田文奇 馮江哲 孔祥啟

（龍源（北京）風(fēng)電工程技術(shù)有限公司，北京 100034）

風(fēng)電場繼電保護整定計算管理系統(tǒng)研究

田文奇 馮江哲 孔祥啟

（龍源（北京）風(fēng)電工程技術(shù)有限公司，北京 100034）

針對風(fēng)電場缺少繼電保護技術(shù)人才和配套措施，定值計算不規(guī)范、定值管理不到位的現(xiàn)象，開發(fā)了風(fēng)電場繼電保護整定計算管理系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的功能架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)以及系統(tǒng)功能解決方案。該系統(tǒng)能夠快速對風(fēng)電場保護定值進行計算，同時也能促進風(fēng)電場繼電保護定值計算和管理的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，保障風(fēng)電場的安全穩(wěn)定運行。

風(fēng)力發(fā)電；繼電保護；整定計算；定值管理；軟件開發(fā)

隨著國家節(jié)能減排政策的持續(xù)推進以及大氣污染防治條例的進一步落實，風(fēng)電在國家能源供給中的比例將進一步提高，確保風(fēng)電平穩(wěn)安全運行成為保障國家能源安全的重要課題之一。然而，風(fēng)電場繼電保護的重要性一直以來未受到應(yīng)有的重視。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)風(fēng)電場并未建立起繼電保護定值的管理與技術(shù)體系，定值計算不規(guī)范、定值管理不到位的現(xiàn)象普遍存在。風(fēng)電場缺少繼電保護方面的技術(shù)人才和配套措施，較電網(wǎng)和火力發(fā)電廠有著較大的差距，進行繼電保護方面的技術(shù)能力建設(shè)十分迫切。開發(fā)風(fēng)電場繼電保護整定計算管理系統(tǒng)，有助于快速對風(fēng)電場保護定值的正確性進行核算，同時也能促進風(fēng)電場繼電保護定值計算和管理的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，保障風(fēng)電場的安全穩(wěn)定運行。

國內(nèi)外沒有針對風(fēng)電場的繼電保護整定計算系統(tǒng)?，F(xiàn)有的繼電保護整定計算系統(tǒng)僅適用于傳統(tǒng)的電網(wǎng)及發(fā)電廠，沒有充分考慮風(fēng)電場的特點，因此，不能對風(fēng)電場的繼電保護定值進行準(zhǔn)確全面的計算。有關(guān)風(fēng)電場場內(nèi)故障的仿真和試驗研究在國內(nèi)外都做了大量工作[1-8]，但這些基礎(chǔ)研究的結(jié)論如何應(yīng)用于風(fēng)電場保護定值的計算卻缺少系統(tǒng)研究。如何將針對風(fēng)電場的定值計算原則跟軟件系統(tǒng)進行恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合也缺少相關(guān)研究。風(fēng)電場繼電保護整定計算管理系統(tǒng)的成功開發(fā)，不僅使其成為國內(nèi)外首套風(fēng)電場保護定值整定計算專用軟件，也對以上問題進行了系統(tǒng)性研究。本文將對該系統(tǒng)進行簡要介紹。

1 系統(tǒng)的功能架構(gòu)

風(fēng)電場繼電保護整定計算管理系統(tǒng)按功能分為以下模塊，如圖1所示。

1）圖形建模。以各風(fēng)電場電氣一次設(shè)備實際接線為基礎(chǔ)，建立風(fēng)電場電氣模型。以設(shè)備銘牌形式輸入?yún)?shù)，根據(jù)需要將設(shè)備等值為不同狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型（包括穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)）。對于風(fēng)電機組，通過風(fēng)機廠家提供的技術(shù)參數(shù)，建立故障時能夠提供短路電流的風(fēng)電機組模型。

圖1 功能架構(gòu)

2）故障計算。以風(fēng)電場電氣模型為基礎(chǔ)，模擬任意位置發(fā)生不同故障時的情況，查看相應(yīng)狀態(tài)下的故障量信息。基于風(fēng)電場的故障錄波數(shù)據(jù)，對故障進行反演計算，定位故障位置和確定故障類型，方便風(fēng)電場進行故障排查和處理。

