王利賽 楊小萍 楊明玉 孫 杰 周慶捷

（1.華北電力大學，河北 保定 071003；2.貴州省遵義供電局，貴州 遵義 563000；3.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，北京 100085）

繼電保護裝置是電力系統(tǒng)最重要的二次設(shè)備之一，它對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起著極為重要的作用[1]。因此，繼電保護整定計算是電力工程設(shè)計和電力生產(chǎn)運行中一項必不可少的工作。如果說配置齊全、質(zhì)量優(yōu)良、技術(shù)性能先進的繼電保護裝置及相應(yīng)完善合理的二次回路，是實現(xiàn)電網(wǎng)可靠保護的物質(zhì)基礎(chǔ)，那么合理、正確的繼電保護定值無疑就是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、減輕故障設(shè)備損壞程度的必要條件。繼電保護定值與對繼電保護的可靠性、選擇性、靈敏性、速動性的要求密切相關(guān)[2]。那么在當前繼電保護裝置不斷發(fā)展，從機電型、整流型到集成電路型再到如今的微機型的情況下，相應(yīng)的繼電保護整定技術(shù)也在逐步的發(fā)展，以適應(yīng)越來越先進的繼電保護系統(tǒng)和越來越高的安全需要。

1 繼電保護整定發(fā)展歷史

整定計算是繼電保護工作的重要組成部分，在國內(nèi)外的電力系統(tǒng)中，整定計算工具經(jīng)歷了從低級到高級的發(fā)展階段。

20世紀70年代以前繼電保護整定工作主要是人工整定，整定計算主要依靠手工并輔助專用的計算工具完成這一階段的整定計算方法存在計算量大、計算時間長的不足，無法滿足生產(chǎn)的需要。如東北電力系統(tǒng)每進行一次全網(wǎng)零序保護的整定計算，占用的時間長達2～3個月[3]。

80年代后，出現(xiàn)了專門進行繼電保護整定計算的整定軟件，但由于計算機技術(shù)等條件的限制，基于 DOS操作系統(tǒng)的整定軟件不僅缺乏友好的人機交互界面操作使用不方便，而且計算規(guī)模受限制，在復(fù)雜問題的處理方面還有許多不足。

90年代后，計算機技術(shù)蓬勃發(fā)展，硬件價格迅速下降，軟件開發(fā)技術(shù)不斷進步，同時電網(wǎng)的發(fā)展也很迅速，由此出現(xiàn)了很多科研院所積極開發(fā)整定計算軟件，各電網(wǎng)用戶也積極支持整定軟件開發(fā)的局面。尤其是近幾年，整定計算軟件的發(fā)展很快，出現(xiàn)了百花齊放的局面[4]。

繼電保護整定計算是一項復(fù)雜細致工作，針對不同電網(wǎng)有不同的要求，尤其對于雙回線路并列、環(huán)網(wǎng)運行的電網(wǎng)。繼電保護整定計算軟件的使用，解決了傳統(tǒng)的手工整定方法無法解決的問題，大大提高了工作效率，保證了計算的準確性和可靠性。

2 繼電保護整定現(xiàn)狀

現(xiàn)在，計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展日新月異，一些新思想、新方法和新技術(shù)正逐步影響著電力系統(tǒng)分析軟件的發(fā)展。

文獻[5,6]以華中科技大學開發(fā)的RelayCAC繼電保護整定軟件為例，介紹了面向?qū)ο蟮睦^電保護軟件開發(fā)方法。

文獻[7,8,9]介紹了基于組件的繼電保護整定軟件的開發(fā)過程。解決了軟件對應(yīng)用環(huán)境的適用性差，很難在不同應(yīng)用環(huán)境間共享代碼，嚴重依賴于編程語言，用不同語言開發(fā)的應(yīng)用難以交互，封閉的應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu)缺乏必要的靈活性，各部分頻繁傳遞數(shù)據(jù)，關(guān)系錯綜復(fù)雜，沒有形成足夠獨立的功能模塊的缺點。

文獻[10]介紹了一種自適應(yīng)繼電保護系統(tǒng)，能根據(jù)電力系統(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)的變化而實時改變保護性能、特性或定值的保護。使保護盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化，并根據(jù)變化信息在線修改定值，以達到保護性能的最佳化。

