戴 偉，連曉華，耿立松

（1.威海供電公司，山東 威海 264200；2.濟南容弗科技有限公司，山東 濟南 250001）

0 引言

繼電保護整定計算是一項十分復(fù)雜的技術(shù)工作，它要求按照一定的整定計算原則，以電網(wǎng)的短路電流計算為基礎(chǔ)，進行大量反復(fù)的定值計算、比較和篩選，工作量很大，因此越來越多的供電公司開始采用各種繼電保護整定計算系統(tǒng)來輔助整定計算工作。由于電網(wǎng)的快速發(fā)展，各地市供電公司也開始調(diào)度和管理大量的220 kV系統(tǒng)的電網(wǎng)，互聯(lián)的電網(wǎng)彼此之間的聯(lián)系越來越緊密、越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的服務(wù)器/客戶端模式（包括更早的單機模式）的繼電保護整定計算系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)這種發(fā)展現(xiàn)狀。

1 傳統(tǒng)的系統(tǒng)模式

早期的單機模式是指整定計算功能和數(shù)據(jù)存儲功能在同一臺微機上實現(xiàn)。這種模式不能支持多人即時的協(xié)作和共享，顯然不能滿足互聯(lián)大電網(wǎng)中多項計算任務(wù)同時進行的要求。

傳統(tǒng)的服務(wù)器/客戶端模式是指在本地網(wǎng)絡(luò)中配置一臺或幾臺數(shù)據(jù)服務(wù)器，向網(wǎng)絡(luò)中的其他整定計算工作站提供集中的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。與單機模式相比，該模式支持同一個調(diào)度機構(gòu)內(nèi)的多名整定計算人員同時維護數(shù)據(jù)并共享數(shù)據(jù)，同時基于相同的電網(wǎng)參數(shù)執(zhí)行計算任務(wù)。

圖1 單機模式的整定計算系統(tǒng)

圖2 服務(wù)器/客戶機模式的整定計算系統(tǒng)

這兩種模式共同點在于對于互聯(lián)的、其他調(diào)度機構(gòu)的電網(wǎng)參數(shù)要么采用等值的方式，要么需要導(dǎo)入其全部或部分數(shù)據(jù)。這會產(chǎn)生如下問題：

1）由于互聯(lián)電網(wǎng)之間的聯(lián)系越來越多，采用電網(wǎng)等值的方式已經(jīng)不可取了。這是因為由于代表外網(wǎng)的等值網(wǎng)絡(luò)如果超過3個端口，已經(jīng)很難找出對于本網(wǎng)各局部同時滿足的、可以確定的最大方式和最小方式。

2）由于很難評估緊密互聯(lián)的其他電網(wǎng)的變化對本網(wǎng)的影響，外網(wǎng)的數(shù)據(jù)需要經(jīng)常被導(dǎo)入、合并。而這一過程通常是比較繁瑣、容易出錯的，甚至不能實現(xiàn)的。例如：若導(dǎo)入的電網(wǎng)中存在相同的廠站名稱的情況 （事實證明這種情況是比較常見的）將導(dǎo)致導(dǎo)入失敗,由于對導(dǎo)入的電網(wǎng)不熟悉，從而導(dǎo)致分不清導(dǎo)入范圍,若合并成的數(shù)據(jù)太大，將導(dǎo)致計算處理過程變慢，工作效率降低等。

3）目前最常見的數(shù)據(jù)維護方法是所有電網(wǎng)參數(shù)都是由本單位的人員輸入，這樣做的問題是：首先，由于電網(wǎng)的快速發(fā)展，及時更新其他電網(wǎng)的數(shù)據(jù)變得困難；其次，重復(fù)輸入同一數(shù)據(jù)會導(dǎo)致效率低和錯誤的產(chǎn)生。

因此，傳統(tǒng)的整定計算系統(tǒng)模式在緊密互聯(lián)電網(wǎng)的應(yīng)用上顯現(xiàn)了諸多問題。為了解決這些問題，一種新的整定計算系統(tǒng)模式被提出并進行了實踐。

2 技術(shù)路線

新的整定計算系統(tǒng)模式基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，讓所有調(diào)度機構(gòu)同時參與聯(lián)網(wǎng)計算。這種模式存在兩個技術(shù)路線，即集中式服務(wù)系統(tǒng)和分布式服務(wù)系統(tǒng)。

圖3 集中式服務(wù)系統(tǒng)

集中式服務(wù)系統(tǒng)就是在數(shù)據(jù)網(wǎng)上設(shè)置一臺或幾臺中央服務(wù)器，為所有聯(lián)網(wǎng)的調(diào)度機構(gòu)提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。集中式服務(wù)系統(tǒng)存在下述明顯的弊端：

圖4 分布式整定計算系統(tǒng)

1）即使中央服務(wù)器的服務(wù)能力能夠滿足省內(nèi)各地調(diào)的訪問需求，當(dāng)系統(tǒng)擴展到大量縣調(diào)或網(wǎng)省調(diào)時就肯定不可行了。

