云計算模式下的繼電保護定值優化算法解析

印海洋

（國網江蘇省電力有限公司揚州供電分公司）

0 引言

科學合理地建立云模式的繼電保護平臺一直是社會廣泛關注的熱點話題，管理人員應通過有效的措施，完善電網運行架構，并在大量模擬試驗下，進行多次驗證，優化繼電保護定值算法，為后期繼電保護裝置研究工作創設諸多有利條件。

1 國內“繼電保護定值管理系統”的研究現狀

首先，在科學技術水平逐漸發展的大時代背景下，電力電子技術、電子信息技術、傳感器技術、通信技術及智能自動化控制理論在現代電力網絡架構中被廣泛應用，在科研人員反復應用和探索下，容量較大的水火電機組給廣大人民群眾生產生活提供了諸多便利，大量風能、太陽能等新型能源被運用于系統架構網絡中，電網發展趨勢朝著自動智能化發展。進一步了解后發現，繼電保護的基本任務主要包含兩個方面：首先，當電力系統出現運行故障時，操作人員采用科學合理的繼電保護方法可以在較短時間內將故障設備進行及時處理，采用多種管控措施促使電力系統其余部位能夠正常運轉；其次，在繼電保護模式下，一旦系統架構出現異常狀況時，能夠迅速、有選擇性地發出一系列預警信號，繼而提醒值班人員對運行出現問題的電氣設備及時進行處理，在綜合管理下，通過適宜的繼電保護方法提升電網系統運行的安全性和穩定性。

其次，通過調查可以得知，電力企業管理部門將電力生產引入計算機主機時是在20世紀六、七十年代，從DOS系統到WINDOWS系統［1］，從計算機單機主機到計算機網絡連接，在信息技術水平日漸提升的同時，越來越多的信息處理系統被研制出來，在進一步運用至各項工作后，可以明顯提升工作人員的組織效率，然而，有些信息處理系統都是按照企業特定需求設計的，呈現的功能相對單一，尤其是在繼電保護定值管理工作需要涉及多個部門進行技術交流和協商，與此同時，國家電網管理人員積極學習并引進國內外先進的管理經驗，順應時代發展潮流大力建設SG186工程，以實現公司信息化發展，在SG186工程運用期間，管理人員沒有全面應用繼電保護定值管理系統，部分地區及供電企業繼電保護定值管理的方法需要優化并改進。

最后，管理人員對繼電保護整定計算完成后，應立即對計算結果進行全面校核，例如，在實際的繼電保護定值管理期間，一般會應用大量的保護裝置，定值單在不同職責管理人員進行流轉后，只能通過紙質材料才能進行綜合管理，雖然運用的繼電保護裝置運行原理領先于其他國家，但在現實定值管理期間卻出現諸多漏洞，會導致繼電保護裝置的定值信息不正確。

2 云計算定義及應用

2.1 云計算定義

完整的云計算模式主要由中央處理器、PC、移動電子設備、服務器及相關集成開發環境組成，相關人員應采用合理管控方式將計算機網絡的各類數據資源進行優化整合，通過先進的分布式處理、并行處理及相關網格計算，進一步提升網絡化管理水平，數據庫計算量及業務實際的支持范圍，確保使用者需要對大量大數據信息計算時，不需要采購費用較高的硬件對其進行運算支持，操作人員只需將相關信息統一上傳至云服務器架構后，系統通過基礎的大量分布式計算即可得出相關結果。

2.2 主要應用

（1）大量分布式數據的存儲和管控

在電力系統建設規模逐漸擴大的同時，系統架構的電網數據信息也會隨之增多，采用傳統落后的電網信息管理方法已經不能滿足現實工作需求。經過研發人員的不斷優化和改進，結合先進的計算機技術，提出了完整的數據中心架構，此種云計算管理方式主要采用Hadoop的分布式文件系統，全面收集電網格局中的大量數據信息。對其進行有效儲存后，操作人員應對主服務器架構發送完整指令，確保主服務器運行良好的情況下，發送一系列請求時，主服務器架構就會在第一時間內快速查找并將儲存用戶實際數據信息的子服務器呈現給相關人員，系統內部的架構與子服務器緊密銜接后，能夠發揮諸多實用功能，進一步傳輸有價值的數據信息后，從多個角度反映云計算系統的運行狀態，并經過重要模塊功能調整后，降低系統運行風險發生的概率［2］。

（2）非同源信息共享

分散性作為電力系統信息分布的主要特點，在實際應用期間，電力系統管理部門的日常工作方法有著很大差別，加上基層電力系統工作人員采集數據的思維也各不相同，綜合素養不同的情況下，對電力系統運行狀況的描述相對不準確，由于業務部門對數據信息的要求形式有所差異，導致不同系統對信息數據的采集描述方式也各不相同，由此造成了相關資源與數據信息不匹配的諸多后果，而將電力數據中心融入企業日常管理系統中，采用相應的云計算處理方法，即可通過適宜虛擬化技術手段對各類資源進行綜合利用和配置，對因為軟硬件基礎設施造成的信息資源差異和業務數據差異進行優化和調整，通過各類系統軟件平臺對大量的數據進行集約化處理后，確保未來電網架構對數據集約及共享要求能夠達到預設工作標準。

（3）快速并行計算

在對電力數據信息進行反復仿真計算管理后，操作人員經過大量模擬試驗和應用探索，對電力數據中心的架構進行優化和調整，降低系統運行中可能存在的安全風險，確保電力系統的運行效果能夠達到預設工作要求。例如，操作人員應引進適宜的模擬軟件優化并改進信息編程的處理形式，構建完整的計算流程和數學模型后，提升計算結果的準確性和真實性，從而將工作人員的計算時間縮短。