3）整定計算。根據(jù)故障量、給定的整定原則和計算方法，實現(xiàn)風(fēng)電場內(nèi)保護裝置的定值計算功能，并且整定原則和計算方法能夠編輯和修改；根據(jù)保護裝置型號，從已有的保護裝置庫中選擇保護功能和定值項；根據(jù)保護裝置硬件構(gòu)成，采用層次結(jié)構(gòu)來描述保護裝置結(jié)構(gòu)。

4）數(shù)據(jù)管理。保護裝置的定值單可以被定制，其主要功能包括定值單中定值的修改、定值單的流轉(zhuǎn)、定值單查詢、定值單打印等。定值單的流轉(zhuǎn)過程包括試算、錄入、校核、審核、簽發(fā)、執(zhí)行、生效等一系列的過程。不同角色的用戶可對定值單進行相關(guān)的審批操作，執(zhí)行完相應(yīng)的操作后，定值單被自動流轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)，用戶對現(xiàn)有定值單的保護動作情況及保護范圍進行仿真，通過報告或圖形化方式直觀表示，便于技術(shù)人員理解和調(diào)整。

2 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 風(fēng)電場模型的建立

風(fēng)電場一次設(shè)備與傳統(tǒng)變電站的主要區(qū)別在于風(fēng)電機組，建立風(fēng)電機組的模型是建立風(fēng)電場模型的關(guān)鍵技術(shù)之一。本系統(tǒng)能夠按照風(fēng)電場所在地區(qū)電網(wǎng)繼電保護整定原則的要求考慮或不考慮風(fēng)電機組提供的短路電流。當(dāng)考慮風(fēng)電機組的短路電流時，能夠方便地按照直驅(qū)型風(fēng)電機組和雙饋型風(fēng)電機組建立風(fēng)電機組的模型，輸出短路電流參與故障計算。通過建立圖元和元件模型，實現(xiàn)圖形化建模。各元件模型參數(shù)維護實現(xiàn)圖形化，并且能自動進行元件參數(shù)計算，為故障計算及定值整定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型。

2.2 基于風(fēng)電場保護配置的自定義平臺

利用“專家系統(tǒng)”技術(shù)，建立各種保護的型號標(biāo)準(zhǔn)庫和整定計算知識庫，實現(xiàn)保護裝置的快速建模，根據(jù)裝置說明書和整定原則，自動生成計算書和定值單。各保護裝置模型被統(tǒng)一保存在數(shù)據(jù)庫自定義平臺中，當(dāng)對所有風(fēng)場建模時可共享使用。

2.3 定值管理

建立集團內(nèi)部統(tǒng)一的定值單管理平臺，風(fēng)電場技術(shù)人員以及各級管理人員可按照不同權(quán)限查看或編輯定值單、計算書。同時，對于人工計算或系統(tǒng)自動計算的定值，可以在風(fēng)電場模型中設(shè)置不同故障進行保護定值及裝置的仿真校核，統(tǒng)計定值的保護范圍、靈敏度，校驗保護配置的合理性，考察是否能滿足對設(shè)備的保護以及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的整定要求，對于無法滿足要求的定值向技術(shù)人員、管理人員進行提示。

3 系統(tǒng)功能解決方案

3.1 圖形建模

圖形建模功能主要完成系統(tǒng)一次設(shè)備的電氣參數(shù)錄入與計算、系統(tǒng)的拓?fù)溥B接關(guān)系、運行方式設(shè)置、保護功能配置等，如圖2所示。

系統(tǒng)可以繪制并存儲風(fēng)電機組、外部等效系統(tǒng)、升壓變壓器、接地變壓器、場用變壓器、并聯(lián)電容器、SVG連接變、箱變、斷路器、線路、母線、聯(lián)絡(luò)線等電氣元件的圖形。通過建模功能，可以建立系統(tǒng)一次接線圖。同時，系統(tǒng)具有以下圖形編輯功能：