2）網(wǎng)絡(luò)帶寬問題。目前調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的帶寬普遍很低，多個調(diào)度機構(gòu)的用戶同時訪問會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞。

2.2 經(jīng)兩種醫(yī)學(xué)影像處理軟件對病灶SUV與TLG的比較 結(jié)果(表1)顯示：基于腫瘤分割，經(jīng)“uWS-MI”和“GE AWS46”計算的患者初次PET/CT顯像時1個典型病灶的體積(t=1.296，P=0.205)、SUV最大值(t=1.140，P=0.264)、SUV平均值(t=-0.483，P=0.633)、SUV閾值(t=-0.662，P=0.513)、TLG(t=1.200，P=0.240)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義；“uWS-MI”組SUV峰值顯著大于“GE AWS46”組(t=3.36，P=0.002)。

3）可靠性問題。若中央服務(wù)器或核心區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致全網(wǎng)的計算工作陷入癱瘓。

鑒于集中式服務(wù)系統(tǒng)存在的弊端，分布式服務(wù)系統(tǒng)成為了一個必然選擇。

分布式整定計算系統(tǒng)就是支持互聯(lián)的調(diào)度機構(gòu)完全按照自身管轄的范圍維護數(shù)據(jù)，在不必考慮數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、合并等問題的情況下，就能完成聯(lián)網(wǎng)的計算分析，以及生成配合定值和裝置定值的系統(tǒng)。分布式整定計算系統(tǒng)除避免了其他模式所頭痛的問題外，還有以下優(yōu)勢：

1）電力系統(tǒng)中，各單位的管轄范圍界定非常清晰。每個單位一般僅僅能夠保證自身管轄范圍內(nèi)的設(shè)備參數(shù)、連接狀況的準確性，以及對這些數(shù)據(jù)進行更新的及時性。分布式整定計算系統(tǒng)順應(yīng)了這種管理現(xiàn)狀，也為這種管理模式提供了更好的支持。

2）支持聯(lián)網(wǎng)的調(diào)度機構(gòu)相互提供等值計算服務(wù)。為了提高計算效率，將外電網(wǎng)進行部分等值還是必要的。分布式整定計算系統(tǒng)允許任何一個調(diào)度機構(gòu)劃定自己的電網(wǎng)計算范圍，該計算范圍可以自由設(shè)定，可以與該單位的管轄范圍不相同（調(diào)度管轄范圍從管理角度上劃定的，其結(jié)果往往對計算工作不合理性或不方便），例如，可深入到對方電網(wǎng)的內(nèi)部以便在整定計算過程中調(diào)整外電網(wǎng)廠站的運行方式、輪停屬于外電網(wǎng)的線路等。等值計算服務(wù)可按照設(shè)置自動進行。

3）每個調(diào)度機構(gòu)的整定計算系統(tǒng)既可以聯(lián)網(wǎng)計算，又可以在數(shù)據(jù)網(wǎng)斷開的情況下進行數(shù)據(jù)維護和計算。

4）在數(shù)據(jù)網(wǎng)斷開的情況下或?qū)嵤┞?lián)網(wǎng)之前，每個調(diào)度機構(gòu)編輯的數(shù)據(jù)不會與其他調(diào)度機構(gòu)的數(shù)據(jù)沖突。也就是說，當(dāng)該調(diào)度機構(gòu)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接時，將不用作任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或調(diào)整，就能開始聯(lián)網(wǎng)后的計算工作。

3 實現(xiàn)方法

作為一個全新的技術(shù)體系，分布式整定計算系統(tǒng)在研究和建設(shè)過程中主要面臨以下技術(shù)難題：

1）如何保證每一個參與的系統(tǒng)能夠獨立發(fā)展。例如，當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障而與其他系統(tǒng)斷開后，系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)運行，輸入的數(shù)據(jù)不會與其他系統(tǒng)沖突。又如，整個系統(tǒng)是分期實施的，每個系統(tǒng)在接入前可能已經(jīng)輸入了大量數(shù)據(jù)，因此應(yīng)該保證不同階段接入的系統(tǒng)順利接入并成為全網(wǎng)數(shù)據(jù)的一部分。

2）如何保證計算數(shù)據(jù)的一致性。例如，系統(tǒng)A需要獲取系統(tǒng)B在今年7月份的電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)進行定值校驗，但是系統(tǒng)B由于工作比較積極，已經(jīng)把8月的電網(wǎng)參數(shù)準備好了。顯然，系統(tǒng)A如果獲取了系統(tǒng)B的最新參數(shù)反而導(dǎo)致計算不正確。

3）如何維護邊界設(shè)備的參數(shù)。邊界設(shè)備的界定雖然是清晰的，但是如果在維護上協(xié)調(diào)不好，各方系統(tǒng)會陷入彼此等待的困境，反而降低了工作效率。

