通信系統中斷對電網廣域保護控制系統的影響

祁 鋒

（陸軍裝甲兵學院蚌埠校區，安徽 蚌埠233000）

0 引 言

伴隨著經濟的發展，個人和企業對電能的依賴越來越大，隨之而來的是我國電網系統的復雜程度和規模也與日俱增。這種情況下，電網系統中發生故障的概率大大增加。而電網廣域保護控制系統在預防電網系統發生故障方面具有重要作用。電網廣域保護控制系統的正常運行在很大程度上受通信系統的影響，因而研究通信系統中斷對電網廣域保護控制系統的影響具有至關重要的現實意義。

1 廣域保護控制系統的概念

就目前學界的研究現狀來看，對廣域保護控制系統的定義還沒有統一的標準。在實際工作中，人們普遍使用的廣域保護控制系統有兩種類型。第一種，以廣域測量技術為支撐的一種繼電保護結構。該種類型的廣域保護控制系統專門解決一些使用傳統手段解決不了的故障，是一種兼具協調性和自適應性的保護性措施。第二種是一種緊急控制系統，工作原理是利用廣域測量得到的反饋性信息，有針對性地解決一些發生在電力系統中的較大規模的連鎖反應或穩定破壞事故。

2 廣域保護系統的關鍵性技術支撐

2.1 同步測量技術

所謂同步相量測量技術，就是通過同步相量測量裝置（PMU），利用全球定位系統（GPS）秒脈沖作為同步時鐘構成的相量測量單元，可用于電力系統的動態監測、系統保護、系統分析和預測等領域，是保障電網安全運行的重要設備。目前，世界范圍內已安裝使用了數百臺PMU。現場試驗、運行以及應用研究的結果表明，同步相量測量技術在電力系統狀態估計與動態監視、穩定預測與控制、模型驗證、繼電保護、故障定位等方面得到了相關應用或具有相關的應用前景。從某種程度上看，這種技術使得整個電網系統的統一時刻數據的對比分析和精確性計算成為了現實[1]。

2.2 實時通信技術

在最早的電力系統中，通信都是通過微波實現的。如今，隨著各種技術手段的進步和發展，電力系統通信都是通過衛星、光纖和網絡等實現。與傳統的微波通信方式相比，這縮短了通信的時間延遲，使得電力系統中的數據信息采集變得更加便捷。這種在衛星和網絡技術支撐下的實時通信技術為廣域保護系統的數據信息采集工作帶來了極大助益，也使得系統實現實時數據采集工作成為了可能。

3 廣域保護系統的結構

一般，廣域保護系統主要分為區域分散、站域集中以及區域集中3種。整個系統會將電網分為若干區域，各個區域都以一個變電站作為其中心，相應的在各個區域中，除去中心變電站之外的其他變電站都稱為子站。各個區域中的變電站站點負責采集該區域中的所有開關狀態信息和IED測量信息，而區域中的子站僅受區域中心站的遠程控制。廣域保護系統的結構，如圖1所示。

圖1 電網廣域保護控制系統的基本結構

4 電網廣域保護控制系統對通信系統的依賴性需求

4.1 系統業務種類的需求

廣域保護控制系統作為整個電網系統安全穩定運行的保障，其業務覆蓋電網系統中的各個變電站和電廠。在廣域保護控制系統中，它的交互信息分為控制信息類和檢測信息類。其中，控制信息類包括保護跳合閘命令信息和控制命令信息；而檢測信息類包括采樣值信息、故障報告信息以及狀態量信息等。

4.2 系統業務的接口和帶寬需求

廣域保護控制系統的業務類型屬于IP數據型業務，其網絡接口包括各種類型的光電接口，且針對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，系統控制的數據以采樣值為主，而各種采樣值的數據長度不同。所以，它所需要的采樣值帶寬也會有所不同。

