分布式繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)

戴 偉，連曉華，耿立松

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

0 引言

繼電保護(hù)整定計(jì)算是一項(xiàng)十分復(fù)雜的技術(shù)工作，它要求按照一定的整定計(jì)算原則，以電網(wǎng)的短路電流計(jì)算為基礎(chǔ)，進(jìn)行大量反復(fù)的定值計(jì)算、比較和篩選，工作量很大，因此越來(lái)越多的供電公司開(kāi)始采用各種繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)來(lái)輔助整定計(jì)算工作。由于電網(wǎng)的快速發(fā)展，各地市供電公司也開(kāi)始調(diào)度和管理大量的220 kV系統(tǒng)的電網(wǎng)，互聯(lián)的電網(wǎng)彼此之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密、越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的服務(wù)器/客戶端模式（包括更早的單機(jī)模式）的繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)這種發(fā)展現(xiàn)狀。

1 傳統(tǒng)的系統(tǒng)模式

早期的單機(jī)模式是指整定計(jì)算功能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能在同一臺(tái)微機(jī)上實(shí)現(xiàn)。這種模式不能支持多人即時(shí)的協(xié)作和共享，顯然不能滿足互聯(lián)大電網(wǎng)中多項(xiàng)計(jì)算任務(wù)同時(shí)進(jìn)行的要求。

傳統(tǒng)的服務(wù)器/客戶端模式是指在本地網(wǎng)絡(luò)中配置一臺(tái)或幾臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器，向網(wǎng)絡(luò)中的其他整定計(jì)算工作站提供集中的數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)。與單機(jī)模式相比，該模式支持同一個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)內(nèi)的多名整定計(jì)算人員同時(shí)維護(hù)數(shù)據(jù)并共享數(shù)據(jù)，同時(shí)基于相同的電網(wǎng)參數(shù)執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。

圖1 單機(jī)模式的整定計(jì)算系統(tǒng)

圖2 服務(wù)器/客戶機(jī)模式的整定計(jì)算系統(tǒng)

這兩種模式共同點(diǎn)在于對(duì)于互聯(lián)的、其他調(diào)度機(jī)構(gòu)的電網(wǎng)參數(shù)要么采用等值的方式，要么需要導(dǎo)入其全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)。這會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題：

1）由于互聯(lián)電網(wǎng)之間的聯(lián)系越來(lái)越多，采用電網(wǎng)等值的方式已經(jīng)不可取了。這是因?yàn)橛捎诖硗饩W(wǎng)的等值網(wǎng)絡(luò)如果超過(guò)3個(gè)端口，已經(jīng)很難找出對(duì)于本網(wǎng)各局部同時(shí)滿足的、可以確定的最大方式和最小方式。

2）由于很難評(píng)估緊密互聯(lián)的其他電網(wǎng)的變化對(duì)本網(wǎng)的影響，外網(wǎng)的數(shù)據(jù)需要經(jīng)常被導(dǎo)入、合并。而這一過(guò)程通常是比較繁瑣、容易出錯(cuò)的，甚至不能實(shí)現(xiàn)的。例如：若導(dǎo)入的電網(wǎng)中存在相同的廠站名稱的情況 （事實(shí)證明這種情況是比較常見(jiàn)的）將導(dǎo)致導(dǎo)入失敗,由于對(duì)導(dǎo)入的電網(wǎng)不熟悉，從而導(dǎo)致分不清導(dǎo)入范圍,若合并成的數(shù)據(jù)太大，將導(dǎo)致計(jì)算處理過(guò)程變慢，工作效率降低等。

3）目前最常見(jiàn)的數(shù)據(jù)維護(hù)方法是所有電網(wǎng)參數(shù)都是由本單位的人員輸入，這樣做的問(wèn)題是：首先，由于電網(wǎng)的快速發(fā)展，及時(shí)更新其他電網(wǎng)的數(shù)據(jù)變得困難；其次，重復(fù)輸入同一數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致效率低和錯(cuò)誤的產(chǎn)生。

