林 鋼

（佛山供電局,佛山,528200）

基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力系統(tǒng)廣域保護(hù)通信系統(tǒng)探究

林 鋼

（佛山供電局,佛山,528200）

近年來，我國電力工業(yè)正在改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式向新的發(fā)展階段轉(zhuǎn)變，智能電網(wǎng)、綠色發(fā)電等新戰(zhàn)略的實施使得我國電網(wǎng)的可靠性也因此得到了極大的提高，相應(yīng)地其運行控制難度也在增大。本文針對廣域保護(hù)的通信系統(tǒng)提出了一種改進(jìn)的最壞情況下一種新的加權(quán)公平隊列調(diào)度算法，從而使得電力系統(tǒng)信息綜合傳輸中各種信息業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量得到保證。

電力系統(tǒng)；廣域保護(hù)；調(diào)度算法

1 課題研究背景及意義

隨著“十二五”期間我國經(jīng)濟(jì)社會迅猛發(fā)展，電力需求持續(xù)增長，我國的電力工業(yè)在保證電力生產(chǎn)的同時積極開發(fā)綠色能源、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，但是我國電網(wǎng)在供電可靠性提高的同時，其運行控制難度也在增大，電網(wǎng)自身存在著一系列較為復(fù)雜的問題，尤其是一旦電網(wǎng)發(fā)生事故，容易其運行方式獨特容易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，將事故擴(kuò)大化。在經(jīng)歷了多次大面積停電事故后，國內(nèi)外電力工作者認(rèn)識到除了優(yōu)化的電力系統(tǒng)規(guī)劃布局和先進(jìn)的電力系統(tǒng)運行管理能夠保證互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，需要加強(qiáng)繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定控制方面的研究工作，先進(jìn)的通信技術(shù)與信息技術(shù)的使用將有望提高電網(wǎng)的可靠性、安全性和運行效率，同時也為新型電力系統(tǒng)檢測與控制應(yīng)用提供了發(fā)展空間。因此本文在電力系統(tǒng)信息綜合傳輸中引入WF2Q+算法，并對其進(jìn)行了改進(jìn)，下文將對此進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 廣域保護(hù)定義及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 廣域保護(hù)的定義及特點分析

就整體而言，廣域保護(hù)（ wide-area protection）可以歸結(jié)為兩類：一類是將傳統(tǒng)繼電保護(hù)和廣域測量技術(shù)結(jié)合構(gòu)成廣域繼電保護(hù)；另一類側(cè)重點主要集中于廣域信息的利用和安全功能的實現(xiàn)，具體操作是利用廣域信息實現(xiàn)安全監(jiān)視、控制、穩(wěn)定邊界計算及狀態(tài)估計等功能。雖然兩類廣域保護(hù)系統(tǒng)具體實現(xiàn)的功能有所不同，但是二者皆從保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的角度采取了較為合適的控制措施，以此來減弱或是消除擾動對系統(tǒng)帶來的各類影響。

從上述分析中我們可以看出，廣域保護(hù)應(yīng)具備某些特點：（1）為了避免發(fā)生連鎖跳閘、系統(tǒng)崩潰等惡性事故，廣域保護(hù)需同時具備繼電保護(hù)功能和安全自動控制功能，并且能夠采取適當(dāng)?shù)睦^電保護(hù)和控制措施解決系統(tǒng)運行過程中的不同情況；（2）將以往相互獨立的、分散的繼電保護(hù)和安全自動控制功能結(jié)合在一個系統(tǒng)中實現(xiàn)，以此來加強(qiáng)對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)預(yù)測和預(yù)防控制功能。