文獻[11]提出了一套以數(shù)據(jù)庫為核心、基于客戶/服務(wù)器模式的配電網(wǎng)繼電保護整定計算系統(tǒng)。該系統(tǒng)在確保計算準確的前提下，更注重于如何將日常的工作管理起來，如計算結(jié)果的管理方便了用戶的比較，設(shè)備參數(shù)的管理利于用戶的核對，定值單生成和定值單的流轉(zhuǎn)完全符合實際工作模式等等。

文獻[12]數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，不僅為整定計算軟件提供了有效的數(shù)據(jù)管理手段，而且使以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，實現(xiàn)整定計算軟件與定值管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等的集成成為可能。

文獻[13]是定值校核軟件，在線校核是獲取電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，對當前系統(tǒng)中各種繼電保護定值的性能進行在線校驗的過程。

文獻[14,15]等提出了繼電保護整定全過程管理的概念，介紹了一種采用客戶服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)和圖形化界面，實現(xiàn)繼電保護整定專業(yè)全過程管理的軟件系統(tǒng)。

文獻[16]提出了在線整定系統(tǒng)的概念。定值的在線整定避免了運行方式的不確定性對保護靈敏度的不利影響，可以明顯提高保護的靈敏度。保護定值的在線整定全面實現(xiàn)整定計算的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，原理上能保證保護性能的應(yīng)用最優(yōu)化。

3 繼電保護整定系統(tǒng)介紹

3.1 面向?qū)ο蟮睦^電保護系統(tǒng)

文獻[1]介紹了華中科技大學開發(fā)的 RelayCAC繼電保護整定計算軟件。該軟件為保證軟件的可移植性采用了規(guī)范的面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法。

圖形化繼電保護整定計算系統(tǒng)RelayCAC由五大功能模塊構(gòu)成：① 整定分析計算模塊；② 故障計算模塊；③ 網(wǎng)絡(luò)拓撲管理與圖形顯示模塊；④數(shù)據(jù)庫管理模塊；⑤附加功能模塊。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖l所示。

圖1 RelavCAC總體結(jié)構(gòu)圖

RelavCAC的各個模塊分別完成特定的功能，模塊之間的信息交換通過系統(tǒng)管理框架進行，模塊與數(shù)據(jù)庫間的信息交換通過數(shù)據(jù)庫管理模塊進行。這種模塊式的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以簡化模塊間數(shù)據(jù)的交換模式，保證模塊的安全性、封裝性和可移植性。

3.2 于分布式對象的繼電保護整定系統(tǒng)

傳統(tǒng)的繼電保護測試軟件大多采用面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)，雖然已能基本實現(xiàn)，但軟件在穩(wěn)定性和可擴展性上還存在許多不足：軟件對于編程語言的依賴性很強；應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)缺乏靈活性：軟件對應(yīng)用環(huán)境的適用性差，代碼在不同應(yīng)用環(huán)境間很難共享。

1）基于DCOM的繼電保護整定系統(tǒng)

文獻[18]介紹了一種基于分布式對象技術(shù)的繼電保護整定計算系統(tǒng)，利用分布式計算技術(shù)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)將整定計算軟件的各個功能模塊分布在網(wǎng)絡(luò)上，利用 DCOM 協(xié)議交換信息。此種方法實現(xiàn)了軟件的即插即用和分布式計算功能，為電力系統(tǒng)整定計算的在線整定提供了一種實時性的解決方案。

基于分布式對象技術(shù)開發(fā)的應(yīng)用程序具有良好的可擴充性、高可用性、易管理性和可移植性。分布式對象技術(shù)可以在不同機器的對象間相互傳遞消息，共同協(xié)作實現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)總體設(shè)計圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體設(shè)計圖

2）基于COM技術(shù)的繼電保護系統(tǒng)[7]

組件是一些獨立的代碼封裝體，在分布環(huán)境下可以是一個簡單的對象，但大多數(shù)情況下是一組相關(guān)的對象復(fù)合體，提供一定的服務(wù)。

圖3為基于COM的繼電保護整定計算軟件的基本構(gòu)架。各種電力系統(tǒng)的分析計算最終都落實到某一具體物理系統(tǒng)，需要建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的鏡像模型，在本文的實現(xiàn)中，借助于系統(tǒng)類CPower.System封裝系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

圖3 繼電保護整定計算應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)

