數字化變電站繼電保護系統的可靠性建模的思考

劉友元

【摘 要】近年來，人們對電能使用要求不斷提高，電力系統只有滿足用戶的使用需求，才能充分發揮電力系統的應用價值。此時，數字化變電站應運而生，只有不斷完善該變電站繼電保護系統、提高系統運行可靠性，才能確保電能穩定供應。通過可靠性建模的方式分析這一系統的基本組成和特點，能為電力行業發展起到鋪墊作用。

【關鍵詞】數字化變電站；繼電保護系統；可靠性；建模

0 前言

現如今，電力企業不斷擴大發展規模，這類企業主要以維護電網穩定運行為基本目標，新型繼電保護系統應用的過程中更應做好性能檢測、可靠性分析等工作，因此，本文對數字化變電站繼電保護系統通過可靠性建模來展開探究具有一定現實意義。希望能為相關電力企業提供有效性參考。

1 系統組成及特點

1.1 系統組成

數字化變電站主要依靠先進信息技術進行升級和發展，這類變電站的繼電保護系統具有獨特性，它與傳統變電站存在差異，具體體現在內部結構組成、連接方式等各個方面。系統組成模塊主要有同步時鐘源（TS）、合并單元（MU）、斷路器（BR）、傳輸介質（TM）、保護單元（PR）、互感器（MI）、智能終端（IT）、交換機（SW）。其中，合并單元（MU）主要負責數據采集，并將特殊格式的數據有效性傳輸，傳輸終端為交換機（SW）；交換機能夠提供信息傳輸的重要平臺，確保設備信息在這一平臺中實現及時共享；智能終端（IT）主要用來控制斷路器，并負責信息采集和傳輸。通信介質多為光纖、銅線電纜，通信介質的接口存在差異性，二者對保護系統運行穩定性有一定影響。因為系統嚴格要求事件的序列性以及時間準確性，因此不同設備傳遞信息的過程中應進行校時處理[1]。

1.2 系統特點

由于系統內部組成元件以及儀器的數量較多，只有做好組成元件、組成儀器的繼電保護工作，才能從整體上提高系統穩定性，確保繼電系統有序運行，這也是數字化變電站正常工作的基本要求。但上述元件實際運行的過程中極易出現故障，進而影響系統可靠性。例如，互感器結構不同于系統結構，進而其運行方式對系統有序運行會產生阻礙作用，因為系統運行方式主要為以太網式，它的工作內容主要以拓撲結構交換機網絡為主，但保護系統運行方式主要以報文式為主，這種運行方式不僅會產生丟包現象，而且還會引發網絡風暴問題，進而阻礙數字化變電站有序運行，由此可見，適當升級系統可靠性具有必要性。

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

實際分析的過程中，首先簡要介紹同步對時信息，主要針對同步時鐘源進行介紹，因為它在回路中的作用不容忽視，主要負責短時間內時鐘信號的接受和傳遞，全面保護信號及信息的安全性。以目前變電站運行效果來看，對時法在信息回路設置中的應用率較高，主要包括脈沖對時、網絡對時、編碼對時。然后具體介紹報文信息（SV/GOOSE），其中，SV報文信息回路首先通過單元拆分、合并等方式完成單元保護，同時，這也是交換機網絡構建的基本途徑，這種類型的回路常以虛線的形式來顯示，進而信息傳輸期間無需應用交換機網絡。后者常借助人員發布式完成信息傳輸，GOOSE報文特點功能具體體現在多點接受單點的信息傳輸，通信建模期間，它具有可靠性，并且適用性較強。

2.1.2 計算系統可靠性

保護系統要想在信息傳輸的過程中彰顯應用優勢，充分發揮系統實施性，應首先掌握信息與信息回路二者間的連接方式，并分析繼電系統受連接方式的影響，由于繼電系統內部組成較復雜，如果某一系統出現運行障礙，那么整體系統將會受到影響。系統串聯情況下：根據計算公式對系統進行可靠性計算，在此期間，需要統計元件數量以及子系統個數，如果某個元件或者子系統存在冗余配置現象，那么系統整體運行效果達不到預期；系統并聯情況下：可靠性計算常用方法為最小路徑法，即通過最短路徑查詢完成數量計算，以此得知這一路徑的連通性概率，借此提升元件（節點/相應線路）可靠性[2]。

2.1.3 網絡建模——OPNET

具體指的是應用OPNET仿真系統，使其開展于繼電保護分析階段。實際建模的過程中，能夠適當借鑒面向對象系統建模法，同時還可以發揮圖形編輯器的應用作用。OPNET網絡建模主要分為三部分，第一部分即網絡域，利用網絡設備模型掌握設備屬性，借此實現現實網絡映射；第二部分即進程域，利用C語言程序完成核心函數計算，然后對其進行計算分析，根據計算結果分析系統穩定性；第三部分即節點域，主要通過功能整合完成層次結構描述，以便為設備整合、設備有序運行起到鋪墊作用。

2.1.4 合并單元模型

主要以OPNET節點編輯域為基礎進行合并單元模型構建，這一模型通過接口處理設置節點模塊——MAC，接下來經過物理層完成數據傳輸。其中，合并單元節點模型主要進行數據包裝，即在數據處理的基礎上完成數據向IED傳輸。合并單元模型應用層主要用來形成數據包，并完成信息傳輸、數據編碼填寫、鏈路層處理等基本工作。

2.2 可靠性策略

2.2.1 應用軟件積分

軟件積分實際應用的過程中，它主要利用Rogowski這一原理，互感器傳輸信息之前應首先進行信息操作，通過信息操作獲取所需要的電流信號，這一工作離不開采集器的輔助和支持，同時，硬件積分也會發揮應用作用，以此縮短不同單元整合時間，大大優化軟件積分處理效果。軟件積分處理功能適用于暫態誤差處理工作，實際處理的過程中，代碼也能通過分析元器件特點以及影響因素來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，全面提高系統安全性和穩定性，這對繼電保護系統應用優勢發揮具有促進作用，同時，電力行業也能持續發展。

2.2.2 應用插值算法

在掌握系統應用特點以及運行原理的基礎上，應用插值算法來提高系統運行可靠性，這對電力企業有序發展具有基礎性作用。應用插值算法不僅會降低故障隱患發生幾率，而且還能妥善解決相應問題，插值算法應用期間應遵循相應規則，遵循間隔采樣要求，必要時借助外部時鐘的輔助作用，大大提高差值計算的準確性，與此同時，有序開展重采樣活動，確保互感器在數值獲取、整合的過程中被全面管控，這不僅會對相關裝置進行安全性保護，而且還能提高保護系統的可靠性。

根據數字化變電站繼電保護系統可靠性分析需要，選用適合的軟件積分、插值算法等策略提高系統可靠性，這不僅能夠具體掌握系統運行特點，而且還能全面了解系統運行方式，盡可能的降低系統運行故障，確保系統穩定性、可靠性運行，這對電力企業經濟效益增加具有促進意義[3]。

3 結論

綜上所述，電力企業在網絡信息背景中，通過建立數字化變電站來完成電能資源的有序供應，通過可靠性建模的方式對這類變電站繼電保護系統進行全面分析，并提出可靠性策略，這不僅能夠優化電能質量，而且還能提高電力系統的安全性，大大降低電力系統運行風險。此外，人們生產生活中對電能的應用需要也能得到滿足，這在一定程度上會提升人們的生活質量，電力企業也能有序運行。

【參考文獻】

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

[2]鄭海涯.數字化變電站繼電保護系統的可靠性建模[J].電子技術與軟件工程，2017，（05）：249.

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