3 基于云計算的整定平臺架構

基礎設施層、基礎平臺層、應用接口層及高級訪問層共同組成了完整的大電網數據整定平臺架構。首先，基礎平臺層是整個平臺系統的重要組成部分，采用妥善處理方式能夠對電網內部的數據資源、負載信息進行全面整合，在融入相關虛擬化處理技術后對軟硬件裝置的運行情況及故障處理手段進行抽象化管理，與此同時，分布式管理系統建立適宜的操作平臺后，對內部的各類操作子系統和服務器進行改進，在最短時間內快速收集大量數據信息，全面了解信息的負荷狀態，形成完整的系統操作模式，緊密聯系相關動力裝置對日常運行狀況進行集中管理；其次，應確保云計算平臺運行正常的情況下，妥善運用各類的應用接口，操作人員應采用適當方式對內部架構的功能進行全面拓展，在合理規劃不同架構的運行功能和用戶操作權限后，為后期云計算管理平臺拓寬接口覆蓋范圍和技術管理工作奠定夯實基礎；最后，針對高級訪問層，此個層面具備電網拓撲分析、在線校核及短路計算等多個實用功能，不同地區的管理部門利用云計算服務方法，可以對相關層級分電網操作權限用戶進行高級訪問［3］。

4 基于遺傳算法的繼電保護定值優化

管理人員對計算云數據中心信息進行規劃后，利用先進的計算機技術和云計算處理方式將電網架構內部的各類單位區間進行基礎連接，管理人員應采用適當模式對不同級別電網的計算機系統進行整定，在對相關計算數據信息和XML／CIM文件統一上傳至整定計算云數據中心后，利用先進的模型拼接方法對分散的各級電網模型組合成完整的電網數據模型進行統一規劃，構建完整的整定計算云數據中心運行框架。此處以數據中心內部的距離保護Ⅱ段為主要研究對象。從不同角度對多目標、多約束條件及多變量的全局優化現象進行綜合探究。

首先，針對不同線路的保護，研究人員可以通過適應度計算公式對線路運行情況進行綜合評估，如果適應度數值較低，則代表解的最優性較弱，通過對適應度最大數值為尋優目標，則最優目標函數的求解計算公式為［4］：

式中，適應度值由F代表，定時限保護數目由I代表，設定k為常數后，保護i所在線路的權重由ai表示，線路Ⅱ段保護的級差約束權重為βi，線路Ⅱ段保護的級差約束權重為εi，線路Ⅱ段保護的級差約束權重為δi，適應度公式側重方式主要是由三個參數的取值大小決定的，此處以fint（t）、fsen（t）、fsel（t）代表懲罰函數的相關數值，并用f（t）進行統一設置，一旦其符合對應的約束條件時，f（t）＝0，反之，f（t）就和懲罰時間t'數值相等。

與此同時，促使其下級保護i+1與保護i相互配合，基本的約束條件計算公式為：

式（2）代表級差約束，等式中，時間差由Δt代表，保護i距離Ⅱ段保護的跳閘時間由ti代表，下一級保護的配合時間由ti+1代表［5］。

式（3）代表靈敏性約束公式，等式中，K1為距離保護i的靈敏度系數，保護i距離Ⅱ段保護的整定阻抗值為Zi，保護i距離Ⅱ段保護的最大測量抗為Zimax。

式（4）代表選擇性約束條件，等式中，K2為距離保護i距離Ⅱ段保護的靈敏度系數，Zl代表保護i所在線路抗阻值；當最小分支系數由Kmin代表，下一級配合保護的整定抗阻值由Zi+1表示。

首先，一旦下一級保護有多條線路出線時，操作人員應采用統一方式將這條線路無配合線路的保護值和下一級相關保護定值代入上述約束條件進行綜合檢驗，繼而得出線路之間的關聯效果。

其次，將最優目標函數所有解統一編排成相應的“染色體”形式，保護配合方和出線配合關系共同構成不同線路的染色體結構，具體的電網架構運行示意圖如下圖所示［6］，距離Ⅱ段保護染色體編碼分析主要分成如下幾個部分。

4.1 保護配合方式

操作人員應用三位二進制數對保護配合方式進行編碼，其中，與下一級距離保護I段配合用100表示；與下一級距離保護Ⅱ段配合用010表示；與靈敏度配合整定用001表示。總結上述定值優化方法，例如，可以將電網架構中設定n個保護，故此，整個電網的染色體編碼基因位數計算公式為：

式中，第n個保護出線數量由Sn代表，又可以解釋為保護n的出線配合關系二進制位數，通過此種方式就可以得知保護1到保護n的完整染色體基因數量及序列情況，結合先進的計算機技術對不同保護間的配合關系進行綜合評估與分析，一旦發現序列內部出現環形結構，可通過重新生成新的染色體基因序列再次進行保護整定計算，反之，可以按照整定基本原則對保護進行綜合整定處理。電網架構運行示意圖如下圖所示。

圖 電網架構運行示意圖

4.2 出現配合關系分析

第一，應結合本級染色體的出線數目采用適量的二進制位數進行配合關系描述，進行配合關系描述，通過查閱資料顯示，0和1兩種關系二進制數的常見表現形式，此處使用1代表相應的配合關系，按照保護序號從小到大的順序進行定義。

5 結束語

總而言之，云計算模式下的繼電保護定值優化算法是涉及多個方面的，研究人員應積極學習并引進國內外先進的繼電保護定值優化方法，并全面結合云計算服務，建立完整的數學模型，通過大量算例分析來確保繼電保護定值優化數據的真實性和完整性。