4.3 系統業務傳輸性能的需求

基于廣域保護控制系統的后備保護功能，其啟動的時間和線路主保護系統的啟動時間都有些許延遲。所以，需要充分考慮這種延遲，保證控制命令信息和狀態量信息的通信通道端到端時延遲不大于15ms。因為目前我國的廣域保護控制系統的信息緩存容量為64kbit，若信息傳輸的時間延遲變化幅度過大，易發生數據丟失現象。因此，在目前的廣域保護控制系統中，針對控制命令信息、系統跳合閘命令信息等設置了丟幀重發機制，但啟動一次丟幀重發機制會產生10ms的時間延遲[2]。

5 通信系統中斷對電網廣域保護控制系統的影響

電網廣域保護控制系統是一種重要的電力災變防御系統，在實際操作中具有極為廣泛的用途。利用該種保護控制系統，可以對整個電網系統實施預防控制、輔助決策和在線預警等操作。當電網系統中的主干性線路因為自然災害等原因而發生連鎖性故障時，廣域保護控制系統可以對該電網系統進行協調控制和緊急控制，從而有效降低自然災害對整個電網系統造成的影響。

這里以集中式廣域保護控制系統為例，說明通信系統中斷對電網廣域保護控制系統的影響。集中式廣域保護控制系統共包括4層，分別是調度中心站層、主站層、子站層以及執行站層。

5.1 調度中心站與主站之間的通信中斷對電網廣域保護控制系統的影響

中心站和主站之間平均每隔5min設立一個連接，以有效獲取控制性策略數據信息。若是在數據信息交互的時間段內發生了通信中斷現象，將導致主站無法正常接收中心站所對應的數據信息，進而主站就會自動切換到離線運行模式。此時，若是電網系統中沒有完備的電網離線運行保障性機制，可能會在主站的運行中發生欠控現象。相應地，中心站也無法接收來自主站的數據信息。此時，中心站只能從能量管理系統中獲得相關的運行信息。而此時中心站接收到的運行信息和可能和實時制定的控制措施之間出現了一定偏差，進而在中心站會發生過控或欠控的情況。

5.2 控制主站與控制子站之間的通信中斷對電網廣域保護控制系統的影響

發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地故障策略或者傳遞匹配成功的異地故障策略。它們之間的數據信息平均傳送一次的時間延遲為1.667ms或0.833ms，命令持續傳遞的時間為0.1～1s。而當控制主站和控制子站之間的光纖鏈路發生中斷且這種中斷持續的時間超出了命令持續傳遞的時間值時，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法正常傳遞到相應的執行站，進而可能導致整個電網系統的不穩定運行。控制主站和控制子站之間發生通信中斷時，控制子站也就無法及時將采集到的故障信息和電網系統的實時信息及時傳輸到控制主站中。控制主站接收不到來自控制子站的信息時，將無法很好地實時判斷異地發生的故障，從而可能會引起系統中的安全控制裝置出現拒動情況，進而引起欠控現象。

5.3 控制子站與執行站之間通信中斷對電網廣域保護控制系統的影響

控制子站主要向執行站發送其所對應的控制主站分配的直流調整、切負荷以及切機等命令性信息。它們之間數據信息平均傳送一次的時間延遲為1.667ms或0.833ms，命令持續傳遞的時間為0.1～1s。而通信網絡系統的雙通道之間切換時產生的時間延遲為50ms。若是在控制子站和執行站之間沒有配置雙通道切換裝置或是這種通信中斷的時間延遲超過了1s時，控制子站向執行站發送的控制性命令信息將無法正常得以執行。這種情況下，會導致電網系統中出現欠控甚至不控的現象。

6 結 論

綜上可知，在如今這個社會結構極度復雜而龐大的時代，企業和個人對用電質量的需求變得越來越高，電網結構和規模也變得更加復雜且龐大。因而，電網也經常會受到一些自然環境的影響而引起一些故障。面對這種情況，電網廣域保護控制系統作為一種對電網的保護性措施得到了廣泛利用，且在實際操作中起到了一定的積極性作用。但是，該保護控制系統容易受到通信中斷的影響而發生異常的運行情況，如欠控、過控現象。所以，研究通信系統中斷對電網廣域保護控制系統的影響具有現實意義，有助于電力系統運維工作的順利開展。

參考文獻：

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

[2] 董雪源.基于互聯網技術的電力系統廣域保護通信系統研究[D].成都：西南交通大學，2012.