1）能靈活添加、刪除、修改各元件，能實現(xiàn)圖形的移動、拖動、旋轉(zhuǎn)、著色、拷貝、粘貼等。

2）能夠編輯文字標(biāo)簽、藝術(shù)字。

3）具備塊選擇、塊移動、塊復(fù)制、塊粘貼功能。

4）具有放大、縮小、恢復(fù)等功能。

系統(tǒng)可以實現(xiàn)參數(shù)輸入及計算功能，所有元件按統(tǒng)一規(guī)范的格式建立參數(shù)列表，如名稱、電壓等級、原始參數(shù)、標(biāo)幺參數(shù)等。可直接輸入或根據(jù)公式計算故障計算和整定計算所需的各種電氣元件的正序標(biāo)幺值、負(fù)序標(biāo)幺值、零序標(biāo)幺值等參數(shù)。

系統(tǒng)能根據(jù)風(fēng)電場實際設(shè)備給定的保護裝置配置線路、變壓器、風(fēng)電機組、母線、電容器、電抗器等元件的保護裝置。

圖2 圖形建模界面

3.2 故障計算

故障計算是整定計算的基礎(chǔ)，系統(tǒng)提供一個開放的且功能強大的故障分析計算平臺，能模擬各種短路故障情形，能輸出任意支路的故障電流、電壓。能方便地通過圖形或表單方式選擇故障點設(shè)置，能以文件或圖形形式顯示計算結(jié)果，如圖3所示（1#集電線路50%處A、B相間短路）。

圖3 故障模擬圖形顯示

系統(tǒng)可用于所有電壓等級的故障計算，計算規(guī)模不受限制且結(jié)果精確。采用規(guī)范化的補償計算方法，支持任意復(fù)雜的故障計算，支持電網(wǎng)的等值計算，支持過渡電阻的輸入，支持圖形化的故障計算設(shè)置?？勺远x計算分析的電氣量，并提供計算結(jié)果的可視化表示，同時可根據(jù)用戶設(shè)置對計算結(jié)果進行篩選或統(tǒng)計列表輸出?？稍诮o定的運行方式下，計算線路各種故障類型下本線始端、本線末端、相鄰元件末端的電流極值，可計算變壓器各側(cè)母線、變壓器其他側(cè)相鄰線路末端、變壓器本側(cè)母線出線末端故障電流極值，如圖4所示。

圖4 故障信息綜合顯示

3.3 保護模型建立

建立風(fēng)電場保護模型分為兩步：①根據(jù)風(fēng)電場繼電保護實際硬件配置建立風(fēng)電場保護配置模型；②采用專家系統(tǒng)知識庫建立單個保護裝置的模型，可分為兩種類型：一種類型是采用繼電保護原理、國家制定的相關(guān)規(guī)程、導(dǎo)則，作為該裝置模型的知識源；另一種類型是采用不同裝置廠家出具的裝置說明書作為該裝置模型的知識源。根據(jù)保護裝置硬件構(gòu)成，采用層次結(jié)構(gòu)來描述保護裝置結(jié)構(gòu)，保護裝置結(jié)構(gòu)層次由6層構(gòu)成，如圖5所示。

3.4 整定計算

整定計算以故障計算為基礎(chǔ)，抓取整定原則中需要的電氣量信息，按照保護模型中設(shè)定好的整定原則公式進行計算，整定計算流程如圖6所示。整定時可自動整定，生成完整的計算書和定值單，也可以單步手動整定，逐步生成計算書和定值單。在整定過程中同步顯示計算書，能清楚地看到每步操作的記錄，計算書可以編輯、保存、載入、復(fù)制、打印。裝置的定值項整定完畢后，計算結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，按照定值單模版格式生成Word或Excel格式定值單文件。

3.5 保護定值校核

已有定值可以通過填寫通用模板輸入，或根據(jù)保護設(shè)備型號的不同從設(shè)備庫中選擇專用模板輸入；通過設(shè)置典型故障，可觀察該定值狀態(tài)下各保護裝置的動作情況，校驗定值設(shè)置的合理性；根據(jù)校驗結(jié)果，輸出定值校驗書，計算過程、校驗結(jié)果及相關(guān)改進措施有詳細(xì)的說明。

圖5 保護裝置結(jié)構(gòu)層次

圖6 整定計算流程圖

3.6 數(shù)據(jù)管理功能

提供風(fēng)電場一、二次設(shè)備參數(shù)、定值整定計算書、定值單、模擬故障信息等數(shù)據(jù)的查詢和管理功能，各種數(shù)據(jù)可以被導(dǎo)出至Office文檔并打印。

