通信系统中断对电网广域保护控制系统的影响

祁 锋

（陆军装甲兵学院蚌埠校区，安徽 蚌埠233000）

0 引 言

伴随着经济的发展，个人和企业对电能的依赖越来越大，随之而来的是我国电网系统的复杂程度和规模也与日俱增。这种情况下，电网系统中发生故障的概率大大增加。而电网广域保护控制系统在预防电网系统发生故障方面具有重要作用。电网广域保护控制系统的正常运行在很大程度上受通信系统的影响，因而研究通信系统中断对电网广域保护控制系统的影响具有至关重要的现实意义。

1 广域保护控制系统的概念

就目前学界的研究现状来看，对广域保护控制系统的定义还没有统一的标准。在实际工作中，人们普遍使用的广域保护控制系统有两种类型。第一种，以广域测量技术为支撑的一种继电保护结构。该种类型的广域保护控制系统专门解决一些使用传统手段解决不了的故障，是一种兼具协调性和自适应性的保护性措施。第二种是一种紧急控制系统，工作原理是利用广域测量得到的反馈性信息，有针对性地解决一些发生在电力系统中的较大规模的连锁反应或稳定破坏事故。

2 广域保护系统的关键性技术支撑

2.1 同步测量技术

所谓同步相量测量技术，就是通过同步相量测量装置（PMU），利用全球定位系统（GPS）秒脉冲作为同步时钟构成的相量测量单元，可用于电力系统的动态监测、系统保护、系统分析和预测等领域，是保障电网安全运行的重要设备。目前，世界范围内已安装使用了数百台PMU。现场试验、运行以及应用研究的结果表明，同步相量测量技术在电力系统状态估计与动态监视、稳定预测与控制、模型验证、继电保护、故障定位等方面得到了相关应用或具有相关的应用前景。从某种程度上看，这种技术使得整个电网系统的统一时刻数据的对比分析和精确性计算成为了现实[1]。

2.2 实时通信技术

在最早的电力系统中，通信都是通过微波实现的。如今，随着各种技术手段的进步和发展，电力系统通信都是通过卫星、光纤和网络等实现。与传统的微波通信方式相比，这缩短了通信的时间延迟，使得电力系统中的数据信息采集变得更加便捷。这种在卫星和网络技术支撑下的实时通信技术为广域保护系统的数据信息采集工作带来了极大助益，也使得系统实现实时数据采集工作成为了可能。

3 广域保护系统的结构

一般，广域保护系统主要分为区域分散、站域集中以及区域集中3种。整个系统会将电网分为若干区域，各个区域都以一个变电站作为其中心，相应的在各个区域中，除去中心变电站之外的其他变电站都称为子站。各个区域中的变电站站点负责采集该区域中的所有开关状态信息和IED测量信息，而区域中的子站仅受区域中心站的远程控制。广域保护系统的结构，如图1所示。

图1 电网广域保护控制系统的基本结构

4 电网广域保护控制系统对通信系统的依赖性需求

4.1 系统业务种类的需求

广域保护控制系统作为整个电网系统安全稳定运行的保障，其业务覆盖电网系统中的各个变电站和电厂。在广域保护控制系统中，它的交互信息分为控制信息类和检测信息类。其中，控制信息类包括保护跳合闸命令信息和控制命令信息；而检测信息类包括采样值信息、故障报告信息以及状态量信息等。

4.2 系统业务的接口和带宽需求

广域保护控制系统的业务类型属于IP数据型业务，其网络接口包括各种类型的光电接口，且针对不同的通信信息种类，需要提供不同类型的物理性接口。另外，系统控制的数据以采样值为主，而各种采样值的数据长度不同。所以，它所需要的采样值带宽也会有所不同。

4.3 系统业务传输性能的需求

基于广域保护控制系统的后备保护功能，其启动的时间和线路主保护系统的启动时间都有些许延迟。所以，需要充分考虑这种延迟，保证控制命令信息和状态量信息的通信通道端到端时延迟不大于15ms。因为目前我国的广域保护控制系统的信息缓存容量为64kbit，若信息传输的时间延迟变化幅度过大，易发生数据丢失现象。因此，在目前的广域保护控制系统中，针对控制命令信息、系统跳合闸命令信息等设置了丢帧重发机制，但启动一次丢帧重发机制会产生10ms的时间延迟[2]。

