中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局 楊 金 董 凌 高若愚

引言

隨著各地區(qū)對電力需求的不斷增加[1]，電力系統(tǒng)的分布也越來越廣泛[2]，各種規(guī)模的電網(wǎng)交叉排布導(dǎo)致電力裝置的排布十分復(fù)雜。不僅如此，電力需求的增加也促使電力輸送量增加，在電力輸送的過程當(dāng)中，最重要的就是電力系統(tǒng)的安全與可靠。

因此，在電力系統(tǒng)發(fā)展的過程中，國內(nèi)外相關(guān)研究人員也在不斷研究能及時維護電力系統(tǒng)安全輸送的保護措施[3]，研究表明[4]，近幾年國內(nèi)電網(wǎng)故障的次數(shù)越來越多，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)通信保護體系在復(fù)雜多變，且工況不同的情況下已經(jīng)無法實現(xiàn)全面保護[5]。因此，急需設(shè)計一種新的電力系統(tǒng)廣域保護通信體系。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步，目前越來越多的電力公司選擇依賴智能電網(wǎng)進行配電，但在智能電網(wǎng)的運行過程中，時常會受到互聯(lián)網(wǎng)的影響[6]。一旦某處出現(xiàn)了較為嚴重的電力故障，就很可能造成配電網(wǎng)的全面崩潰，因此在設(shè)計電力系統(tǒng)廣域保護通信方案時，需要注意互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性，避免由于網(wǎng)絡(luò)因素帶來的電力系統(tǒng)通信故障，我國的電力工作者們意識到，要確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定的運營，就必須通過合理的規(guī)劃、合理的規(guī)劃、完善的運行管理，才能在大尺度、小尺度上獲得電力系統(tǒng)的運行狀況。

在繼電保護與安全穩(wěn)定控制中應(yīng)用廣域信息技術(shù)進行研究，是今后電力系統(tǒng)自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。國外研究人員發(fā)現(xiàn)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信量測狀態(tài)及時進行廣域保護保證電力系統(tǒng)輸送安全，維持電力系統(tǒng)的可靠性來說十分有效，可以在保護開始后采集電網(wǎng)的廣域信息，再對采集的信息進行處理和整合，即可得到電網(wǎng)控制策略，及時進行控制。

電力系統(tǒng)在運行過程中時常會面臨故障問題，因此應(yīng)該對其進行廣域保護。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)廣域保護通信系統(tǒng)體系不能夠?qū)崿F(xiàn)多工況保護，不能滿足目前的電力系統(tǒng)保護需求，針對上述問題，本文設(shè)計了電力系統(tǒng)廣域保護通信系統(tǒng)體系構(gòu)建方法，首先評估了電力系統(tǒng)廣域保護通信方案，其次配置了電力系統(tǒng)廣域保護通信終端，設(shè)計了電力系統(tǒng)廣域保護通信主站，從而實現(xiàn)了電力系統(tǒng)廣域保護通信系統(tǒng)體系的構(gòu)建。采用Qos 技術(shù)作為傳輸通道的保障，即使在很大的帶寬負荷下，也能保證電力通訊的數(shù)據(jù)傳送，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

實驗結(jié)果表明，構(gòu)建的廣域保護通信系統(tǒng)體系的保護效果較好，在不同工況下均能實現(xiàn)保護及故障識別，有一定的應(yīng)用價值，因此，可以作為后續(xù)電力系統(tǒng)通信保護的參考。

1 電力系統(tǒng)廣域保護通信系統(tǒng)體系構(gòu)建方法設(shè)計

1.1 評估電力系統(tǒng)廣域保護通信方案

電流縱差保護要求通訊數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)必須包括所有的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)必須完整可靠的傳輸。根據(jù)選擇的原則，可以同時傳輸電流矢量和瞬間電流的取樣?？刂屏渴潜Ｗo功能中的一個重要部分，另外為了確保前兩種數(shù)據(jù)的正確傳遞，如抗干擾編碼等，都需要額外的數(shù)據(jù)。在電力系統(tǒng)實際通信的過程中，通信網(wǎng)中的物理層載體有著不可替代的作用，因此在評估電力系統(tǒng)保護通信方案的第一步，則是需要比較物理層的載體。