4 結(jié)論

多數(shù)風(fēng)電場的保護定值計算十分不規(guī)范，許多新投運的風(fēng)電場無法找到有能力的定值計算單位，風(fēng)電行業(yè)對風(fēng)電保護定值計算的需求十分迫切。每個風(fēng)電場的接線方式、電氣配置以及系統(tǒng)參數(shù)都不盡相同，人工計算風(fēng)電場保護定值費時費力，技術(shù)人員經(jīng)驗和水平不同也容易出現(xiàn)紕漏。風(fēng)電場繼電保護整定計算管理系統(tǒng)按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對定值進行計算，保障了定值計算的準(zhǔn)確性，降低了風(fēng)電企業(yè)運營成本，促進了風(fēng)電場安全生產(chǎn)。

[1]文玉玲.風(fēng)電場繼電保護適應(yīng)性保護的探討[D].烏魯木齊: 新疆大學(xué),2008: 6-10.

[2]周鼎,段理,石東源,等.基于混合模式的繼電保護整定計算一體化系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報,2007,19(3): 109-112.

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風(fēng)光互補發(fā)電演示實驗系統(tǒng)

近日，國家知識產(chǎn)權(quán)局公布專利“風(fēng)光互補發(fā)電演示實驗系統(tǒng)”，申請人為蘇州市職業(yè)大學(xué)。

本實用新型公開了一種風(fēng)光互補發(fā)電演示實驗系統(tǒng)，包括塑料殼體、太陽能發(fā)電單元、風(fēng)力發(fā)電單元、撥碼開關(guān)單元、前面板、控制單元、發(fā)電控制電路和演示顯示單元；太陽能發(fā)電單元和風(fēng)力發(fā)電單元分別與撥碼開關(guān)單元連接；控制單元包括控制器電路、發(fā)電信息采集電路、控制輸出電路、顯示驅(qū)動電路和儲能電池。

演示顯示單元包括LCD液晶顯示器、LED指示燈、波段轉(zhuǎn)換開關(guān)和外接演示負(fù)載；發(fā)電控制電路分別與撥碼開關(guān)單元、控制器電路和波段轉(zhuǎn)換開關(guān)連接。

通過上述方式，本實用新型可以根據(jù)設(shè)定演示水平軸垂直軸風(fēng)力發(fā)電、晶體硅/薄膜太陽能電池發(fā)電以及風(fēng)光互補發(fā)電等，具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、演示效果直觀、科普性強都優(yōu)點。

一種新型的小電流接地選線系統(tǒng)

近日，國家知識產(chǎn)權(quán)局公布專利“一種新型的小電流接地選線系統(tǒng)”，申請人為國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司。

本發(fā)明給出了一種新型的小電流接地選線系統(tǒng)，包括聲敏傳感器、信號發(fā)射模塊和計算機監(jiān)測終端，聲敏傳感器與信號發(fā)射模塊相對應(yīng)連接，信號發(fā)射模塊自帶電源設(shè)備，計算機監(jiān)測終端能夠接收到信號發(fā)射模塊發(fā)出的采集信號，計算機監(jiān)測終端包括數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、典型電纜放電聲譜模塊和報警模塊；數(shù)據(jù)存儲模塊能夠?qū)γ恳粋€聲敏傳感器的采集信號進行實時單獨存儲。

該系統(tǒng)通過收集并分析單相接地放電聲音來確定故障線路，大大提高了故障選線正確率。

Relay Protection Setting Calculation Management System of Wind Farm

Tian Wenqi Feng Jiangzhe Kong Xiangqi
(Longyuan (Beijing) Wind Power Engineering Technology Co.,Ltd,Beijing 100034)

In view of the lack of relay protection technology personnel and supporting measures of wind farm,nonstandard setting calculation,careless management of the relay protection setting value,relay protection setting calculation management system of wind farm was developed.The architecture of system function,key technologies and the solution of system function was presented.The system can quickly calculate the wind farm relay protection setting values and promote the calculation and management standardization and normalization of wind farm relay protection setting value to ensure the safe and stable operation of wind farm.

wind power; relay protection; setting calculation; setting management; software development

田文奇（1980-），男，博士，工程師，主要從事風(fēng)力發(fā)電運行與維護方向研究工作。