继电保护整定系统的发展

王利赛 杨小萍 杨明玉 孙 杰 周庆捷

（1.华北电力大学，河北 保定 071003；2.贵州省遵义供电局，贵州 遵义 563000；3.北京中恒博瑞数字电力科技有限公司，北京 100085）

继电保护装置是电力系统最重要的二次设备之一，它对电力系统的安全稳定运行起着极为重要的作用[1]。因此，继电保护整定计算是电力工程设计和电力生产运行中一项必不可少的工作。如果说配置齐全、质量优良、技术性能先进的继电保护装置及相应完善合理的二次回路，是实现电网可靠保护的物质基础，那么合理、正确的继电保护定值无疑就是保证电网安全稳定运行、减轻故障设备损坏程度的必要条件。继电保护定值与对继电保护的可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求密切相关[2]。那么在当前继电保护装置不断发展，从机电型、整流型到集成电路型再到如今的微机型的情况下，相应的继电保护整定技术也在逐步的发展，以适应越来越先进的继电保护系统和越来越高的安全需要。

1 继电保护整定发展历史

整定计算是继电保护工作的重要组成部分，在国内外的电力系统中，整定计算工具经历了从低级到高级的发展阶段。

20世纪70年代以前继电保护整定工作主要是人工整定，整定计算主要依靠手工并辅助专用的计算工具完成这一阶段的整定计算方法存在计算量大、计算时间长的不足，无法满足生产的需要。如东北电力系统每进行一次全网零序保护的整定计算，占用的时间长达2～3个月[3]。

80年代后，出现了专门进行继电保护整定计算的整定软件，但由于计算机技术等条件的限制，基于 DOS操作系统的整定软件不仅缺乏友好的人机交互界面操作使用不方便，而且计算规模受限制，在复杂问题的处理方面还有许多不足。

90年代后，计算机技术蓬勃发展，硬件价格迅速下降，软件开发技术不断进步，同时电网的发展也很迅速，由此出现了很多科研院所积极开发整定计算软件，各电网用户也积极支持整定软件开发的局面。尤其是近几年，整定计算软件的发展很快，出现了百花齐放的局面[4]。

继电保护整定计算是一项复杂细致工作，针对不同电网有不同的要求，尤其对于双回线路并列、环网运行的电网。继电保护整定计算软件的使用，解决了传统的手工整定方法无法解决的问题，大大提高了工作效率，保证了计算的准确性和可靠性。

2 继电保护整定现状

现在，计算机软、硬件技术的发展日新月异，一些新思想、新方法和新技术正逐步影响着电力系统分析软件的发展。

文献[5,6]以华中科技大学开发的RelayCAC继电保护整定软件为例，介绍了面向对象的继电保护软件开发方法。

文献[7,8,9]介绍了基于组件的继电保护整定软件的开发过程。解决了软件对应用环境的适用性差，很难在不同应用环境间共享代码，严重依赖于编程语言，用不同语言开发的应用难以交互，封闭的应用程序体系结构缺乏必要的灵活性，各部分频繁传递数据，关系错综复杂，没有形成足够独立的功能模块的缺点。

文献[10]介绍了一种自适应继电保护系统，能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的保护。使保护尽可能地适应电力系统的各种变化，并根据变化信息在线修改定值，以达到保护性能的最佳化。

文献[11]提出了一套以数据库为核心、基于客户/服务器模式的配电网继电保护整定计算系统。该系统在确保计算准确的前提下，更注重于如何将日常的工作管理起来，如计算结果的管理方便了用户的比较，设备参数的管理利于用户的核对，定值单生成和定值单的流转完全符合实际工作模式等等。

文献[12]数据库技术的发展，不仅为整定计算软件提供了有效的数据管理手段，而且使以数据库为基础，实现整定计算软件与定值管理系统、设备管理系统等的集成成为可能。

文献[13]是定值校核软件，在线校核是获取电力系统实时数据，对当前系统中各种继电保护定值的性能进行在线校验的过程。

文献[14,15]等提出了继电保护整定全过程管理的概念，介绍了一种采用客户服务器体系结构，基于面向对象技术和图形化界面，实现继电保护整定专业全过程管理的软件系统。

文献[16]提出了在线整定系统的概念。定值的在线整定避免了运行方式的不确定性对保护灵敏度的不利影响，可以明显提高保护的灵敏度。保护定值的在线整定全面实现整定计算的智能化和网络化，原理上能保证保护性能的应用最优化。