通信網(wǎng)的物理層載體必須能滿足電力系統(tǒng)通信的高帶寬、高速通信需求，因此研究了各類傳輸介質(zhì)的傳輸延時（μs/kb）：無線光纖3.30、光纜5.00、同軸電纜4.00、雙絞線4.70、衛(wèi)星110.00。由此可知，目前無線光纖介質(zhì)的傳輸延時最短，因此在電力系統(tǒng)的廣域保護方案中通常選取光纖作為物理層的載體。第二步需要對比方案的無線傳輸模式，目前光纖主要利用SDH、ATM、IP 作為信源交換，增加通信通道的利用率，設(shè)計的光纖傳輸應(yīng)用模式如圖1所示。

圖1 光纖傳輸

由圖1可知，應(yīng)用該方案進行傳輸時可以采用Qos 作為傳輸?shù)男诺辣ＷC，使其可以在帶寬負擔(dān)較高的情況下仍能保證電力通信數(shù)據(jù)的傳輸，增加傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

1.2 配置電力系統(tǒng)廣域保護通信終端

成功選取電力系統(tǒng)的廣域保護方案后需要配置電力系統(tǒng)的廣域保護通信終端。電力系統(tǒng)的廣域保護通信終端主要在故障定位方面起著重要作用，因此設(shè)計了保護終端的功能:

第一個功能是測控功能，保護終端必須能實時提供測控信息，包括電流、功率等除此之外，還需要提供輸入的通信，保證斷路器能在高負荷情況下工作；第二個功能是通信管理功能，設(shè)計的電力系統(tǒng)廣域保護終端必須能對RS232通道提供通信管理，保證在通信時多個通道可以同步運行；第三個功能是故障檢測功能，該功能也是通信保護終端最重要的功能，可以在電力系統(tǒng)通信的過程中及時進行過流檢測、跳閘檢測，以及失壓警告等，因此可對其進行導(dǎo)向設(shè)計，保證故障的實時識別。根據(jù)上述的功能可以實現(xiàn)通信保護終端的設(shè)計。

1.3 設(shè)計電力系統(tǒng)廣域保護通信主站

構(gòu)建通信系統(tǒng)保護體系的最后一步就是設(shè)計電力系統(tǒng)廣域保護主站。選取CSGC-300X 系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)廣域保護通信主站的運行系統(tǒng)，根據(jù)通信需求設(shè)置通信方案，在組件化設(shè)計后，構(gòu)建了CSGC-300X 平臺、SCADA 子系統(tǒng)、遠動子系統(tǒng)，在通信保護主站數(shù)據(jù)采集的過程中，還需要注意維護成本問題。

在保證維護成本的情況下，根據(jù)供電站供電質(zhì)量最高原則設(shè)置可以執(zhí)行的靈活通信保護主站，利用UNIX、Window、Linux， 必須滿足SQL Server 需求和Sybase 關(guān)系，在Formula one 表格中設(shè)計Microsoft IIS 服務(wù)，在電力通信傳輸之前，首先啟動GSGC 執(zhí)行文件，根據(jù)對話框進行登錄操作，驗證身份后進入電力輸送管理界面，根據(jù)目前電力系統(tǒng)的連線圖及預(yù)測與進行遙感數(shù)據(jù)篩查和故障處理，即可進行通信保護。

通信保護主站中構(gòu)建的保護系統(tǒng)，必須具有標準化特性，能夠及時對各種國際標準進行標準化定義、反饋、操作，因此可以構(gòu)建標準化XML、CIM模型，輸入驗證數(shù)據(jù)，由該模型實時進行分析，篩查出需要保護的范圍。此外，通信保護主站主要依靠IEC 61850協(xié)議提供數(shù)據(jù)模型支持，方便數(shù)據(jù)模型的維護，從而實現(xiàn)了通信系統(tǒng)體系的構(gòu)建。