因此，傳統(tǒng)的整定計(jì)算系統(tǒng)模式在緊密互聯(lián)電網(wǎng)的應(yīng)用上顯現(xiàn)了諸多問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，一種新的整定計(jì)算系統(tǒng)模式被提出并進(jìn)行了實(shí)踐。

2 技術(shù)路線

新的整定計(jì)算系統(tǒng)模式基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，讓所有調(diào)度機(jī)構(gòu)同時(shí)參與聯(lián)網(wǎng)計(jì)算。這種模式存在兩個(gè)技術(shù)路線，即集中式服務(wù)系統(tǒng)和分布式服務(wù)系統(tǒng)。

圖3 集中式服務(wù)系統(tǒng)

集中式服務(wù)系統(tǒng)就是在數(shù)據(jù)網(wǎng)上設(shè)置一臺(tái)或幾臺(tái)中央服務(wù)器，為所有聯(lián)網(wǎng)的調(diào)度機(jī)構(gòu)提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)。集中式服務(wù)系統(tǒng)存在下述明顯的弊端：

圖4 分布式整定計(jì)算系統(tǒng)

1）即使中央服務(wù)器的服務(wù)能力能夠滿足省內(nèi)各地調(diào)的訪問(wèn)需求，當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展到大量縣調(diào)或網(wǎng)省調(diào)時(shí)就肯定不可行了。

2）網(wǎng)絡(luò)帶寬問(wèn)題。目前調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的帶寬普遍很低，多個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)的用戶同時(shí)訪問(wèn)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞。

2.2 經(jīng)兩種醫(yī)學(xué)影像處理軟件對(duì)病灶SUV與TLG的比較 結(jié)果(表1)顯示：基于腫瘤分割，經(jīng)“uWS-MI”和“GE AWS46”計(jì)算的患者初次PET/CT顯像時(shí)1個(gè)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)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(wèn)題。若中央服務(wù)器或核心區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題，將導(dǎo)致全網(wǎng)的計(jì)算工作陷入癱瘓。

鑒于集中式服務(wù)系統(tǒng)存在的弊端，分布式服務(wù)系統(tǒng)成為了一個(gè)必然選擇。

分布式整定計(jì)算系統(tǒng)就是支持互聯(lián)的調(diào)度機(jī)構(gòu)完全按照自身管轄的范圍維護(hù)數(shù)據(jù)，在不必考慮數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、合并等問(wèn)題的情況下，就能完成聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算分析，以及生成配合定值和裝置定值的系統(tǒng)。分布式整定計(jì)算系統(tǒng)除避免了其他模式所頭痛的問(wèn)題外，還有以下優(yōu)勢(shì)：

1）電力系統(tǒng)中，各單位的管轄范圍界定非常清晰。每個(gè)單位一般僅僅能夠保證自身管轄范圍內(nèi)的設(shè)備參數(shù)、連接狀況的準(zhǔn)確性，以及對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行更新的及時(shí)性。分布式整定計(jì)算系統(tǒng)順應(yīng)了這種管理現(xiàn)狀，也為這種管理模式提供了更好的支持。

2）支持聯(lián)網(wǎng)的調(diào)度機(jī)構(gòu)相互提供等值計(jì)算服務(wù)。為了提高計(jì)算效率，將外電網(wǎng)進(jìn)行部分等值還是必要的。分布式整定計(jì)算系統(tǒng)允許任何一個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)劃定自己的電網(wǎng)計(jì)算范圍，該計(jì)算范圍可以自由設(shè)定，可以與該單位的管轄范圍不相同（調(diào)度管轄范圍從管理角度上劃定的，其結(jié)果往往對(duì)計(jì)算工作不合理性或不方便），例如，可深入到對(duì)方電網(wǎng)的內(nèi)部以便在整定計(jì)算過(guò)程中調(diào)整外電網(wǎng)廠站的運(yùn)行方式、輪停屬于外電網(wǎng)的線路等。等值計(jì)算服務(wù)可按照設(shè)置自動(dòng)進(jìn)行。

3）每個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)的整定計(jì)算系統(tǒng)既可以聯(lián)網(wǎng)計(jì)算，又可以在數(shù)據(jù)網(wǎng)斷開(kāi)的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)和計(jì)算。

