祁 鋒

（陸軍裝甲兵學(xué)院蚌埠校區(qū)，安徽 蚌埠233000）

0 引 言

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，個(gè)人和企業(yè)對(duì)電能的依賴越來越大，隨之而來的是我國電網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜程度和規(guī)模也與日俱增。這種情況下，電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)生故障的概率大大增加。而電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)在預(yù)防電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障方面具有重要作用。電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行在很大程度上受通信系統(tǒng)的影響，因而研究通信系統(tǒng)中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響具有至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的概念

就目前學(xué)界的研究現(xiàn)狀來看，對(duì)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的定義還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際工作中，人們普遍使用的廣域保護(hù)控制系統(tǒng)有兩種類型。第一種，以廣域測(cè)量技術(shù)為支撐的一種繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)。該種類型的廣域保護(hù)控制系統(tǒng)專門解決一些使用傳統(tǒng)手段解決不了的故障，是一種兼具協(xié)調(diào)性和自適應(yīng)性的保護(hù)性措施。第二種是一種緊急控制系統(tǒng)，工作原理是利用廣域測(cè)量得到的反饋性信息，有針對(duì)性地解決一些發(fā)生在電力系統(tǒng)中的較大規(guī)模的連鎖反應(yīng)或穩(wěn)定破壞事故。

2 廣域保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)支撐

2.1 同步測(cè)量技術(shù)

所謂同步相量測(cè)量技術(shù)，就是通過同步相量測(cè)量裝置（PMU），利用全球定位系統(tǒng)（GPS）秒脈沖作為同步時(shí)鐘構(gòu)成的相量測(cè)量單元，可用于電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)保護(hù)、系統(tǒng)分析和預(yù)測(cè)等領(lǐng)域，是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。目前，世界范圍內(nèi)已安裝使用了數(shù)百臺(tái)PMU?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、運(yùn)行以及應(yīng)用研究的結(jié)果表明，同步相量測(cè)量技術(shù)在電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)與動(dòng)態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定預(yù)測(cè)與控制、模型驗(yàn)證、繼電保護(hù)、故障定位等方面得到了相關(guān)應(yīng)用或具有相關(guān)的應(yīng)用前景。從某種程度上看，這種技術(shù)使得整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)一時(shí)刻數(shù)據(jù)的對(duì)比分析和精確性計(jì)算成為了現(xiàn)實(shí)[1]。

2.2 實(shí)時(shí)通信技術(shù)

在最早的電力系統(tǒng)中，通信都是通過微波實(shí)現(xiàn)的。如今，隨著各種技術(shù)手段的進(jìn)步和發(fā)展，電力系統(tǒng)通信都是通過衛(wèi)星、光纖和網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)的微波通信方式相比，這縮短了通信的時(shí)間延遲，使得電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息采集變得更加便捷。這種在衛(wèi)星和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐下的實(shí)時(shí)通信技術(shù)為廣域保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息采集工作帶來了極大助益，也使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集工作成為了可能。

3 廣域保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

一般，廣域保護(hù)系統(tǒng)主要分為區(qū)域分散、站域集中以及區(qū)域集中3種。整個(gè)系統(tǒng)會(huì)將電網(wǎng)分為若干區(qū)域，各個(gè)區(qū)域都以一個(gè)變電站作為其中心，相應(yīng)的在各個(gè)區(qū)域中，除去中心變電站之外的其他變電站都稱為子站。各個(gè)區(qū)域中的變電站站點(diǎn)負(fù)責(zé)采集該區(qū)域中的所有開關(guān)狀態(tài)信息和IED測(cè)量信息，而區(qū)域中的子站僅受區(qū)域中心站的遠(yuǎn)程控制。廣域保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

4 電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)對(duì)通信系統(tǒng)的依賴性需求

4.1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)種類的需求

廣域保護(hù)控制系統(tǒng)作為整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障，其業(yè)務(wù)覆蓋電網(wǎng)系統(tǒng)中的各個(gè)變電站和電廠。在廣域保護(hù)控制系統(tǒng)中，它的交互信息分為控制信息類和檢測(cè)信息類。其中，控制信息類包括保護(hù)跳合閘命令信息和控制命令信息；而檢測(cè)信息類包括采樣值信息、故障報(bào)告信息以及狀態(tài)量信息等。

4.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)的接口和帶寬需求

廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型屬于IP數(shù)據(jù)型業(yè)務(wù)，其網(wǎng)絡(luò)接口包括各種類型的光電接口，且針對(duì)不同的通信信息種類，需要提供不同類型的物理性接口。另外，系統(tǒng)控制的數(shù)據(jù)以采樣值為主，而各種采樣值的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不同。所以，它所需要的采樣值帶寬也會(huì)有所不同。

4.3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)傳輸性能的需求

基于廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的后備保護(hù)功能，其啟動(dòng)的時(shí)間和線路主保護(hù)系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間都有些許延遲。所以，需要充分考慮這種延遲，保證控制命令信息和狀態(tài)量信息的通信通道端到端時(shí)延遲不大于15ms。因?yàn)槟壳拔覈膹V域保護(hù)控制系統(tǒng)的信息緩存容量為64kbit，若信息傳輸?shù)臅r(shí)間延遲變化幅度過大，易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。因此，在目前的廣域保護(hù)控制系統(tǒng)中，針對(duì)控制命令信息、系統(tǒng)跳合閘命令信息等設(shè)置了丟幀重發(fā)機(jī)制，但啟動(dòng)一次丟幀重發(fā)機(jī)制會(huì)產(chǎn)生10ms的時(shí)間延遲[2]。