2.2 廣域保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，關(guān)于廣域保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)國內(nèi)外學(xué)者提出不同的見解，一般可分為分布式、區(qū)域集中式、變電站集中式以及分層集中式。其中，在分布式廣域保護(hù)系統(tǒng)中，廣域保護(hù)算法內(nèi)置于每個裝設(shè)在變電站內(nèi)部的保護(hù)IED中，分布式廣域保護(hù)系統(tǒng)的廣域保護(hù)決策過程完全在單個保護(hù)IED中實現(xiàn)，這使得分布式廣域保護(hù)系統(tǒng)更適合于實現(xiàn)廣域繼電保護(hù)的功能。區(qū)域集中式廣域保護(hù)系統(tǒng)其功能包括實現(xiàn)傳統(tǒng)繼電保護(hù)功能、通過通信網(wǎng)絡(luò)與廣域保護(hù)決策中心設(shè)備交換信息等。變電站集中式廣域保護(hù)系統(tǒng)主要是利用收集到的信息實現(xiàn)廣域保護(hù)算法，并向站內(nèi)相應(yīng)保護(hù)IED發(fā)送控制命令。分層集中式廣域保護(hù)系統(tǒng)繼承了區(qū)域集中式和變電站集中式廣域保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)勢，而且它既能夠與上層區(qū)域廣域保護(hù)決策中心設(shè)備通信又能夠與下層的保護(hù)IED通信，同時也能夠彌補(bǔ)變電站集中式存在的一些缺點。

3 電力系統(tǒng)信息綜合傳輸調(diào)度算法研究

電力系統(tǒng)不同于其他系統(tǒng)的運行，尤其是順利實現(xiàn)其信息的綜合傳輸不可避免的需要解決諸多潛在的問題，尤其是信息業(yè)務(wù)綜合傳輸過程中存在的流量沖突問題，特別需要注意的是不僅要保證實時信息業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，同時也不可忽視各類非實時信息服務(wù)質(zhì)量，這些非實時信息也是傳輸過程中重要的組成部分。實現(xiàn)基于IP技術(shù)和區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型的網(wǎng)絡(luò)通信模式的關(guān)鍵技術(shù)包括隊列調(diào)度法，本文主要對隊列調(diào)度算法進(jìn)行深入討論，使其在對電力系統(tǒng)信息綜合傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量問題進(jìn)行解決時能夠發(fā)揮出關(guān)鍵的作用。WFQ算法的分組服務(wù)順序與GPS模型有很大差異，它是一種模擬通用處理器共享模型的隊列調(diào)度算法，本文在WFQ算法基礎(chǔ)上提出了WF2Q+算法，并通過將“虛擬延遲時間”引入WF2Q+算法解決了該算法在推遲傳輸高優(yōu)先級信息業(yè)務(wù)分組的問題，進(jìn)而提出了提出以基于IWF2Q+算法的區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型實現(xiàn)電力系統(tǒng)信息綜合傳輸。

3.1 WF2Q+算法介紹及分析

WF2Q+算法是一種基于GPS模型的分組公平隊列調(diào)度算法，定義了與GPS模型最接近的虛擬時間，即。公式中不同的符號、公式所代表的意義是不同的，即t時刻對應(yīng)的系統(tǒng)虛擬時間——經(jīng)過更新時間間隔后的系統(tǒng)虛擬時間用——會話i頭部分組的序號，所在會話i的虛擬開始時間，i=1,2,···，n表示會話序號。在WF2Q+算法中引入“虛擬延遲時間”后，公式可表示為：

圖1 WF2Q+算法服務(wù)順序分析

WF2Q+算法調(diào)度隊列過程分為三種狀態(tài)，分別為初始狀態(tài)、忙狀態(tài)以及空閑狀態(tài)，圖1所示即WF2Q+算法服務(wù)順序分析。

在實際的信息業(yè)務(wù)傳輸過程中，分組到達(dá)各列隊頭部的時間會存在一定的微小差別，致使根據(jù)GPS模型得到的各隊列頭部分組服務(wù)順序也出現(xiàn)微小差別，從而也會影響到WF2Q+調(diào)度器先為高優(yōu)先級隊列內(nèi)分組提供服務(wù)，還是為低優(yōu)先級隊列提供服務(wù)。觀察圖1我們可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)先級較高的信息業(yè)務(wù)在電力系統(tǒng)分組傳輸過程中不能保證其實時性，關(guān)鍵在于優(yōu)先級較高的信息業(yè)務(wù)分組到達(dá)時間較晚，從而使得優(yōu)先級較低的信息業(yè)務(wù)“捷足先登”，到達(dá)時間稍快，影響了電力系統(tǒng)高優(yōu)先級信息業(yè)務(wù)分組傳輸?shù)膶崟r性。

