新疆电网继电保护定值在线校核平台研究

南东亮 孙谊媊 郭小龙 李修军 陈 龙

随着超/特直流输电线路及柔性直流工程的进一步发展建设，我国电力系统正发生巨大的发展和变化，“西电东送、南北互济、全国联网”的交/直流混联电网已形成[1]。在智能电网和“一带一路”发展背景下，处于丝绸之路经济带的新疆电网重要性愈发凸显。“十三五”期间，新疆 750kV网架得到了很大程度的强化，截止 2020年，将建成新疆-西北750kV联网第三通道，天山西部750kV环网线路均建成双线供电，同时新增 750kV厂站及扩建750kV厂站主变，天山东部750kV环网新增了2个750kV直流换流站，并新建了大批直流配套电源经750kV电压等级接入电网[2-3]。多条特高压直流送端的馈入，使得新疆电网成为风光火打捆、直流送出的复杂电网系统，从而使得实际的运行方式趋于多样化，电网安全运行面临更为严峻的挑战[4]。

继电保护作为电力系统三道防线的第一关，对电网稳定运行所起的作用愈加明显[5-6]。因此，要求电网调度应不断加强对电网、尤其是继电保护的实时掌控能力[7]。针对继保在线校核系统，文献[8]研究了动态短路电流计算方法。文献[9]研究了定值在线校核预想方式生成问题，有助于定值校核更科学有效的实施，但缺少校核平台架构及方案的详细分析。文献[10-11]研究了基于智能电网调度技术支持系统（smart grid-operation supporting system, SGOSS）在线校核的功能、并行计算算法，文献[12-13]研究了在线校核及预警平台建设、应用等，但在数据架构的数据输入输出和数据格式等方面，尚缺乏针对性的设计及分析。当前，国内部分电网公司已经基于SG-OSS平台建设了各类功能强大的高级应用，这些高级应用为调度员提供了丰富的监控、预警等功能[10,14-15]，但是尚缺少针对实时电网信息对保护定值的在线校核和预警分析。因此，结合新疆电网的实际情况，基于SG-OSS系统，本文对新疆电网继电保护定值在线校核平台相关问题开展研究。

1 在线校核平台功能分析

1.1 平台构建原则及基本要求

满足以下技术原则：①继电保护定值在线校核与继电保护定值离线整定遵循统一标准，满足DL/T 559、DL/T 584的要求；②故障电流计算结果准确性满足GB/T 15544的要求[16]；③满足电网实时运行需求。应采用模块化设计，满足新功能模块的扩展需求。

1.2 平台构建功能分析

1）在线校核功能

（1）实现启动定值校核功能

应能实现电压、电流及其他启动定值的校核。（2）实现主保护定值校核功能

主保护必须满足各自的灵敏度的校验。其中，主保护类型主要有母差/纵联/变压器差动保护等。

（3）实现后备保护校核

主保护必须满足各自的灵敏度和选择性的校验，同时支持分析周围系统继电保护设备的动作行为。

2）研究态分析功能

研究态分析是继电保护业务分析必不可少的，是要在电网实时信息和离线信息的基础上对电网及保护定值进行仿真、模拟、提供辅助决策等。

3）故障电流计算功能

在线校核故障电流计算方面的研究主要实现以下要求包括：

（1）故障电流计算方面

主要有是否计及稳态潮流计算两种。

（2）故障类型方面

必须满足各种运行方式下各种故障类型的要求。

4）故障计算处理能力

对不同电力系统运行方式具有适应性，且故障计算规模不受电网节点限制，并留有扩展的空间。

5）多模式可视化展现界面功能设计

在可视化展现中，要求把继电保护定值校核及预警的结果、告警信息通过可视化手段表达出来，增强展示的集成度，做到形象、直观、方便、友好。

6）维护管理功能搭建，主要涉及基础数据库生成、权限分配及设定、数据维护等。

2 总体架构方案

2.1 设计原则

基于SG-OSS平台的继电保护定值在线校核及预警应用，其从数据库、通信、服务器、人机界面等方面与平台均有一定程度的交互，结合应用本身功能及平台的部署情况，对在线校核应用进行合理的架构设计，为应用的功能开发奠定技术基础。

