數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性建模

鄭海涯

摘 要 數(shù)字化變電站建設(shè)不斷增加，不僅帶動(dòng)著變電站技術(shù)的變革，也給繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行提出了較高的要求。繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性，直接影響著數(shù)字化變電站運(yùn)行的效率，對(duì)此加強(qiáng)繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性建模分析，有著現(xiàn)實(shí)的意義。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化 變電站 繼電保護(hù) 可靠性 建模

當(dāng)下時(shí)期科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，使得繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行水平得以極大的提升，新型保護(hù)裝置與互感器等，被應(yīng)用到繼電保護(hù)系統(tǒng)，由于設(shè)備成熟度不高，在運(yùn)行的過(guò)程中性能受到多種因素的影響，使其可靠性較差，因此繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性問(wèn)題，成為研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

1 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)特征

數(shù)字化變電站繼電系統(tǒng)中，元件儀器眾多，為繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)用，提供了基本支持，但是因?yàn)樵姸?，使得繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性受到極大的影響。電子式互感器運(yùn)行原理與結(jié)構(gòu)等各不相同，極大程度上影響著系統(tǒng)可靠性。繼電保護(hù)系統(tǒng)傳輸方式為以太網(wǎng)形式，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)為主，進(jìn)而使得數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的復(fù)雜性較高。繼電保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信形式，主要以報(bào)文式為主，影響著系統(tǒng)可靠性較低，甚至引發(fā)丟包問(wèn)題與網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴問(wèn)題，而優(yōu)先級(jí)隊(duì)列技術(shù)等的應(yīng)用，能夠確保變電站系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2 繼電保護(hù)系統(tǒng)通信模型分析

2.1 信息回路分析

2.1.1 同步對(duì)時(shí)信息

在同步對(duì)時(shí)信息回路中，同步時(shí)鐘源發(fā)揮著重要的作用，能夠快速的接收時(shí)鐘信號(hào)，比如GPS或者北斗系統(tǒng)等，間隔一段時(shí)間，將相關(guān)信息傳輸給智能終端以及保護(hù)單元等。我國(guó)變電站采取的對(duì)時(shí)方法，主要包括網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)與編碼對(duì)時(shí)，以及脈沖對(duì)時(shí)。網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)是基于以太網(wǎng)與對(duì)時(shí)交換機(jī)開(kāi)展的，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的核心是樹(shù)狀路徑。脈沖對(duì)時(shí)與編碼對(duì)時(shí)具有特定的對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)相關(guān)傳輸介質(zhì)，同步時(shí)鐘源與相關(guān)對(duì)時(shí)設(shè)備能夠直接連接，由星型結(jié)構(gòu)與分級(jí)星型結(jié)構(gòu)等構(gòu)成。編碼對(duì)時(shí)與脈沖對(duì)時(shí)的對(duì)時(shí)回路結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

2.1.2 SV報(bào)文信息與GOOSE報(bào)文信息

通常情況下SV報(bào)文信息回路，其主要源自互感器，若想保護(hù)單元，則需要合并單元，使用相應(yīng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)。交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的表示主要是以虛線形式，由于采樣值傳輸規(guī)約之間存在不同，若能夠符合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸需求，則不需要使用交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)。目前我國(guó)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)主要使用的規(guī)約包括IEC60044-7/8，以及IEC61850-9-1等。

GOOSE報(bào)文指的是面向?qū)ο蟮臄?shù)字化變電站實(shí)踐，通過(guò)訂閱人員或者發(fā)布人員的形式，能夠?qū)崿F(xiàn)單點(diǎn)向多點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的功能。GOOSE報(bào)文的可靠性以及實(shí)時(shí)性較高，為通信模型的一種。

2.2 繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性計(jì)算

基于信息流角度，具有通路則能夠確保各類信息的有效傳遞，確保繼電保護(hù)能夠完成相關(guān)功能，信息回路的連通率直接影響著繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。若繼電保護(hù)系統(tǒng)由多個(gè)元件或者子系統(tǒng)構(gòu)成，其中任意部分運(yùn)行失效，造成系統(tǒng)失效，則系統(tǒng)為串聯(lián)關(guān)系，利用