針對上述問題，分布式整定計算系統(tǒng)相應(yīng)提出了以下解決方案：

1）引入IEC61970的URI標識體系，對每一個電網(wǎng)設(shè)備對象進行全局唯一性標識。由于URI由域名和內(nèi)部編號組成，例如：“sgcc.nc.sd.500.jn#_B0CB8425CB9548E7”,當(dāng)域名被提前分配好以后，任一個系統(tǒng)創(chuàng)建的對象在標識上不會存在沖突。因此，系統(tǒng)在離線狀態(tài)可以自由創(chuàng)建、刪除屬于自己維護數(shù)據(jù)，而不必擔(dān)心合并數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突的問題，從而保證了每一個參與的系統(tǒng)能夠獨立發(fā)展。

2）引入數(shù)據(jù)的版本化管理，不同的版本代表不同時期的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫里包含過去、現(xiàn)在甚至將來的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對同一個時期的數(shù)據(jù)進行一致性描述。因此，用戶可以根據(jù)需要從其他調(diào)度機構(gòu)獲得任何時期具有一致性保障的數(shù)據(jù)。

3）需要制定一些管理措施對邊界設(shè)備參數(shù)的維護進行規(guī)范和協(xié)調(diào)，例如：邊界設(shè)備主要是線路而線路又連接著兩個屬于不同調(diào)度機構(gòu)的變電站，我們就規(guī)定邊界線路誰管轄誰負責(zé)創(chuàng)建，邊界線路相連的變電站誰管轄誰負責(zé)將線路連接到相應(yīng)的變電站。

4 系統(tǒng)簡介

基于上述技術(shù)路線和實現(xiàn)方法，成功的開發(fā)出了分布式繼電保護整定計算系統(tǒng)，該系統(tǒng)建立了一個面向整個電網(wǎng)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分布式維護系統(tǒng)，一個本地系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 本地系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

RDF數(shù)據(jù)庫是一個以域（數(shù)據(jù)塊）為單位進行存儲和訪問，并支持版本管理、用戶權(quán)限管理的專用數(shù)據(jù)庫，部署在本地服務(wù)器端；RDF數(shù)據(jù)庫除了連接工作站局域網(wǎng)之外，還與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的保護專用VPN相連，以實現(xiàn)地調(diào)系統(tǒng)與省調(diào)系統(tǒng)之間的互聯(lián)；整定計算系統(tǒng)位于安全區(qū)II，通過單向隔離裝置向安全區(qū)III的調(diào)度MIS網(wǎng)發(fā)布數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)訪問引擎用于向本地應(yīng)用提供數(shù)據(jù)一致性保證的數(shù)據(jù)環(huán)境，支持版本的提交、斷面的生成、訪問權(quán)限控制以及訪問沖突的協(xié)調(diào)。數(shù)據(jù)訪問引擎與本地應(yīng)用一起部署在客戶端。

應(yīng)用功能是指電網(wǎng)一次建模工具、電網(wǎng)故障計算工具、整定配合計算軟件等應(yīng)用程序，在數(shù)據(jù)環(huán)境的相關(guān)操作上具有統(tǒng)一的界面和過程。

系統(tǒng)管理功能支持用戶權(quán)限設(shè)置，域數(shù)據(jù)及其版本的瀏覽、查詢和刪除，交換域的過濾條件設(shè)置、確認以及異地系統(tǒng)的通信設(shè)置。

異地數(shù)據(jù)交換服務(wù)按照系統(tǒng)管理的相關(guān)設(shè)置以自動或人工方式與其他調(diào)度系統(tǒng)交換域數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)還具備CIS服務(wù)器，可以向其他應(yīng)用系統(tǒng)提供符合IEC61970-CIS標準接口的模型數(shù)據(jù)訪問，并可以指定任何數(shù)據(jù)環(huán)境。

5 結(jié)語

分布式整定計算系統(tǒng)已在山東電網(wǎng)全面推廣應(yīng)用，有效地提高了整定計算工作的效率，減輕了繼電保護計算及管理的工作量，是促進互聯(lián)電網(wǎng)生產(chǎn)和管理現(xiàn)代化的有效手段。隨著互聯(lián)電網(wǎng)的聯(lián)系越來越緊密，分布式整定計算系統(tǒng)將逐步成為廣大繼電保護技術(shù)人員的必備工具。

由于電網(wǎng)是一個整體，整定計算軟件要獲得正確的計算結(jié)果就必須得到全網(wǎng)的數(shù)據(jù)（或能夠代表全網(wǎng)的數(shù)據(jù)）。基于一種專門為電網(wǎng)計算而設(shè)計的數(shù)據(jù)交換和共享機制，分布式整定計算系統(tǒng)使任何一個參與的調(diào)度機構(gòu)能快速方便地獲取具有一致性保障的全網(wǎng)數(shù)據(jù)，基于彼此的定值計算結(jié)果進行配合協(xié)作，同時順應(yīng)目前的電網(wǎng)分級分區(qū)管理模式。隨著互聯(lián)的電網(wǎng)的聯(lián)系越來越緊密，這種分布式整定計算系統(tǒng)將體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢，發(fā)揮出更大的效益。

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