王曙寧

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司常州供電分公司，江蘇常州 213000）

5G 是最新一代的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，與以往的通信技術(shù)手段相比，5G 通信的數(shù)據(jù)傳輸速率更高，在低網(wǎng)絡(luò)延遲情況下，數(shù)據(jù)信息能夠得到快速傳輸，且能夠在提供數(shù)據(jù)連接服務(wù)的同時(shí)，擴(kuò)張區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際覆蓋范圍[1-2]。一般情況下，5G 通信網(wǎng)絡(luò)的空中接口時(shí)延水平始終維持在1 ms 左右，隨著待傳輸數(shù)據(jù)總量的增大，用戶(hù)客戶(hù)端的信息體驗(yàn)率也會(huì)出現(xiàn)不斷升高的變化趨勢(shì)，據(jù)現(xiàn)有研究資料顯示，最大值可達(dá)100 Mbit/s。

在配電網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境中，因電子差量化流動(dòng)的行為日趨明顯，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部電壓負(fù)載會(huì)出現(xiàn)明顯的不均衡分布狀態(tài)。為解決此問(wèn)題，傳統(tǒng)SDN/NFV 型電網(wǎng)保護(hù)策略在編排體系結(jié)構(gòu)的支持下，建立信息傳輸所需的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)體，再根據(jù)饋線(xiàn)電流保護(hù)原理，確定電網(wǎng)元件所能承載的最大電子應(yīng)用量。但與此方法匹配的電壓負(fù)載值水平較低，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)電子差量化流動(dòng)周期數(shù)值的有效控制。為避免上述情況的發(fā)生，引入5G 通信網(wǎng)絡(luò)，在信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、連接配置模塊等多個(gè)硬件設(shè)備執(zhí)行元件的支持下，設(shè)計(jì)一種新型的配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)協(xié)議，并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式，突出該新型應(yīng)用算法的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 基于5G通信網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)環(huán)境搭建

基于5G 通信網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)環(huán)境由網(wǎng)絡(luò)編排器、網(wǎng)絡(luò)連接配置模塊、信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)3 個(gè)硬件執(zhí)行設(shè)備共同組成，具體搭建方法如下。

1.1 網(wǎng)絡(luò)編排器

網(wǎng)絡(luò)編排器由電網(wǎng)服務(wù)管理、配電模型管理兩類(lèi)模塊實(shí)施結(jié)構(gòu)共同組成，前者隸屬于5G 通信連接配置環(huán)節(jié)的編排層組織之中，可在調(diào)節(jié)SND、NFV、VNF 三類(lèi)通信編碼原則的同時(shí)，對(duì)差量流動(dòng)型電流的傳輸行為進(jìn)行定向規(guī)劃；后者隸屬于配電網(wǎng)管理模塊的基礎(chǔ)設(shè)施層，能夠較好地適應(yīng)SNDI管理組織與NFVI 管理組織的傳輸連接狀態(tài)，從而做出一定的配套更改行為[3-4]。隨著配電網(wǎng)輸入電流總量的增加，網(wǎng)絡(luò)編排器的實(shí)際工作量也在不斷增大，當(dāng)5G 通信環(huán)境中的電流差動(dòng)值不再發(fā)生改變時(shí)，該模塊對(duì)于配電協(xié)議的傳輸促進(jìn)行為也會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)編排器結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)編排器結(jié)構(gòu)圖

1.2 網(wǎng)絡(luò)連接配置模塊

網(wǎng)絡(luò)連接配置模塊隸屬于網(wǎng)絡(luò)編排器結(jié)構(gòu)，可在電子配置器與通信網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議的同步作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)差動(dòng)性電流的下發(fā)與轉(zhuǎn)載處理[5-6]。配電網(wǎng)接入子模塊作為網(wǎng)絡(luò)連接配置模塊的頂層執(zhí)行結(jié)構(gòu)，可與網(wǎng)絡(luò)編排器直接相連，在向差動(dòng)電流下發(fā)子模塊傳輸執(zhí)行指令的同時(shí)，獲取電子配置器內(nèi)的傳輸電量信息，再根據(jù)既定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，確定5G 通信網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議的實(shí)際執(zhí)行需求[7-8]。5G 通信控制器負(fù)載于網(wǎng)絡(luò)連接配置模塊最下端，可整合通信網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)應(yīng)用信息，并將其規(guī)劃成全新的傳輸連接形式。網(wǎng)絡(luò)連接配置模塊結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)連接配置模塊結(jié)構(gòu)圖

1.3 信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)存在于5G 通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，能夠感知配電網(wǎng)組織的實(shí)際變化行為，并以此為基準(zhǔn)對(duì)差動(dòng)性電流進(jìn)行適度的調(diào)節(jié)處理。從功能性角度來(lái)看，信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)包含通信促傳、電量轉(zhuǎn)載兩類(lèi)基本應(yīng)用型節(jié)點(diǎn)組織。其中，通信促傳節(jié)點(diǎn)能夠直接調(diào)取5G 通信網(wǎng)絡(luò)中的電子傳輸信息，并按照反時(shí)限電流保護(hù)需求，建立必要的電量存儲(chǔ)機(jī)制[9-10]。電量轉(zhuǎn)載節(jié)點(diǎn)直接作用于配電網(wǎng)電流保護(hù)組織，能夠在適應(yīng)電流差動(dòng)保護(hù)行為的同時(shí)，對(duì)待傳輸電量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)度與分配處理。信息數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)應(yīng)用原理如表1 所示。