Rj來(lái)計(jì)算可靠性，其中Rsys指的是系統(tǒng)可靠性，而m指的是系統(tǒng)元件個(gè)數(shù)或者子系統(tǒng)個(gè)數(shù)，Rj指的是第j個(gè)元件或者子系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。若某元件或者子系統(tǒng)為冗余配置時(shí)，各個(gè)部分故障時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)失效，系統(tǒng)為并聯(lián)關(guān)系，運(yùn)用

（1-Rj）來(lái)計(jì)算。除此之外還可以運(yùn)用最小路集算法，先找出首末節(jié)點(diǎn)之間的全部最小路徑，Li（i=1、2、...n），n指的是最小路徑數(shù)量，路徑可靠性表達(dá)式為

R，P（Li）指的是最小路徑的Li連通的概率，Rj指的是第j個(gè)元件運(yùn)行的可靠性，元件可以為節(jié)點(diǎn)，也可以是線段。

2.3 OPNET網(wǎng)絡(luò)建模

基于OPNET仿真系統(tǒng)，面向繼電保護(hù)分析的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)建模，其作為主流仿真工具與建模，運(yùn)用面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)建模方法，使用圖形化編輯器，能夠支持通。此建模主要分為網(wǎng)絡(luò)域、節(jié)點(diǎn)域、進(jìn)程域。網(wǎng)絡(luò)域利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模型與設(shè)置設(shè)備屬性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)映射。節(jié)點(diǎn)域則實(shí)現(xiàn)功能組合，進(jìn)行層次結(jié)構(gòu)描述，實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能。進(jìn)程域利用C語(yǔ)言與核心函數(shù)等，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)域功能模塊定義。

2.4 MU模型

基于OPNET節(jié)點(diǎn)編輯域，構(gòu)建MU節(jié)點(diǎn)模型。MU模型上層是應(yīng)用層，通過(guò)接口達(dá)到MAC節(jié)點(diǎn)模塊，最終通過(guò)物理層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送。MU節(jié)點(diǎn)模型主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)SV包裝，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給IED。MU模型的應(yīng)用層主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)搜集。在OPNET進(jìn)程域中，進(jìn)行數(shù)據(jù)包創(chuàng)建，將獲取的數(shù)據(jù)編寫到數(shù)據(jù)包中，在將數(shù)據(jù)發(fā)送給鏈路層處理。

3 繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性提升策略

3.1 插值算法

利用插值算法，能夠有效的避免使用外部時(shí)鐘完數(shù)據(jù)采樣同步時(shí)，對(duì)時(shí)鐘源的依賴性，所存在的故障隱患問(wèn)題，避免繼電保護(hù)設(shè)備發(fā)生不正確動(dòng)作。此算法步需要依賴外部時(shí)鐘，遵循等間隔采樣，由繼電保護(hù)裝置，依據(jù)固定的傳變延時(shí)，做補(bǔ)償與插值計(jì)算，能夠在同時(shí)刻開(kāi)展重采樣，各間隔的電子式互感器采樣值能夠同步，使得保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性得以極大的提高。

3.2 軟件積分

基于Rogowski原理，電子式電流互感器所輸出的信息，需要經(jīng)過(guò)積分處理后，才能夠獲取被測(cè)電流信號(hào)。在采集器中，利用硬件積分以及合并單元處理軟件積分的方式。軟件積分處理在穩(wěn)態(tài)精度以及暫態(tài)誤差等方面，具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其能夠利用代碼實(shí)現(xiàn)，能夠避免元器件特征給積分造成的影響，使得采集器功耗得以降低，提高了系統(tǒng)的可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)，采取通用建模方法，從信息流角度，構(gòu)建可靠性模型，能夠準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)繼電保護(hù)系統(tǒng)方案的可靠性與安全性，但是人工計(jì)算方式較為繁瑣，若能夠合理運(yùn)用軟件，則能夠提高可靠性評(píng)估效率。

參考文獻(xiàn)

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