林 鋼

（佛山供電局,佛山,528200）

基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力系統(tǒng)廣域保護(hù)通信系統(tǒng)探究

林 鋼

（佛山供電局,佛山,528200）

近年來(lái)，我國(guó)電力工業(yè)正在改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式向新的發(fā)展階段轉(zhuǎn)變，智能電網(wǎng)、綠色發(fā)電等新戰(zhàn)略的實(shí)施使得我國(guó)電網(wǎng)的可靠性也因此得到了極大的提高，相應(yīng)地其運(yùn)行控制難度也在增大。本文針對(duì)廣域保護(hù)的通信系統(tǒng)提出了一種改進(jìn)的最壞情況下一種新的加權(quán)公平隊(duì)列調(diào)度算法，從而使得電力系統(tǒng)信息綜合傳輸中各種信息業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量得到保證。

電力系統(tǒng)；廣域保護(hù)；調(diào)度算法

1 課題研究背景及意義

隨著“十二五”期間我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅猛發(fā)展，電力需求持續(xù)增長(zhǎng)，我國(guó)的電力工業(yè)在保證電力生產(chǎn)的同時(shí)積極開(kāi)發(fā)綠色能源、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，但是我國(guó)電網(wǎng)在供電可靠性提高的同時(shí)，其運(yùn)行控制難度也在增大，電網(wǎng)自身存在著一系列較為復(fù)雜的問(wèn)題，尤其是一旦電網(wǎng)發(fā)生事故，容易其運(yùn)行方式獨(dú)特容易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，將事故擴(kuò)大化。在經(jīng)歷了多次大面積停電事故后，國(guó)內(nèi)外電力工作者認(rèn)識(shí)到除了優(yōu)化的電力系統(tǒng)規(guī)劃布局和先進(jìn)的電力系統(tǒng)運(yùn)行管理能夠保證互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要加強(qiáng)繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定控制方面的研究工作，先進(jìn)的通信技術(shù)與信息技術(shù)的使用將有望提高電網(wǎng)的可靠性、安全性和運(yùn)行效率，同時(shí)也為新型電力系統(tǒng)檢測(cè)與控制應(yīng)用提供了發(fā)展空間。因此本文在電力系統(tǒng)信息綜合傳輸中引入WF2Q+算法，并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，下文將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 廣域保護(hù)定義及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 廣域保護(hù)的定義及特點(diǎn)分析

就整體而言，廣域保護(hù)（ wide-area protection）可以歸結(jié)為兩類：一類是將傳統(tǒng)繼電保護(hù)和廣域測(cè)量技術(shù)結(jié)合構(gòu)成廣域繼電保護(hù)；另一類側(cè)重點(diǎn)主要集中于廣域信息的利用和安全功能的實(shí)現(xiàn)，具體操作是利用廣域信息實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)視、控制、穩(wěn)定邊界計(jì)算及狀態(tài)估計(jì)等功能。雖然兩類廣域保護(hù)系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的功能有所不同，但是二者皆從保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的角度采取了較為合適的控制措施，以此來(lái)減弱或是消除擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的各類影響。

從上述分析中我們可以看出，廣域保護(hù)應(yīng)具備某些特點(diǎn)：（1）為了避免發(fā)生連鎖跳閘、系統(tǒng)崩潰等惡性事故，廣域保護(hù)需同時(shí)具備繼電保護(hù)功能和安全自動(dòng)控制功能，并且能夠采取適當(dāng)?shù)睦^電保護(hù)和控制措施解決系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的不同情況；（2）將以往相互獨(dú)立的、分散的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)控制功能結(jié)合在一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，以此來(lái)加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)和預(yù)防控制功能。

2.2 廣域保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，關(guān)于廣域保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出不同的見(jiàn)解，一般可分為分布式、區(qū)域集中式、變電站集中式以及分層集中式。其中，在分布式廣域保護(hù)系統(tǒng)中，廣域保護(hù)算法內(nèi)置于每個(gè)裝設(shè)在變電站內(nèi)部的保護(hù)IED中，分布式廣域保護(hù)系統(tǒng)的廣域保護(hù)決策過(guò)程完全在單個(gè)保護(hù)IED中實(shí)現(xiàn)，這使得分布式廣域保護(hù)系統(tǒng)更適合于實(shí)現(xiàn)廣域繼電保護(hù)的功能。區(qū)域集中式廣域保護(hù)系統(tǒng)其功能包括實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)繼電保護(hù)功能、通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)與廣域保護(hù)決策中心設(shè)備交換信息等。變電站集中式廣域保護(hù)系統(tǒng)主要是利用收集到的信息實(shí)現(xiàn)廣域保護(hù)算法，并向站內(nèi)相應(yīng)保護(hù)IED發(fā)送控制命令。分層集中式廣域保護(hù)系統(tǒng)繼承了區(qū)域集中式和變電站集中式廣域保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，而且它既能夠與上層區(qū)域廣域保護(hù)決策中心設(shè)備通信又能夠與下層的保護(hù)IED通信，同時(shí)也能夠彌補(bǔ)變電站集中式存在的一些缺點(diǎn)。