5 通信系统中断对电网广域保护控制系统的影响

电网广域保护控制系统是一种重要的电力灾变防御系统，在实际操作中具有极为广泛的用途。利用该种保护控制系统，可以对整个电网系统实施预防控制、辅助决策和在线预警等操作。当电网系统中的主干性线路因为自然灾害等原因而发生连锁性故障时，广域保护控制系统可以对该电网系统进行协调控制和紧急控制，从而有效降低自然灾害对整个电网系统造成的影响。

这里以集中式广域保护控制系统为例，说明通信系统中断对电网广域保护控制系统的影响。集中式广域保护控制系统共包括4层，分别是调度中心站层、主站层、子站层以及执行站层。

5.1 调度中心站与主站之间的通信中断对电网广域保护控制系统的影响

中心站和主站之间平均每隔5min设立一个连接，以有效获取控制性策略数据信息。若是在数据信息交互的时间段内发生了通信中断现象，将导致主站无法正常接收中心站所对应的数据信息，进而主站就会自动切换到离线运行模式。此时，若是电网系统中没有完备的电网离线运行保障性机制，可能会在主站的运行中发生欠控现象。相应地，中心站也无法接收来自主站的数据信息。此时，中心站只能从能量管理系统中获得相关的运行信息。而此时中心站接收到的运行信息和可能和实时制定的控制措施之间出现了一定偏差，进而在中心站会发生过控或欠控的情况。

5.2 控制主站与控制子站之间的通信中断对电网广域保护控制系统的影响

发生在控制主站和控制子站之间的通信，是保证在线追加的异地和当地故障策略或者传递匹配成功的异地故障策略。它们之间的数据信息平均传送一次的时间延迟为1.667ms或0.833ms，命令持续传递的时间为0.1～1s。而当控制主站和控制子站之间的光纤链路发生中断且这种中断持续的时间超出了命令持续传递的时间值时，控制主站中的在线追加策略命令和异地故障策略命令就将无法正常传递到相应的执行站，进而可能导致整个电网系统的不稳定运行。控制主站和控制子站之间发生通信中断时，控制子站也就无法及时将采集到的故障信息和电网系统的实时信息及时传输到控制主站中。控制主站接收不到来自控制子站的信息时，将无法很好地实时判断异地发生的故障，从而可能会引起系统中的安全控制装置出现拒动情况，进而引起欠控现象。

5.3 控制子站与执行站之间通信中断对电网广域保护控制系统的影响

控制子站主要向执行站发送其所对应的控制主站分配的直流调整、切负荷以及切机等命令性信息。它们之间数据信息平均传送一次的时间延迟为1.667ms或0.833ms，命令持续传递的时间为0.1～1s。而通信网络系统的双通道之间切换时产生的时间延迟为50ms。若是在控制子站和执行站之间没有配置双通道切换装置或是这种通信中断的时间延迟超过了1s时，控制子站向执行站发送的控制性命令信息将无法正常得以执行。这种情况下，会导致电网系统中出现欠控甚至不控的现象。

6 结 论

综上可知，在如今这个社会结构极度复杂而庞大的时代，企业和个人对用电质量的需求变得越来越高，电网结构和规模也变得更加复杂且庞大。因而，电网也经常会受到一些自然环境的影响而引起一些故障。面对这种情况，电网广域保护控制系统作为一种对电网的保护性措施得到了广泛利用，且在实际操作中起到了一定的积极性作用。但是，该保护控制系统容易受到通信中断的影响而发生异常的运行情况，如欠控、过控现象。所以，研究通信系统中断对电网广域保护控制系统的影响具有现实意义，有助于电力系统运维工作的顺利开展。

参考文献：

[1] 李振兴，张腾飞，王 欣，等.考虑时延与流量均衡性的广域保护通信迂回路径重构算法[J].电力系统保护与控制，2016，44（16）：130-136.

[2] 董雪源.基于互联网技术的电力系统广域保护通信系统研究[D].成都：西南交通大学，2012.