。多條特高壓直流送端的饋入，使得新疆電網成為風光火打捆、直流送出的復雜電網系統，從而使得實際的運行方式趨于多樣化，電網安全運行面臨更為嚴峻的挑戰[4]。

繼電保護作為電力系統三道防線的第一關，對電網穩定運行所起的作用愈加明顯[5-6]。因此，要求電網調度應不斷加強對電網、尤其是繼電保護的實時掌控能力[7]。針對繼保在線校核系統，文獻[8]研究了動態短路電流計算方法。文獻[9]研究了定值在線校核預想方式生成問題，有助于定值校核更科學有效的實施，但缺少校核平臺架構及方案的詳細分析。文獻[10-11]研究了基于智能電網調度技術支持系統（smart grid-operation supporting system, SGOSS）在線校核的功能、并行計算算法，文獻[12-13]研究了在線校核及預警平臺建設、應用等，但在數據架構的數據輸入輸出和數據格式等方面，尚缺乏針對性的設計及分析。當前，國內部分電網公司已經基于SG-OSS平臺建設了各類功能強大的高級應用，這些高級應用為調度員提供了豐富的監控、預警等功能[10,14-15]，但是尚缺少針對實時電網信息對保護定值的在線校核和預警分析。因此，結合新疆電網的實際情況，基于SG-OSS系統，本文對新疆電網繼電保護定值在線校核平臺相關問題開展研究。

1 在線校核平臺功能分析

1.1 平臺構建原則及基本要求

滿足以下技術原則：①繼電保護定值在線校核與繼電保護定值離線整定遵循統一標準，滿足DL/T 559、DL/T 584的要求；②故障電流計算結果準確性滿足GB/T 15544的要求[16]；③滿足電網實時運行需求。應采用模塊化設計，滿足新功能模塊的擴展需求。

1.2 平臺構建功能分析

1）在線校核功能

（1）實現啟動定值校核功能

應能實現電壓、電流及其他啟動定值的校核。（2）實現主保護定值校核功能

主保護必須滿足各自的靈敏度的校驗。其中，主保護類型主要有母差/縱聯/變壓器差動保護等。

（3）實現后備保護校核

主保護必須滿足各自的靈敏度和選擇性的校驗，同時支持分析周圍系統繼電保護設備的動作行為。

2）研究態分析功能

研究態分析是繼電保護業務分析必不可少的，是要在電網實時信息和離線信息的基礎上對電網及保護定值進行仿真、模擬、提供輔助決策等。

3）故障電流計算功能

在線校核故障電流計算方面的研究主要實現以下要求包括：

（1）故障電流計算方面

主要有是否計及穩態潮流計算兩種。

（2）故障類型方面

必須滿足各種運行方式下各種故障類型的要求。

4）故障計算處理能力

對不同電力系統運行方式具有適應性，且故障計算規模不受電網節點限制，并留有擴展的空間。

5）多模式可視化展現界面功能設計

在可視化展現中，要求把繼電保護定值校核及預警的結果、告警信息通過可視化手段表達出來，增強展示的集成度，做到形象、直觀、方便、友好。

6）維護管理功能搭建，主要涉及基礎數據庫生成、權限分配及設定、數據維護等。

2 總體架構方案

2.1 設計原則

基于SG-OSS平臺的繼電保護定值在線校核及預警應用，其從數據庫、通信、服務器、人機界面等方面與平臺均有一定程度的交互，結合應用本身功能及平臺的部署情況，對在線校核應用進行合理的架構設計，為應用的功能開發奠定技術基礎。

依據國家標準、電力行業標準以及國家電網公司關于繼電保護運行管理和調度自動化系統建設管理的相關規定進行系統設計。

2.2 總體架構設計

繼電保護定值在線校核屬于SG-OSS系統中實時監控與預警類的一個應用，其總體架構圖如圖 1所示[9]，包括基礎平臺和在線校核及預警應用兩大模塊，其中，后者向前者傳輸定值、模型、圖形、狀態、檢修方式、故障錄波等數據，前者向后者傳輸校核及報警數據?；A平臺功能包括系統/CASE/安全/權限管理等子模塊，各個子模塊的數據基于實時數據庫、關系數據庫等加以存儲。

圖1 總體架構圖

繼電保護定值在線校核及預警應用以 SG-OSS系統為基礎，集成繼電保護定值在線校核及預警、預想方式分析等于一體的繼電保護核心業務功能應用，其應用功能架構如圖2所示。圖2中，定值在線校核分實時/N-k預想兩種方式，起動分電壓/電流/其他 3種，研究態分析包括故障仿真/模擬/差動特性/保護躲負荷能力分析等。

圖2 功能架構圖

3 部署功能架構設計

繼電保護定值在線校核及預警應用的硬件拓撲架構如圖3所示，分布式計算平臺架構如圖4所示。圖3中，主服務器、從服務器、工作站都掛在計算集群計算機下，圖4中，主控臺監控模塊為數據交互的中心，基于下層終端的任務提交，向上層提交任務執行的相關指令，實現計算集群的綜合計算。

圖3 硬件拓撲架構圖

圖4 分布式計算平臺架構

“計算機群”節點是集中的機群節點，計算節點即插即用，加入、退出靈活，充分利用系統中所有計算機的計算能力，滿足定值在線校核計算需求。

4 數據架構設計

數據架構設計如圖5所示。數據來自于不同安全區的應用，統一通過SG-OSS基礎平臺提供校核總線來交互。在線校核應用部署于平臺的Ⅱ區，通過平臺從Ⅰ區獲取電網的模型、圖形，遙信遙測量數據；從Ⅲ區獲取保護定值、線路互感、接地信息等數據，通過反向隔離裝置傳遞到Ⅱ區。

圖5 數據架構圖

在線校核應用的一、二次模型主要通過以下過程完成：

1）通過SG-OSS基礎平臺的拓撲數據、設備參數以及整定軟件的數據形成在線校核的一次模型。

2）電網圖形直接利用SG-OSS的模型，僅需要簡單的二次維護。

3）實時態（遙信、遙測量）、基于檢修計劃的預想方式都可以通過平臺獲取。

4）通過整定軟件補充裝置定值信息。

4.1 數據輸入

繼電保護定值在線校核數據包括：建模類、圖類、運行類、運行方式類、人員權限類等。其中，從基礎平臺獲取數據采用訂閱機制，電網運行數據交換的周期不大于10min，同時支持事件驅動方式，事件的定義可人工設置。

繼電保護定值在線校核及預警應用從繼電保護定值整定軟件獲取繼電保護定值。

繼電保護定值在線校核及預警應用可從二次設備在線監視與分析或保護故障信息主站（故障錄波組網系統主站）獲取故障錄波文件。

4.2 數據輸出

通過基礎平臺向綜合智能分析輸出報警類（繼保靈敏度、后備及距離第三段等）數據，并綜合出建設性的建議。

4.3 數據格式

輸入數據格式見表 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范要求。

輸出數據格式見表2，格式主要為-language和CIM XML。

表1 輸入數據格式表

表2 輸出數據格式表

5 結論

本文針對國網新疆省電力公司電力調度控制中心提出的定值在線校核、定值預想方式分析、定值校核結果可視化展示的需求，采用了并行計算技術等先進技術，充分利用SG-OSS平臺現有資源，通過在線校核應用功能的合理設計，完成繼護定值在線校核、故障計算模擬仿真、距離Ⅲ段躲負荷能力分析、差動特性分析等功能，并通過SG-OSS人機界面和獨立設計界面實現各種校核和分析結果的可視化展示，完成了相關數據和系統維護管理功能。

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