3 電力系統(tǒng)信息綜合傳輸調(diào)度算法研究

電力系統(tǒng)不同于其他系統(tǒng)的運(yùn)行，尤其是順利實(shí)現(xiàn)其信息的綜合傳輸不可避免的需要解決諸多潛在的問(wèn)題，尤其是信息業(yè)務(wù)綜合傳輸過(guò)程中存在的流量沖突問(wèn)題，特別需要注意的是不僅要保證實(shí)時(shí)信息業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)也不可忽視各類非實(shí)時(shí)信息服務(wù)質(zhì)量，這些非實(shí)時(shí)信息也是傳輸過(guò)程中重要的組成部分。實(shí)現(xiàn)基于IP技術(shù)和區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型的網(wǎng)絡(luò)通信模式的關(guān)鍵技術(shù)包括隊(duì)列調(diào)度法，本文主要對(duì)隊(duì)列調(diào)度算法進(jìn)行深入討論，使其在對(duì)電力系統(tǒng)信息綜合傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行解決時(shí)能夠發(fā)揮出關(guān)鍵的作用。WFQ算法的分組服務(wù)順序與GPS模型有很大差異，它是一種模擬通用處理器共享模型的隊(duì)列調(diào)度算法，本文在WFQ算法基礎(chǔ)上提出了WF2Q+算法，并通過(guò)將“虛擬延遲時(shí)間”引入WF2Q+算法解決了該算法在推遲傳輸高優(yōu)先級(jí)信息業(yè)務(wù)分組的問(wèn)題，進(jìn)而提出了提出以基于IWF2Q+算法的區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)信息綜合傳輸。

3.1 WF2Q+算法介紹及分析

WF2Q+算法是一種基于GPS模型的分組公平隊(duì)列調(diào)度算法，定義了與GPS模型最接近的虛擬時(shí)間，即。公式中不同的符號(hào)、公式所代表的意義是不同的，即t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)虛擬時(shí)間——經(jīng)過(guò)更新時(shí)間間隔后的系統(tǒng)虛擬時(shí)間用——會(huì)話i頭部分組的序號(hào)，所在會(huì)話i的虛擬開(kāi)始時(shí)間，i=1,2,···，n表示會(huì)話序號(hào)。在WF2Q+算法中引入“虛擬延遲時(shí)間”后，公式可表示為：

圖1 WF2Q+算法服務(wù)順序分析

WF2Q+算法調(diào)度隊(duì)列過(guò)程分為三種狀態(tài)，分別為初始狀態(tài)、忙狀態(tài)以及空閑狀態(tài)，圖1所示即WF2Q+算法服務(wù)順序分析。

在實(shí)際的信息業(yè)務(wù)傳輸過(guò)程中，分組到達(dá)各列隊(duì)頭部的時(shí)間會(huì)存在一定的微小差別，致使根據(jù)GPS模型得到的各隊(duì)列頭部分組服務(wù)順序也出現(xiàn)微小差別，從而也會(huì)影響到WF2Q+調(diào)度器先為高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列內(nèi)分組提供服務(wù)，還是為低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列提供服務(wù)。觀察圖1我們可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)先級(jí)較高的信息業(yè)務(wù)在電力系統(tǒng)分組傳輸過(guò)程中不能保證其實(shí)時(shí)性，關(guān)鍵在于優(yōu)先級(jí)較高的信息業(yè)務(wù)分組到達(dá)時(shí)間較晚，從而使得優(yōu)先級(jí)較低的信息業(yè)務(wù)“捷足先登”，到達(dá)時(shí)間稍快，影響了電力系統(tǒng)高優(yōu)先級(jí)信息業(yè)務(wù)分組傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