3 继电保护整定系统介绍

3.1 面向对象的继电保护系统

文献[1]介绍了华中科技大学开发的 RelayCAC继电保护整定计算软件。该软件为保证软件的可移植性采用了规范的面向对象的软件开发方法。

图形化继电保护整定计算系统RelayCAC由五大功能模块构成：① 整定分析计算模块；② 故障计算模块；③ 网络拓扑管理与图形显示模块；④数据库管理模块；⑤附加功能模块。系统的总体结构如图l所示。

图1 RelavCAC总体结构图

RelavCAC的各个模块分别完成特定的功能，模块之间的信息交换通过系统管理框架进行，模块与数据库间的信息交换通过数据库管理模块进行。这种模块式的结构设计可以简化模块间数据的交换模式，保证模块的安全性、封装性和可移植性。

3.2 于分布式对象的继电保护整定系统

传统的继电保护测试软件大多采用面向对象的系统结构，虽然已能基本实现，但软件在稳定性和可扩展性上还存在许多不足：软件对于编程语言的依赖性很强；应用程序结构缺乏灵活性：软件对应用环境的适用性差，代码在不同应用环境间很难共享。

1）基于DCOM的继电保护整定系统

文献[18]介绍了一种基于分布式对象技术的继电保护整定计算系统，利用分布式计算技术和面向对象技术将整定计算软件的各个功能模块分布在网络上，利用 DCOM 协议交换信息。此种方法实现了软件的即插即用和分布式计算功能，为电力系统整定计算的在线整定提供了一种实时性的解决方案。

基于分布式对象技术开发的应用程序具有良好的可扩充性、高可用性、易管理性和可移植性。分布式对象技术可以在不同机器的对象间相互传递消息，共同协作实现系统功能。系统总体设计图如图2所示。

图2 系统总体设计图

2）基于COM技术的继电保护系统[7]

组件是一些独立的代码封装体，在分布环境下可以是一个简单的对象，但大多数情况下是一组相关的对象复合体，提供一定的服务。

图3为基于COM的继电保护整定计算软件的基本构架。各种电力系统的分析计算最终都落实到某一具体物理系统，需要建立系统数据在内存中的镜像模型，在本文的实现中，借助于系统类CPower.System封装系统数据。

图3 继电保护整定计算应用体系结构

本文将潮流计算和故障计算的处理分别封装为类。在接口设计上，组件COM设计的目标是将电力系统的基本计算进行封装，为继电保护整定计算及其它高层应用提供“插件”，所以网络的拓扑分析、潮流计算、故障计算及分支系数和故障电流最值等计算因其各自的适用性不尽相同，虽然将其实现于同一组件，但分别对应不同的接口。

组件在不同开发环境和电力系统应用软件中能够“即插即用”，避免了重复开发，实现了软件资源的共享。此外，由于实现了软件组件，软件有很好的可维护性和可扩充性。

3.3 继电保护整定的自动化程度[19]

软件设计采用半自动整定方式，将全自动整定方式和人工整定方式相结合.既可实现整定过程自动化。也可由用户结合本地区电网特点和实际经验在计算机的引导下一步步地得到所需的保护定值，不仅为整定人员确定配合策略提供方便、直观的信息。还可完整详细地记录计算的过程、结果等。在该整定方式下。整定人员可指定进行自动整定和人工整定的保护类型和保护段。进行自动整定时。整定人员可在整定前预定义整定参数和整定原则，系统将其设置为默认值，自动进行配合直至得出指定范围内所有保护的定值；进行人工整定时.用户可从“一般整定原则”中依次选择或自定义适用于待整定保护的整定原则，人工设置故障类型和故障点，程序将根据该整定原则和故障设置计算相应的保护定值。最终形成计算结果列表整定人员可从计算结果列表中选择或修正某一保护定值作为保护最终定值，程序根据该最终定值进行灵敏度校验。

3.4 保护整定系统的发展趋势

目前继保整定系统的发展方向主要是在线整定和继保整定一体化以及电力云上的继电保护整定系统。

继电保护在线整定的内容是：随着系统网络接线的变化即运行方式的变化，对所关心的保护定值进行在线整定计算，特别是实现所关心区域保护定值的配合调整，且针对修正后的保护定值仅进行当前运行方式下的灵敏度校验，同时将计算好的定值反馈给现场保护。定值的在线整定避免了运行方式的不确定性对保护灵敏度的不利影响，可以明显提高保护的灵敏度。但是目前主要难点是计算机难以满足它对计算速度的要求[21]。