5 通信系統(tǒng)中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響

電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)是一種重要的電力災(zāi)變防御系統(tǒng)，在實(shí)際操作中具有極為廣泛的用途。利用該種保護(hù)控制系統(tǒng)，可以對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)施預(yù)防控制、輔助決策和在線預(yù)警等操作。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)中的主干性線路因?yàn)樽匀粸?zāi)害等原因而發(fā)生連鎖性故障時(shí)，廣域保護(hù)控制系統(tǒng)可以對(duì)該電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制和緊急控制，從而有效降低自然災(zāi)害對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)造成的影響。

這里以集中式廣域保護(hù)控制系統(tǒng)為例，說明通信系統(tǒng)中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響。集中式廣域保護(hù)控制系統(tǒng)共包括4層，分別是調(diào)度中心站層、主站層、子站層以及執(zhí)行站層。

5.1 調(diào)度中心站與主站之間的通信中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響

中心站和主站之間平均每隔5min設(shè)立一個(gè)連接，以有效獲取控制性策略數(shù)據(jù)信息。若是在數(shù)據(jù)信息交互的時(shí)間段內(nèi)發(fā)生了通信中斷現(xiàn)象，將導(dǎo)致主站無法正常接收中心站所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而主站就會(huì)自動(dòng)切換到離線運(yùn)行模式。此時(shí)，若是電網(wǎng)系統(tǒng)中沒有完備的電網(wǎng)離線運(yùn)行保障性機(jī)制，可能會(huì)在主站的運(yùn)行中發(fā)生欠控現(xiàn)象。相應(yīng)地，中心站也無法接收來自主站的數(shù)據(jù)信息。此時(shí)，中心站只能從能量管理系統(tǒng)中獲得相關(guān)的運(yùn)行信息。而此時(shí)中心站接收到的運(yùn)行信息和可能和實(shí)時(shí)制定的控制措施之間出現(xiàn)了一定偏差，進(jìn)而在中心站會(huì)發(fā)生過控或欠控的情況。

5.2 控制主站與控制子站之間的通信中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響

發(fā)生在控制主站和控制子站之間的通信，是保證在線追加的異地和當(dāng)?shù)毓收喜呗曰蛘邆鬟f匹配成功的異地故障策略。它們之間的數(shù)據(jù)信息平均傳送一次的時(shí)間延遲為1.667ms或0.833ms，命令持續(xù)傳遞的時(shí)間為0.1～1s。而當(dāng)控制主站和控制子站之間的光纖鏈路發(fā)生中斷且這種中斷持續(xù)的時(shí)間超出了命令持續(xù)傳遞的時(shí)間值時(shí)，控制主站中的在線追加策略命令和異地故障策略命令就將無法正常傳遞到相應(yīng)的執(zhí)行站，進(jìn)而可能導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行?？刂浦髡竞涂刂谱诱局g發(fā)生通信中斷時(shí)，控制子站也就無法及時(shí)將采集到的故障信息和電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息及時(shí)傳輸?shù)娇刂浦髡局?。控制主站接收不到來自控制子站的信息時(shí)，將無法很好地實(shí)時(shí)判斷異地發(fā)生的故障，從而可能會(huì)引起系統(tǒng)中的安全控制裝置出現(xiàn)拒動(dòng)情況，進(jìn)而引起欠控現(xiàn)象。

5.3 控制子站與執(zhí)行站之間通信中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響

控制子站主要向執(zhí)行站發(fā)送其所對(duì)應(yīng)的控制主站分配的直流調(diào)整、切負(fù)荷以及切機(jī)等命令性信息。它們之間數(shù)據(jù)信息平均傳送一次的時(shí)間延遲為1.667ms或0.833ms，命令持續(xù)傳遞的時(shí)間為0.1～1s。而通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的雙通道之間切換時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間延遲為50ms。若是在控制子站和執(zhí)行站之間沒有配置雙通道切換裝置或是這種通信中斷的時(shí)間延遲超過了1s時(shí)，控制子站向執(zhí)行站發(fā)送的控制性命令信息將無法正常得以執(zhí)行。這種情況下，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)欠控甚至不控的現(xiàn)象。

6 結(jié) 論

綜上可知，在如今這個(gè)社會(huì)結(jié)構(gòu)極度復(fù)雜而龐大的時(shí)代，企業(yè)和個(gè)人對(duì)用電質(zhì)量的需求變得越來越高，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和規(guī)模也變得更加復(fù)雜且龐大。因而，電網(wǎng)也經(jīng)常會(huì)受到一些自然環(huán)境的影響而引起一些故障。面對(duì)這種情況，電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)作為一種對(duì)電網(wǎng)的保護(hù)性措施得到了廣泛利用，且在實(shí)際操作中起到了一定的積極性作用。但是，該保護(hù)控制系統(tǒng)容易受到通信中斷的影響而發(fā)生異常的運(yùn)行情況，如欠控、過控現(xiàn)象。所以，研究通信系統(tǒng)中斷對(duì)電網(wǎng)廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的影響具有現(xiàn)實(shí)意義，有助于電力系統(tǒng)運(yùn)維工作的順利開展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李振興，張騰飛，王 欣，等.考慮時(shí)延與流量均衡性的廣域保護(hù)通信迂回路徑重構(gòu)算法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（16）：130-136.

[2] 董雪源.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)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2012.