表1 信息數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)應(yīng)用原理

2 配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)協(xié)議

在配電網(wǎng)連接環(huán)境的基礎(chǔ)上，按照反時(shí)限電流保護(hù)、電流差動(dòng)保護(hù)、重合閘時(shí)間整定的處理環(huán)節(jié)，完成基于5G 通信網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)協(xié)議的設(shè)計(jì)。

2.1 反時(shí)限電流保護(hù)

改進(jìn)熔斷器反時(shí)限特性曲線(xiàn)是實(shí)現(xiàn)反時(shí)限電流保護(hù)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，可為后續(xù)電流保護(hù)處理提供準(zhǔn)確的操作應(yīng)用方向。反時(shí)限電流保護(hù)的實(shí)踐原理與熔斷器熔斷特性極為相似，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)5G 通信網(wǎng)絡(luò)編排器元件的應(yīng)用電流量越大，電流設(shè)備結(jié)構(gòu)的熔斷速度也就越快；反之，通過(guò)的應(yīng)用電流量越小，電流設(shè)備結(jié)構(gòu)的熔斷速度也就越慢。一般情況下，配電網(wǎng)反時(shí)限電流保護(hù)的使用流程相對(duì)簡(jiǎn)單，且能夠在確定電路元件承載極值的同時(shí)，為5G 通信網(wǎng)絡(luò)提供強(qiáng)有力的應(yīng)用能力支持[11-12]。設(shè)Ie代表既定5G 通信節(jié)點(diǎn)處的配電網(wǎng)電流傳輸系數(shù)，e代表5G 通信節(jié)點(diǎn)的位置信息，W代表與差動(dòng)性電流相關(guān)的電子保護(hù)參量，聯(lián)立上述所有物理系數(shù)值指標(biāo)，可將配電網(wǎng)反時(shí)限電流保護(hù)行為定義為：

其中，q′代表熔斷器反時(shí)限特性曲線(xiàn)的既定曲率條件，r代表冪次項(xiàng)系數(shù)指標(biāo)，u代表節(jié)點(diǎn)化電流促傳系數(shù)。

2.2 電流差動(dòng)保護(hù)

電流差動(dòng)保護(hù)原理的實(shí)施必須建立在基爾霍夫電流定律之上，在5G 通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，配電網(wǎng)電流只能作用于內(nèi)故障區(qū)域，因此外故障區(qū)域的差動(dòng)影響行為可以忽略不計(jì)。電流差動(dòng)保護(hù)元件只能負(fù)載于配電網(wǎng)的高壓輸電線(xiàn)路之上，在電子傳輸量滿(mǎn)足跳閘條件的情況下，兩端5G 通信網(wǎng)絡(luò)信道會(huì)直接跳轉(zhuǎn)至待清除的故障區(qū)域之中，從而為差動(dòng)性電流保護(hù)協(xié)議的實(shí)施提供一個(gè)相對(duì)可靠的應(yīng)用環(huán)境[13-14]。設(shè)t0代表差動(dòng)性電流保護(hù)協(xié)議的最短實(shí)施周期，tn代表差動(dòng)性電流保護(hù)協(xié)議的最長(zhǎng)實(shí)施周期。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將電流差動(dòng)保護(hù)行為定義為：

式中，l1、s1分別代表第一個(gè)輸入的電子傳輸量與5G 信號(hào)通信量，ln、sn分別代表第n個(gè)輸入的電子傳輸量與5G 信號(hào)通信量，lˉ代表電子傳輸量均值，β代表配電網(wǎng)耗電強(qiáng)度值。

2.3 重合閘時(shí)間整定

大量光伏電源接入5G 通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境后，配電網(wǎng)實(shí)際配置故障會(huì)造成電量孤島問(wèn)題的不斷加重，從而造成電網(wǎng)應(yīng)用穩(wěn)定性的不斷下降，導(dǎo)致重合閘行為的失敗[15-19]。因此，在只考慮相應(yīng)區(qū)段電網(wǎng)差動(dòng)現(xiàn)象的情況下，需要對(duì)5G 通信網(wǎng)絡(luò)的重合閘時(shí)間進(jìn)行整定處理，在多次重合閘操作中，選擇最為合適的時(shí)間限定參數(shù)。設(shè)h代表最小的配電網(wǎng)重合閘系數(shù)權(quán)限指標(biāo)，h′代表最大的配電網(wǎng)重合閘系數(shù)權(quán)限指標(biāo)，聯(lián)立式（2），可將5G 通信網(wǎng)絡(luò)的重合閘時(shí)間整定結(jié)果表示為：