而一体化整定计算系统能够实现各区域之间数据共享，使计算更准确，有效解决了信息孤岛问题，避免了重复计算，对全网整定计算工作的正确性和电网的安全稳定运行具有重要作用，但随之也面临一些问题，如：一体化计算速度变慢，效率降低；对计算机的配置、网速要求较高等[22]。

云计算基础上的继电保护整定系统，则是充分利用云计算的优势，把继保整定软件做成服务，部署在电力云平台之上，实现B/S模式，并行计算，方便快捷，功能强大。

4 结论

整定计算软件发展到今天，还存在一些不足，这些不足的改进，需要继电保护和软件开发两个领域一起努力。继电保护专业方面，需要对整定计算工作做进一步的深入理解，获取完整的需求并要抽象出本质，不能仅看人工计算的表面过程而作一个软件翻译，这样开发出来的软件往往不具应用价值。在软件开发方面，必须依靠软件开发相关理论、技术和方法科学地分析、设计、实现软件，并加强软件开发管理，提高软件的质量。只有这两方面共同努力，才有可能实现计算正确、实用性和可用性强、通用性和可发展性好的整定计算软件。

[1]李银红.电力系统继电保护整定计算软件的研究[J].继电器，2001,29(12):5-7.

[2]石文章. 浅谈微机继电保护定值计算[J].科技情报开发济[J],2004,14(6):125-126.

[3]田玮.基于 FAM 系统的继电保护整定计算平台的分析与设计[D].山东：山东大学，2009.

[4]王慧芳.继电保护整定计算软件中的若干问题分析[J].继电器，2006，34(12)：14-19.

[5]张海梁，孙婉胜.分布式对象技术在继电保护整定计算软件中的应用研究[J].电力科学与工程，2005，22-24.

[6]王萌.电力系统继电保护发展的相关问题探析[J].机电信息，2010,6(252):51.

[7]Qing Liu，Shijie Chen.Object-Oriented methods drive protective relay system.IEEEComputer Applications in Power，2000，13（1）：33-37.

[8]邓健，宋玮.基于组件技术的继电保护整定计算软件的设计与实现[J].继电器，2004,3(6):44-48.

[9]Alan Brown.Building system from pieces with componentbased softwa engineering. First Edition. Macmillan Technical Publishing,1999.

[10]M.E.C Hull, P.N.Nicholl, Y.Bi. Approaches to component technologies for softwar reuse of legacy systems. Computing&Control Engineering Journal，2001,12(6):281-287.

[11]温碧峰.基于运行方式选择的自适应继电保护整定系统[J].电气技术,2005(13):65-66.

[12]曾杰.基于C/S模式的配电网继电保护整定系统的研究与开发[D].湖北:华中科技大学,2004.

[13]R.Ramaswami, P.F.McGuire. Navigating a protectionengineering database.IEEE Computer Applications in Power,1989,2(2):27-32.

[14]吕静,魏华.电力系统继电保护中一种新型在线校核方法的研究[J].电器应用 2006,25(7):59 -61.

[15]C. W. RogersR. RamaswamiP. F. McGuire. Graphical coordination program aids system relaying at consumers power.IEEE computer Applications in Power,1990,3(3):30-35.

[16]蔡乾.图形化继电保护整定全过程管理系统[J].宁夏电力,2005(3):143-148.

[17]曾耿晖,刘玮.继电保护在线整定系统的探讨[J].继电器,2004,32(17):38-42.

[18]谌炜,黄家栋.电厂继电保护整定计算软件的介绍[J].科技信息，2007,4(15):22-25.

[19]张海梁，孙婉胜.分布式对象技术在继电保护整定计算软件中的应用研究[J].电力科学与工程,2005,22-24.

[20]刘江平,张川.湖北地区电网继电保护整定计算软件研究[J].华中电力,2005,18(3):22-25.

[21]曾耿晖,刘玮.继电保护在线整定系统的探讨[J].继电器,2004,32(17):38-42.

[22]王梅义,吴竞昌,蒙定中.大电网系统技术[M].北京:中国电力出版社,1995,12(3):37-39.