本文將潮流計算和故障計算的處理分別封裝為類。在接口設(shè)計上，組件COM設(shè)計的目標是將電力系統(tǒng)的基本計算進行封裝，為繼電保護整定計算及其它高層應(yīng)用提供“插件”，所以網(wǎng)絡(luò)的拓撲分析、潮流計算、故障計算及分支系數(shù)和故障電流最值等計算因其各自的適用性不盡相同，雖然將其實現(xiàn)于同一組件，但分別對應(yīng)不同的接口。

組件在不同開發(fā)環(huán)境和電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件中能夠“即插即用”，避免了重復(fù)開發(fā)，實現(xiàn)了軟件資源的共享。此外，由于實現(xiàn)了軟件組件，軟件有很好的可維護性和可擴充性。

3.3 繼電保護整定的自動化程度[19]

軟件設(shè)計采用半自動整定方式，將全自動整定方式和人工整定方式相結(jié)合.既可實現(xiàn)整定過程自動化。也可由用戶結(jié)合本地區(qū)電網(wǎng)特點和實際經(jīng)驗在計算機的引導(dǎo)下一步步地得到所需的保護定值，不僅為整定人員確定配合策略提供方便、直觀的信息。還可完整詳細地記錄計算的過程、結(jié)果等。在該整定方式下。整定人員可指定進行自動整定和人工整定的保護類型和保護段。進行自動整定時。整定人員可在整定前預(yù)定義整定參數(shù)和整定原則，系統(tǒng)將其設(shè)置為默認值，自動進行配合直至得出指定范圍內(nèi)所有保護的定值；進行人工整定時.用戶可從“一般整定原則”中依次選擇或自定義適用于待整定保護的整定原則，人工設(shè)置故障類型和故障點，程序?qū)⒏鶕?jù)該整定原則和故障設(shè)置計算相應(yīng)的保護定值。最終形成計算結(jié)果列表整定人員可從計算結(jié)果列表中選擇或修正某一保護定值作為保護最終定值，程序根據(jù)該最終定值進行靈敏度校驗。

3.4 保護整定系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

目前繼保整定系統(tǒng)的發(fā)展方向主要是在線整定和繼保整定一體化以及電力云上的繼電保護整定系統(tǒng)。

繼電保護在線整定的內(nèi)容是：隨著系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接線的變化即運行方式的變化，對所關(guān)心的保護定值進行在線整定計算，特別是實現(xiàn)所關(guān)心區(qū)域保護定值的配合調(diào)整，且針對修正后的保護定值僅進行當前運行方式下的靈敏度校驗，同時將計算好的定值反饋給現(xiàn)場保護。定值的在線整定避免了運行方式的不確定性對保護靈敏度的不利影響，可以明顯提高保護的靈敏度。但是目前主要難點是計算機難以滿足它對計算速度的要求[21]。

而一體化整定計算系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各區(qū)域之間數(shù)據(jù)共享，使計算更準確，有效解決了信息孤島問題，避免了重復(fù)計算，對全網(wǎng)整定計算工作的正確性和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要作用，但隨之也面臨一些問題，如：一體化計算速度變慢，效率降低；對計算機的配置、網(wǎng)速要求較高等[22]。

云計算基礎(chǔ)上的繼電保護整定系統(tǒng)，則是充分利用云計算的優(yōu)勢，把繼保整定軟件做成服務(wù)，部署在電力云平臺之上，實現(xiàn)B/S模式，并行計算，方便快捷，功能強大。

4 結(jié)論

整定計算軟件發(fā)展到今天，還存在一些不足，這些不足的改進，需要繼電保護和軟件開發(fā)兩個領(lǐng)域一起努力。繼電保護專業(yè)方面，需要對整定計算工作做進一步的深入理解，獲取完整的需求并要抽象出本質(zhì)，不能僅看人工計算的表面過程而作一個軟件翻譯，這樣開發(fā)出來的軟件往往不具應(yīng)用價值。在軟件開發(fā)方面，必須依靠軟件開發(fā)相關(guān)理論、技術(shù)和方法科學地分析、設(shè)計、實現(xiàn)軟件，并加強軟件開發(fā)管理，提高軟件的質(zhì)量。只有這兩方面共同努力，才有可能實現(xiàn)計算正確、實用性和可用性強、通用性和可發(fā)展性好的整定計算軟件。

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