依据国家标准、电力行业标准以及国家电网公司关于继电保护运行管理和调度自动化系统建设管理的相关规定进行系统设计。

2.2 总体架构设计

继电保护定值在线校核属于SG-OSS系统中实时监控与预警类的一个应用，其总体架构图如图 1所示[9]，包括基础平台和在线校核及预警应用两大模块，其中，后者向前者传输定值、模型、图形、状态、检修方式、故障录波等数据，前者向后者传输校核及报警数据。基础平台功能包括系统/CASE/安全/权限管理等子模块，各个子模块的数据基于实时数据库、关系数据库等加以存储。

图1 总体架构图

继电保护定值在线校核及预警应用以 SG-OSS系统为基础，集成继电保护定值在线校核及预警、预想方式分析等于一体的继电保护核心业务功能应用，其应用功能架构如图2所示。图2中，定值在线校核分实时/N-k预想两种方式，起动分电压/电流/其他 3种，研究态分析包括故障仿真/模拟/差动特性/保护躲负荷能力分析等。

图2 功能架构图

3 部署功能架构设计

继电保护定值在线校核及预警应用的硬件拓扑架构如图3所示，分布式计算平台架构如图4所示。图3中，主服务器、从服务器、工作站都挂在计算集群计算机下，图4中，主控台监控模块为数据交互的中心，基于下层终端的任务提交，向上层提交任务执行的相关指令，实现计算集群的综合计算。

图3 硬件拓扑架构图

图4 分布式计算平台架构

“计算机群”节点是集中的机群节点，计算节点即插即用，加入、退出灵活，充分利用系统中所有计算机的计算能力，满足定值在线校核计算需求。

4 数据架构设计

数据架构设计如图5所示。数据来自于不同安全区的应用，统一通过SG-OSS基础平台提供校核总线来交互。在线校核应用部署于平台的Ⅱ区，通过平台从Ⅰ区获取电网的模型、图形，遥信遥测量数据；从Ⅲ区获取保护定值、线路互感、接地信息等数据，通过反向隔离装置传递到Ⅱ区。

图5 数据架构图

在线校核应用的一、二次模型主要通过以下过程完成：

1）通过SG-OSS基础平台的拓扑数据、设备参数以及整定软件的数据形成在线校核的一次模型。

2）电网图形直接利用SG-OSS的模型，仅需要简单的二次维护。

3）实时态（遥信、遥测量）、基于检修计划的预想方式都可以通过平台获取。

4）通过整定软件补充装置定值信息。

4.1 数据输入

继电保护定值在线校核数据包括：建模类、图类、运行类、运行方式类、人员权限类等。其中，从基础平台获取数据采用订阅机制，电网运行数据交换的周期不大于10min，同时支持事件驱动方式，事件的定义可人工设置。

继电保护定值在线校核及预警应用从继电保护定值整定软件获取继电保护定值。

继电保护定值在线校核及预警应用可从二次设备在线监视与分析或保护故障信息主站（故障录波组网系统主站）获取故障录波文件。

4.2 数据输出

通过基础平台向综合智能分析输出报警类（继保灵敏度、后备及距离第三段等）数据，并综合出建设性的建议。

4.3 数据格式

输入数据格式见表 1，类型包括 CIM XML或CIM-E[17]、CIM-G或 SVG、E-language、电子文件表格，各类格式均需满足一定的规范要求。

输出数据格式见表2，格式主要为-language和CIM XML。

表1 输入数据格式表

表2 输出数据格式表

5 结论

本文针对国网新疆省电力公司电力调度控制中心提出的定值在线校核、定值预想方式分析、定值校核结果可视化展示的需求，采用了并行计算技术等先进技术，充分利用SG-OSS平台现有资源，通过在线校核应用功能的合理设计，完成继护定值在线校核、故障计算模拟仿真、距离Ⅲ段躲负荷能力分析、差动特性分析等功能，并通过SG-OSS人机界面和独立设计界面实现各种校核和分析结果的可视化展示，完成了相关数据和系统维护管理功能。

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