3.2 改進(jìn)的WF2Q+算法——IWF2Q

基于上述問題，為了保證電力系統(tǒng)信息綜合傳輸中高優(yōu)先級信息業(yè)務(wù)分組的實時性，本文采用了PQ調(diào)度算法，并用PQ算法原理對WF2Q+算法進(jìn)行改進(jìn)，按照這種方式獲得的算法非常有可能將高優(yōu)先級分組推遲傳輸問題輕而易舉地解決，同時也能保持良好的公平性。具體操作如下：將優(yōu)先級最高隊列中傳輸

圖2 三種算法情況下信息業(yè)務(wù)分組延時對比

IWF2Q+算法與WF2Q+算法都采用SEFF分組選擇策略，此時，不得大于系統(tǒng)虛擬時間，并且越小的隊列中的分組越優(yōu)先獲得調(diào)度器的服務(wù)，通過這種方式高優(yōu)先級隊列中所轉(zhuǎn)發(fā)分組的延時得到了降低。

4 仿真分析

本文首先仿真對比電網(wǎng)發(fā)生故障時WFQ算法、WF2Q+算法和IWF2Q+算法情況下IEEE14母線系統(tǒng)各變電站與控制中心站之間變換信息時4類信息業(yè)務(wù)分組的平均延時，結(jié)果如圖2所示。

觀察圖2可知，WF2Q+算法與WFQ算法在保證信息業(yè)務(wù)實時性方面的性能不相上下，而WF2Q+算法推遲傳輸高優(yōu)先級信息業(yè)務(wù)分組的問題可通過IWF2Q+算法解決，并且能夠減小高優(yōu)先級信息業(yè)務(wù)分組延時，同時也會導(dǎo)致低優(yōu)先級信息業(yè)務(wù)分組延時變大。

其次仿真對比電網(wǎng)發(fā)生故障時PQ算法、WF2Q+算法和IWF2Q+算法情況下得到的系統(tǒng)中各變電站與控制中心站之間傳輸四類信息業(yè)務(wù)的平均服務(wù)速率，如圖3所示。

該結(jié)果說明基于WF2Q+算法和IWF2Q+算法的區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型能夠較好地協(xié)調(diào)不同優(yōu)先級信息業(yè)務(wù)獲得的服務(wù)效率，達(dá)到了各類信息業(yè)務(wù)傳輸?shù)墓叫?，且性能相?dāng)。

5 課題研究結(jié)論及展望

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展使得電力系統(tǒng)的電網(wǎng)復(fù)雜程度增加,未來的電網(wǎng)不可避免的將是信息網(wǎng)與電力網(wǎng)構(gòu)成的相互依存的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)，廣域保護(hù)能夠避免傳統(tǒng)繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定控制存在問題，而先進(jìn)的通信技術(shù)與信息技術(shù)的使用將有望提高電網(wǎng)的可靠性、安全性以及運行效率。基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的通信技術(shù)，將為實現(xiàn)廣域保護(hù)系統(tǒng)通信提供新的技術(shù)手段，為未來電網(wǎng)同一電力信息專用網(wǎng)絡(luò)平臺的構(gòu)建奠定理論基礎(chǔ)。

[1] 王陽光.應(yīng)對災(zāi)變的廣域保護(hù)信息處理及通信技術(shù)研究[D].華中科技大學(xué) 2010

[2] 徐天奇,尹項根,游大海,王陽光,李程.廣域保護(hù)系統(tǒng)功能與可行結(jié)構(gòu)分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制. 2009(03)

[3] 何志勤.基于故障元件識別的智能電網(wǎng)廣域后備保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 華中科技大學(xué) 2012

Power system wide area protection communication system based on Internet technology research

Lin Gang
(Foshan power supply bureau,foshan,528200)

In recent years,our country electric power industry is changing the traditional mode of production to a new stage of development,smart grid,and the implementation of the new strategy such as green power makes the reliability of the power grid in our country and therefore has been greatly improved,accordingly its operation control difficulty is also ris ing.This article in view of the wide area protection communication system is put forward an improved the worst case,a new weighted fair queue scheduling algorithm,thus making all kinds of information in power system integrated information transmission business service quality guaranteed.

power system; Wide-area protection; Scheduling algorithm

圖3 PQ、WF2Q+算法和IWF2Q+算法公平性對比

林鋼（1983），男，四川遂寧人，大學(xué)學(xué)士，高級技師，主要從事電力通信線路運維、技術(shù)研究工作；