4）在數(shù)據(jù)網(wǎng)斷開(kāi)的情況下或?qū)嵤┞?lián)網(wǎng)之前，每個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)編輯的數(shù)據(jù)不會(huì)與其他調(diào)度機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)沖突。也就是說(shuō)，當(dāng)該調(diào)度機(jī)構(gòu)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，將不用作任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或調(diào)整，就能開(kāi)始聯(lián)網(wǎng)后的計(jì)算工作。

3 實(shí)現(xiàn)方法

作為一個(gè)全新的技術(shù)體系，分布式整定計(jì)算系統(tǒng)在研究和建設(shè)過(guò)程中主要面臨以下技術(shù)難題：

1）如何保證每一個(gè)參與的系統(tǒng)能夠獨(dú)立發(fā)展。例如，當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障而與其他系統(tǒng)斷開(kāi)后，系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)運(yùn)行，輸入的數(shù)據(jù)不會(huì)與其他系統(tǒng)沖突。又如，整個(gè)系統(tǒng)是分期實(shí)施的，每個(gè)系統(tǒng)在接入前可能已經(jīng)輸入了大量數(shù)據(jù)，因此應(yīng)該保證不同階段接入的系統(tǒng)順利接入并成為全網(wǎng)數(shù)據(jù)的一部分。

2）如何保證計(jì)算數(shù)據(jù)的一致性。例如，系統(tǒng)A需要獲取系統(tǒng)B在今年7月份的電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行定值校驗(yàn)，但是系統(tǒng)B由于工作比較積極，已經(jīng)把8月的電網(wǎng)參數(shù)準(zhǔn)備好了。顯然，系統(tǒng)A如果獲取了系統(tǒng)B的最新參數(shù)反而導(dǎo)致計(jì)算不正確。

3）如何維護(hù)邊界設(shè)備的參數(shù)。邊界設(shè)備的界定雖然是清晰的，但是如果在維護(hù)上協(xié)調(diào)不好，各方系統(tǒng)會(huì)陷入彼此等待的困境，反而降低了工作效率。

針對(duì)上述問(wèn)題，分布式整定計(jì)算系統(tǒng)相應(yīng)提出了以下解決方案：

1）引入IEC61970的URI標(biāo)識(shí)體系，對(duì)每一個(gè)電網(wǎng)設(shè)備對(duì)象進(jìn)行全局唯一性標(biāo)識(shí)。由于URI由域名和內(nèi)部編號(hào)組成，例如：“sgcc.nc.sd.500.jn#_B0CB8425CB9548E7”,當(dāng)域名被提前分配好以后，任一個(gè)系統(tǒng)創(chuàng)建的對(duì)象在標(biāo)識(shí)上不會(huì)存在沖突。因此，系統(tǒng)在離線狀態(tài)可以自由創(chuàng)建、刪除屬于自己維護(hù)數(shù)據(jù)，而不必?fù)?dān)心合并數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生沖突的問(wèn)題，從而保證了每一個(gè)參與的系統(tǒng)能夠獨(dú)立發(fā)展。

2）引入數(shù)據(jù)的版本化管理，不同的版本代表不同時(shí)期的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)里包含過(guò)去、現(xiàn)在甚至將來(lái)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)同一個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性描述。因此，用戶可以根據(jù)需要從其他調(diào)度機(jī)構(gòu)獲得任何時(shí)期具有一致性保障的數(shù)據(jù)。

3）需要制定一些管理措施對(duì)邊界設(shè)備參數(shù)的維護(hù)進(jìn)行規(guī)范和協(xié)調(diào)，例如：邊界設(shè)備主要是線路而線路又連接著兩個(gè)屬于不同調(diào)度機(jī)構(gòu)的變電站，我們就規(guī)定邊界線路誰(shuí)管轄誰(shuí)負(fù)責(zé)創(chuàng)建，邊界線路相連的變電站誰(shuí)管轄誰(shuí)負(fù)責(zé)將線路連接到相應(yīng)的變電站。

4 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

基于上述技術(shù)路線和實(shí)現(xiàn)方法，成功的開(kāi)發(fā)出了分布式繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)，該系統(tǒng)建立了一個(gè)面向整個(gè)電網(wǎng)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分布式維護(hù)系統(tǒng)，一個(gè)本地系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 本地系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