2 實驗

2.1 實驗準備

為保證實驗的準確性和實驗的測試效果，首先需搭建仿真實驗平臺，收集不同種類電網(wǎng)某幾項基礎(chǔ)指標，將其均值輸入到仿真平臺中，增加仿真的準確性，已知每項指標的標準數(shù)值均為1，此時選取的基礎(chǔ)指標數(shù)值如表1所示。

表1 基礎(chǔ)指標數(shù)值

由表1可知，此時的基礎(chǔ)指標均與標準值1相擬合，證明這些基礎(chǔ)指標均具有真實性。根據(jù)廣域保護流量標準可知，廣域保護中的數(shù)據(jù)以PMU 數(shù)據(jù)為主均屬于周期性數(shù)據(jù)，各個數(shù)據(jù)的音頻是有區(qū)別的，因此在輸入上述指標值后，需要向虛擬仿真平臺輸入連續(xù)20s 的通信頻率數(shù)據(jù)，1～20s 的通信頻率數(shù)據(jù)依次為：49Hz、50Hz、49Hz、50Hz、50Hz、50Hz、49Hz、50Hz、49Hz、50Hz、49Hz、50Hz、50Hz、50Hz、50Hz、49Hz、50Hz、50Hz、49Hz、49Hz。據(jù)此通信頻率數(shù)據(jù)，可以預(yù)估每個通信數(shù)據(jù)的字節(jié)即Framesize，再根據(jù)字節(jié)發(fā)送相應(yīng)格式的控制數(shù)據(jù)，此時設(shè)置數(shù)據(jù)的幀格式，如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)幀格式

根據(jù)表2數(shù)據(jù)的幀格式可以進行數(shù)據(jù)流量分析，在搭建的仿真檢測平臺，中根據(jù)上述格式連接各個終端，為了保證實驗的可靠性對設(shè)計的仿真平臺進行通信測試，使用不同流量的鏈路進行輸送，分別為LSR1、LSR2、LSR3、LSR4，此時鏈路輸送的穩(wěn)定性計算公式為：D=V/R，式中，V 代表鏈路輸送速率，R 代表輸送距離，此時設(shè)鏈路穩(wěn)定性的標準數(shù)值為1，計算出的輸送數(shù)值高于1則證明鏈路穩(wěn)定、否則證明鏈路通信不穩(wěn)定，計算的各鏈路穩(wěn)定性數(shù)值如表3所示。

表3 鏈路穩(wěn)定性數(shù)值

由表3可知，此時的各個鏈路經(jīng)多次計算的穩(wěn)定性數(shù)值均大于1，證明此時搭建的仿真平臺總共的通信功能合格，能夠繼續(xù)進行后續(xù)的實驗，為了保證實驗輸入帶寬的平穩(wěn)，此時需要繪制數(shù)據(jù)流量發(fā)送示意圖，如圖2所示。由圖2可知，此時的數(shù)據(jù)流量發(fā)送狀態(tài)平穩(wěn)，證明此時的帶寬符合后續(xù)的實驗需求，可以進行后續(xù)的仿真實驗。

圖2 數(shù)據(jù)流量發(fā)送示意圖

2.2 實驗結(jié)果與討論

在上述準備基礎(chǔ)上，分別使用本文設(shè)計的電力系統(tǒng)廣域保護通信系統(tǒng)體系和傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)通信保護體系進行通信保護仿真實驗，記錄不同工況下的保護延時，實驗結(jié)果如表4所示。

表4 實驗結(jié)果

由表4可知，在不同工況下，設(shè)計的通信保護體系在不同工況下的保護延時都較短，證明設(shè)計的保護體系的保護效果好，具有可靠性。

3 結(jié)語

及時對電力系統(tǒng)進行通信保護對維護電力系統(tǒng)的安全，保證電力系統(tǒng)正常運行有重要意義，因此本文在傳統(tǒng)的電力通信保護體系的基礎(chǔ)上研究了不同工況下的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)，設(shè)計了電力系統(tǒng)通信保護體系，進行仿真實驗，結(jié)果表明設(shè)計的保護體系的保護效果好，具有可靠性，有一定的應(yīng)用價值，可以作為后續(xù)電力系統(tǒng)通信保護的參考。