其中，f代表配電網(wǎng)電流的差動(dòng)性傳輸系數(shù)，jˉ代表5G 通信網(wǎng)絡(luò)中的電流傳輸均值，ΔG代表單位時(shí)間內(nèi)的電子傳輸數(shù)量差。

在配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)中，可接入GPS 對(duì)時(shí)裝置的秒脈沖信號(hào)，采用故障信號(hào)同步法實(shí)現(xiàn)GPS 長(zhǎng)期異常情況下的差動(dòng)同步。保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為：

其中，I?表示線(xiàn)路故障電流穩(wěn)態(tài)幅值，Izd表示故障信號(hào)同步法適用的啟動(dòng)門(mén)檻值，Δθ表示計(jì)算得到的線(xiàn)路兩端相位之差。

線(xiàn)路發(fā)生故障后，線(xiàn)路兩端保護(hù)裝置各自檢測(cè)到故障，并將檢測(cè)到故障的時(shí)刻近似作為故障發(fā)生時(shí)刻。線(xiàn)路兩端分別計(jì)算各自的電流相位，并傳輸?shù)綄?duì)端進(jìn)行比較，判斷故障發(fā)生位置。

至此，完成各項(xiàng)系數(shù)應(yīng)用指標(biāo)的計(jì)算與處理，在5G 通信網(wǎng)絡(luò)的作用下，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)協(xié)議的順利應(yīng)用。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為驗(yàn)證基于5G 通信網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)協(xié)議的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在5G通信網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)置環(huán)網(wǎng)柜、DTU、配電箱等多個(gè)電網(wǎng)應(yīng)用設(shè)備，分別將搭載新型差動(dòng)保護(hù)協(xié)議與傳統(tǒng)SDN/NFV 型電網(wǎng)保護(hù)策略的電路主機(jī)接入通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，其中前者作為實(shí)驗(yàn)組、后者作為對(duì)照組。

圖3 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用原理

已知配電網(wǎng)電壓負(fù)載值、電子差量化流動(dòng)周期均能反映電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的實(shí)際調(diào)節(jié)與維護(hù)能力，一般情況下，電壓負(fù)載值越大、差量化流動(dòng)周期值越小，電網(wǎng)環(huán)境的調(diào)節(jié)與維護(hù)能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。實(shí)驗(yàn)詳情如表2、表3 所示。

表2 配電網(wǎng)電壓負(fù)載值對(duì)比表

表3 電子差量化流動(dòng)周期對(duì)比表

分析表2 可知，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)組配電網(wǎng)電壓負(fù)載數(shù)值呈現(xiàn)出先上升、再穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，在指標(biāo)穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)，配電網(wǎng)電壓負(fù)載數(shù)值雖出現(xiàn)小幅波動(dòng)狀態(tài)，但對(duì)整體變化趨勢(shì)并無(wú)明顯影響，全局最大值達(dá)到387 V。對(duì)照組配電網(wǎng)電壓負(fù)載值則保持兩端上升、中間穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，全局最大值僅達(dá)到292 V，與實(shí)驗(yàn)組極值相比，下降了95 V。綜上可知，應(yīng)用基于5G 通信網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)協(xié)議后，配電網(wǎng)電壓的實(shí)際負(fù)載值卻是出現(xiàn)了明顯上升的變化趨勢(shì)，可促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境調(diào)節(jié)與維護(hù)能力的適度增強(qiáng)。

分析表3 可知，隨著傳輸電子總量的增大，電子差量化流動(dòng)周期雖一直呈現(xiàn)不斷上升的變化趨勢(shì)，但平均上升幅度相對(duì)較小，且后期上升量明顯低于前期，全局最大值僅達(dá)到1.48 ms。對(duì)照組電子差量化流動(dòng)周期在小幅度穩(wěn)定狀態(tài)后，開(kāi)始不斷上升，且平均上升量明顯高于實(shí)驗(yàn)組，全局最大值為3.30 ms，與實(shí)驗(yàn)組極值相比，上升了1.82 ms。綜上可知，應(yīng)用基于5G 通信網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)協(xié)議后，電子差量化流動(dòng)周期的實(shí)際表現(xiàn)數(shù)值得到明顯抑制，符合提升電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境調(diào)節(jié)與維護(hù)能力的應(yīng)用執(zhí)行需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)SDN/NFV 型電網(wǎng)保護(hù)策略相比，新型配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)協(xié)議在5G 通信網(wǎng)絡(luò)的作用下，利用網(wǎng)絡(luò)編排器對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接配置模塊進(jìn)行定向化調(diào)度，再聯(lián)合信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)反時(shí)限電流與電流差動(dòng)行為的保護(hù)。從實(shí)用性角度來(lái)看，配電網(wǎng)電壓負(fù)載值的下降，能夠促進(jìn)電子差量化流動(dòng)周期的持續(xù)縮短，可在解決因電子差量化流動(dòng)而造成的配電網(wǎng)電壓負(fù)載不均問(wèn)題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的調(diào)節(jié)與維護(hù)。