RDF數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)以域（數(shù)據(jù)塊）為單位進(jìn)行存儲(chǔ)和訪問(wèn)，并支持版本管理、用戶權(quán)限管理的專用數(shù)據(jù)庫(kù)，部署在本地服務(wù)器端；RDF數(shù)據(jù)庫(kù)除了連接工作站局域網(wǎng)之外，還與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的保護(hù)專用VPN相連，以實(shí)現(xiàn)地調(diào)系統(tǒng)與省調(diào)系統(tǒng)之間的互聯(lián)；整定計(jì)算系統(tǒng)位于安全區(qū)II，通過(guò)單向隔離裝置向安全區(qū)III的調(diào)度MIS網(wǎng)發(fā)布數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)訪問(wèn)引擎用于向本地應(yīng)用提供數(shù)據(jù)一致性保證的數(shù)據(jù)環(huán)境，支持版本的提交、斷面的生成、訪問(wèn)權(quán)限控制以及訪問(wèn)沖突的協(xié)調(diào)。數(shù)據(jù)訪問(wèn)引擎與本地應(yīng)用一起部署在客戶端。

應(yīng)用功能是指電網(wǎng)一次建模工具、電網(wǎng)故障計(jì)算工具、整定配合計(jì)算軟件等應(yīng)用程序，在數(shù)據(jù)環(huán)境的相關(guān)操作上具有統(tǒng)一的界面和過(guò)程。

系統(tǒng)管理功能支持用戶權(quán)限設(shè)置，域數(shù)據(jù)及其版本的瀏覽、查詢和刪除，交換域的過(guò)濾條件設(shè)置、確認(rèn)以及異地系統(tǒng)的通信設(shè)置。

異地?cái)?shù)據(jù)交換服務(wù)按照系統(tǒng)管理的相關(guān)設(shè)置以自動(dòng)或人工方式與其他調(diào)度系統(tǒng)交換域數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)還具備CIS服務(wù)器，可以向其他應(yīng)用系統(tǒng)提供符合IEC61970-CIS標(biāo)準(zhǔn)接口的模型數(shù)據(jù)訪問(wèn)，并可以指定任何數(shù)據(jù)環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

分布式整定計(jì)算系統(tǒng)已在山東電網(wǎng)全面推廣應(yīng)用，有效地提高了整定計(jì)算工作的效率，減輕了繼電保護(hù)計(jì)算及管理的工作量，是促進(jìn)互聯(lián)電網(wǎng)生產(chǎn)和管理現(xiàn)代化的有效手段。隨著互聯(lián)電網(wǎng)的聯(lián)系越來(lái)越緊密，分布式整定計(jì)算系統(tǒng)將逐步成為廣大繼電保護(hù)技術(shù)人員的必備工具。

由于電網(wǎng)是一個(gè)整體，整定計(jì)算軟件要獲得正確的計(jì)算結(jié)果就必須得到全網(wǎng)的數(shù)據(jù)（或能夠代表全網(wǎng)的數(shù)據(jù)）?；谝环N專門(mén)為電網(wǎng)計(jì)算而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)交換和共享機(jī)制，分布式整定計(jì)算系統(tǒng)使任何一個(gè)參與的調(diào)度機(jī)構(gòu)能快速方便地獲取具有一致性保障的全網(wǎng)數(shù)據(jù)，基于彼此的定值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配合協(xié)作，同時(shí)順應(yīng)目前的電網(wǎng)分級(jí)分區(qū)管理模式。隨著互聯(lián)的電網(wǎng)的聯(lián)系越來(lái)越緊密，這種分布式整定計(jì)算系統(tǒng)將體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮出更大的效益。

［1］黃德斌，唐毅，等.基于平臺(tái)概念的繼電保護(hù)計(jì)算及管理軟件.

［2］黃德斌，程慈源，等.通用繼電保護(hù)整定計(jì)算程序的研究與實(shí)踐.

［3］呂飛鵬，李華強(qiáng)，等.110～500 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算專家系統(tǒng)研究.

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