云计算模式下的继电保护定值优化算法解析

印海洋

（国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司）

0 引言

科学合理地建立云模式的继电保护平台一直是社会广泛关注的热点话题，管理人员应通过有效的措施，完善电网运行架构，并在大量模拟试验下，进行多次验证，优化继电保护定值算法，为后期继电保护装置研究工作创设诸多有利条件。

1 国内“继电保护定值管理系统”的研究现状

首先，在科学技术水平逐渐发展的大时代背景下，电力电子技术、电子信息技术、传感器技术、通信技术及智能自动化控制理论在现代电力网络架构中被广泛应用，在科研人员反复应用和探索下，容量较大的水火电机组给广大人民群众生产生活提供了诸多便利，大量风能、太阳能等新型能源被运用于系统架构网络中，电网发展趋势朝着自动智能化发展。进一步了解后发现，继电保护的基本任务主要包含两个方面：首先，当电力系统出现运行故障时，操作人员采用科学合理的继电保护方法可以在较短时间内将故障设备进行及时处理，采用多种管控措施促使电力系统其余部位能够正常运转；其次，在继电保护模式下，一旦系统架构出现异常状况时，能够迅速、有选择性地发出一系列预警信号，继而提醒值班人员对运行出现问题的电气设备及时进行处理，在综合管理下，通过适宜的继电保护方法提升电网系统运行的安全性和稳定性。

其次，通过调查可以得知，电力企业管理部门将电力生产引入计算机主机时是在20世纪六、七十年代，从DOS系统到WINDOWS系统［1］，从计算机单机主机到计算机网络连接，在信息技术水平日渐提升的同时，越来越多的信息处理系统被研制出来，在进一步运用至各项工作后，可以明显提升工作人员的组织效率，然而，有些信息处理系统都是按照企业特定需求设计的，呈现的功能相对单一，尤其是在继电保护定值管理工作需要涉及多个部门进行技术交流和协商，与此同时，国家电网管理人员积极学习并引进国内外先进的管理经验，顺应时代发展潮流大力建设SG186工程，以实现公司信息化发展，在SG186工程运用期间，管理人员没有全面应用继电保护定值管理系统，部分地区及供电企业继电保护定值管理的方法需要优化并改进。

最后，管理人员对继电保护整定计算完成后，应立即对计算结果进行全面校核，例如，在实际的继电保护定值管理期间，一般会应用大量的保护装置，定值单在不同职责管理人员进行流转后，只能通过纸质材料才能进行综合管理，虽然运用的继电保护装置运行原理领先于其他国家，但在现实定值管理期间却出现诸多漏洞，会导致继电保护装置的定值信息不正确。

2 云计算定义及应用

2.1 云计算定义

完整的云计算模式主要由中央处理器、PC、移动电子设备、服务器及相关集成开发环境组成，相关人员应采用合理管控方式将计算机网络的各类数据资源进行优化整合，通过先进的分布式处理、并行处理及相关网格计算，进一步提升网络化管理水平，数据库计算量及业务实际的支持范围，确保使用者需要对大量大数据信息计算时，不需要采购费用较高的硬件对其进行运算支持，操作人员只需将相关信息统一上传至云服务器架构后，系统通过基础的大量分布式计算即可得出相关结果。

2.2 主要应用

（1）大量分布式数据的存储和管控

在电力系统建设规模逐渐扩大的同时，系统架构的电网数据信息也会随之增多，采用传统落后的电网信息管理方法已经不能满足现实工作需求。经过研发人员的不断优化和改进，结合先进的计算机技术，提出了完整的数据中心架构，此种云计算管理方式主要采用Hadoop的分布式文件系统，全面收集电网格局中的大量数据信息。对其进行有效储存后，操作人员应对主服务器架构发送完整指令，确保主服务器运行良好的情况下，发送一系列请求时，主服务器架构就会在第一时间内快速查找并将储存用户实际数据信息的子服务器呈现给相关人员，系统内部的架构与子服务器紧密衔接后，能够发挥诸多实用功能，进一步传输有价值的数据信息后，从多个角度反映云计算系统的运行状态，并经过重要模块功能调整后，降低系统运行风险发生的概率［2］。

（2）非同源信息共享

分散性作为电力系统信息分布的主要特点，在实际应用期间，电力系统管理部门的日常工作方法有着很大差别，加上基层电力系统工作人员采集数据的思维也各不相同，综合素养不同的情况下，对电力系统运行状况的描述相对不准确，由于业务部门对数据信息的要求形式有所差异，导致不同系统对信息数据的采集描述方式也各不相同，由此造成了相关资源与数据信息不匹配的诸多后果，而将电力数据中心融入企业日常管理系统中，采用相应的云计算处理方法，即可通过适宜虚拟化技术手段对各类资源进行综合利用和配置，对因为软硬件基础设施造成的信息资源差异和业务数据差异进行优化和调整，通过各类系统软件平台对大量的数据进行集约化处理后，确保未来电网架构对数据集约及共享要求能够达到预设工作标准。

（3）快速并行计算

在对电力数据信息进行反复仿真计算管理后，操作人员经过大量模拟试验和应用探索，对电力数据中心的架构进行优化和调整，降低系统运行中可能存在的安全风险，确保电力系统的运行效果能够达到预设工作要求。例如，操作人员应引进适宜的模拟软件优化并改进信息编程的处理形式，构建完整的计算流程和数学模型后，提升计算结果的准确性和真实性，从而将工作人员的计算时间缩短。