3.2 改進(jìn)的WF2Q+算法——IWF2Q

基于上述問(wèn)題，為了保證電力系統(tǒng)信息綜合傳輸中高優(yōu)先級(jí)信息業(yè)務(wù)分組的實(shí)時(shí)性，本文采用了PQ調(diào)度算法，并用PQ算法原理對(duì)WF2Q+算法進(jìn)行改進(jìn)，按照這種方式獲得的算法非常有可能將高優(yōu)先級(jí)分組推遲傳輸問(wèn)題輕而易舉地解決，同時(shí)也能保持良好的公平性。具體操作如下：將優(yōu)先級(jí)最高隊(duì)列中傳輸

圖2 三種算法情況下信息業(yè)務(wù)分組延時(shí)對(duì)比

IWF2Q+算法與WF2Q+算法都采用SEFF分組選擇策略，此時(shí)，不得大于系統(tǒng)虛擬時(shí)間，并且越小的隊(duì)列中的分組越優(yōu)先獲得調(diào)度器的服務(wù)，通過(guò)這種方式高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中所轉(zhuǎn)發(fā)分組的延時(shí)得到了降低。

4 仿真分析

本文首先仿真對(duì)比電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)WFQ算法、WF2Q+算法和IWF2Q+算法情況下IEEE14母線系統(tǒng)各變電站與控制中心站之間變換信息時(shí)4類信息業(yè)務(wù)分組的平均延時(shí)，結(jié)果如圖2所示。

觀察圖2可知，WF2Q+算法與WFQ算法在保證信息業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性方面的性能不相上下，而WF2Q+算法推遲傳輸高優(yōu)先級(jí)信息業(yè)務(wù)分組的問(wèn)題可通過(guò)IWF2Q+算法解決，并且能夠減小高優(yōu)先級(jí)信息業(yè)務(wù)分組延時(shí)，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)信息業(yè)務(wù)分組延時(shí)變大。

其次仿真對(duì)比電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)PQ算法、WF2Q+算法和IWF2Q+算法情況下得到的系統(tǒng)中各變電站與控制中心站之間傳輸四類信息業(yè)務(wù)的平均服務(wù)速率，如圖3所示。

該結(jié)果說(shuō)明基于WF2Q+算法和IWF2Q+算法的區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型能夠較好地協(xié)調(diào)不同優(yōu)先級(jí)信息業(yè)務(wù)獲得的服務(wù)效率，達(dá)到了各類信息業(yè)務(wù)傳輸?shù)墓叫裕倚阅芟喈?dāng)。

5 課題研究結(jié)論及展望

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展使得電力系統(tǒng)的電網(wǎng)復(fù)雜程度增加,未來(lái)的電網(wǎng)不可避免的將是信息網(wǎng)與電力網(wǎng)構(gòu)成的相互依存的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)，廣域保護(hù)能夠避免傳統(tǒng)繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定控制存在問(wèn)題，而先進(jìn)的通信技術(shù)與信息技術(shù)的使用將有望提高電網(wǎng)的可靠性、安全性以及運(yùn)行效率?；诨ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議的通信技術(shù)，將為實(shí)現(xiàn)廣域保護(hù)系統(tǒng)通信提供新的技術(shù)手段，為未來(lái)電網(wǎng)同一電力信息專用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的構(gòu)建奠定理論基礎(chǔ)。

[1] 王陽(yáng)光.應(yīng)對(duì)災(zāi)變的廣域保護(hù)信息處理及通信技術(shù)研究[D].華中科技大學(xué) 2010

[2] 徐天奇,尹項(xiàng)根,游大海,王陽(yáng)光,李程.廣域保護(hù)系統(tǒng)功能與可行結(jié)構(gòu)分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制. 2009(03)

[3] 何志勤.基于故障元件識(shí)別的智能電網(wǎng)廣域后備保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 華中科技大學(xué) 2012

Power system wide area protection communication system based on Internet technology research

Lin Gang
(Foshan power supply bureau,foshan,528200)

In recent years,our country electric power industry is changing the traditional mode of production to a new stage of development,smart grid,and the implementation of the new strategy such as green power makes the reliability of the power grid in our country and therefore has been greatly improved,accordingly its operation control difficulty is also ris ing.This article in view of the wide area protection communication system is put forward an improved the worst case,a new weighted fair queue scheduling algorithm,thus making all kinds of information in power system integrated information transmission business service quality guaranteed.

power system; Wide-area protection; Scheduling algorithm

圖3 PQ、WF2Q+算法和IWF2Q+算法公平性對(duì)比

林鋼（1983），男，四川遂寧人，大學(xué)學(xué)士，高級(jí)技師，主要從事電力通信線路運(yùn)維、技術(shù)研究工作；