3 基于云计算的整定平台架构

基础设施层、基础平台层、应用接口层及高级访问层共同组成了完整的大电网数据整定平台架构。首先，基础平台层是整个平台系统的重要组成部分，采用妥善处理方式能够对电网内部的数据资源、负载信息进行全面整合，在融入相关虚拟化处理技术后对软硬件装置的运行情况及故障处理手段进行抽象化管理，与此同时，分布式管理系统建立适宜的操作平台后，对内部的各类操作子系统和服务器进行改进，在最短时间内快速收集大量数据信息，全面了解信息的负荷状态，形成完整的系统操作模式，紧密联系相关动力装置对日常运行状况进行集中管理；其次，应确保云计算平台运行正常的情况下，妥善运用各类的应用接口，操作人员应采用适当方式对内部架构的功能进行全面拓展，在合理规划不同架构的运行功能和用户操作权限后，为后期云计算管理平台拓宽接口覆盖范围和技术管理工作奠定夯实基础；最后，针对高级访问层，此个层面具备电网拓扑分析、在线校核及短路计算等多个实用功能，不同地区的管理部门利用云计算服务方法，可以对相关层级分电网操作权限用户进行高级访问［3］。

4 基于遗传算法的继电保护定值优化

管理人员对计算云数据中心信息进行规划后，利用先进的计算机技术和云计算处理方式将电网架构内部的各类单位区间进行基础连接，管理人员应采用适当模式对不同级别电网的计算机系统进行整定，在对相关计算数据信息和XML／CIM文件统一上传至整定计算云数据中心后，利用先进的模型拼接方法对分散的各级电网模型组合成完整的电网数据模型进行统一规划，构建完整的整定计算云数据中心运行框架。此处以数据中心内部的距离保护Ⅱ段为主要研究对象。从不同角度对多目标、多约束条件及多变量的全局优化现象进行综合探究。

首先，针对不同线路的保护，研究人员可以通过适应度计算公式对线路运行情况进行综合评估，如果适应度数值较低，则代表解的最优性较弱，通过对适应度最大数值为寻优目标，则最优目标函数的求解计算公式为［4］：

式中，适应度值由F代表，定时限保护数目由I代表，设定k为常数后，保护i所在线路的权重由ai表示，线路Ⅱ段保护的级差约束权重为βi，线路Ⅱ段保护的级差约束权重为εi，线路Ⅱ段保护的级差约束权重为δi，适应度公式侧重方式主要是由三个参数的取值大小决定的，此处以fint（t）、fsen（t）、fsel（t）代表惩罚函数的相关数值，并用f（t）进行统一设置，一旦其符合对应的约束条件时，f（t）＝0，反之，f（t）就和惩罚时间t'数值相等。

与此同时，促使其下级保护i+1与保护i相互配合，基本的约束条件计算公式为：

式（2）代表级差约束，等式中，时间差由Δt代表，保护i距离Ⅱ段保护的跳闸时间由ti代表，下一级保护的配合时间由ti+1代表［5］。

式（3）代表灵敏性约束公式，等式中，K1为距离保护i的灵敏度系数，保护i距离Ⅱ段保护的整定阻抗值为Zi，保护i距离Ⅱ段保护的最大测量抗为Zimax。

式（4）代表选择性约束条件，等式中，K2为距离保护i距离Ⅱ段保护的灵敏度系数，Zl代表保护i所在线路抗阻值；当最小分支系数由Kmin代表，下一级配合保护的整定抗阻值由Zi+1表示。

首先，一旦下一级保护有多条线路出线时，操作人员应采用统一方式将这条线路无配合线路的保护值和下一级相关保护定值代入上述约束条件进行综合检验，继而得出线路之间的关联效果。

其次，将最优目标函数所有解统一编排成相应的“染色体”形式，保护配合方和出线配合关系共同构成不同线路的染色体结构，具体的电网架构运行示意图如下图所示［6］，距离Ⅱ段保护染色体编码分析主要分成如下几个部分。

4.1 保护配合方式

操作人员应用三位二进制数对保护配合方式进行编码，其中，与下一级距离保护I段配合用100表示；与下一级距离保护Ⅱ段配合用010表示；与灵敏度配合整定用001表示。总结上述定值优化方法，例如，可以将电网架构中设定n个保护，故此，整个电网的染色体编码基因位数计算公式为：

式中，第n个保护出线数量由Sn代表，又可以解释为保护n的出线配合关系二进制位数，通过此种方式就可以得知保护1到保护n的完整染色体基因数量及序列情况，结合先进的计算机技术对不同保护间的配合关系进行综合评估与分析，一旦发现序列内部出现环形结构，可通过重新生成新的染色体基因序列再次进行保护整定计算，反之，可以按照整定基本原则对保护进行综合整定处理。电网架构运行示意图如下图所示。

图 电网架构运行示意图

4.2 出现配合关系分析

第一，应结合本级染色体的出线数目采用适量的二进制位数进行配合关系描述，进行配合关系描述，通过查阅资料显示，0和1两种关系二进制数的常见表现形式，此处使用1代表相应的配合关系，按照保护序号从小到大的顺序进行定义。

5 结束语

总而言之，云计算模式下的继电保护定值优化算法是涉及多个方面的，研究人员应积极学习并引进国内外先进的继电保护定值优化方法，并全面结合云计算服务，建立完整的数学模型，通过大量算例分析来确保继电保护定值优化数据的真实性和完整性。