劉桂琴

（內(nèi)蒙古電力（集團）有限責(zé)任公司包頭供電局，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

1 引言

電力行業(yè)應(yīng)用信息技術(shù)起始于60年代初，截至目前為止電力系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)、基建等各個操作環(huán)節(jié)均存在信息技術(shù)的應(yīng)用。由于在進行變電站MIS系統(tǒng)設(shè)計的過程中，對于用戶的需求掌握不夠，導(dǎo)致系統(tǒng)可能會出現(xiàn)以下幾種現(xiàn)象：在可行性研究中不存在規(guī)劃設(shè)計；沒有和用戶之間進行意見交換等[1-2]。

MIS(Management Information System)建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，各個部門工作人員的參與對于整個系統(tǒng)的建設(shè)十分重要。系統(tǒng)建設(shè)初始階段，由于不同的工作人員都有各自的工作，無法一直圍繞著開發(fā)者進行工作，導(dǎo)致大部分的工作無法落實。根據(jù)變電站MIS 系統(tǒng)[3-4]的設(shè)計需求，能夠有效實現(xiàn)變電站MIS系統(tǒng)存檔定值單的定值信息整定，但是在定值信息進行整定的過程中，存在錯誤整定的情況。為了確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，需要及時對系統(tǒng)中錯誤的定值信息進行整定。為此，提出了一種變電站MIS系統(tǒng)存檔定值單的定值信息誤整定警告方法，通過具體的仿真實驗數(shù)據(jù)，有效驗證了所提方法的有效性以及實用性。

2 變電站MIS系統(tǒng)定值信息整定與誤整定警告

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

變電站MIS系統(tǒng)存檔定值單的定值信息整定，根據(jù)系統(tǒng)的運行方式以及工作狀態(tài)進行實時在線整定，同時對整定結(jié)果進行優(yōu)化，確保系統(tǒng)處于最佳保護狀態(tài)中。為了滿足現(xiàn)階段的發(fā)展需求，要求系統(tǒng)具有信息交互功能，同時能夠?qū)崟r掌握系統(tǒng)的運行狀態(tài)及時作出防護措施，并且對整定結(jié)果進行更新。在變電站MIS系統(tǒng)中，通過“三層”獲取整定參數(shù)信息[5-6]，同時還需要將保護定值等相關(guān)信息存儲到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，有效方便后期用戶進行數(shù)據(jù)查詢、檢驗等操作。

在變電站MIS 系統(tǒng)中，要實現(xiàn)信息交互，系統(tǒng)需要具有以下功能：

(1)主控站用戶對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問：

通過主控站對數(shù)據(jù)庫的訪問，實現(xiàn)定值保護、時間記錄等重要參數(shù)的分析以及查詢等服務(wù)。

(2)主控站用戶對變電站層等子站的數(shù)據(jù)訪問：

通過主控站實現(xiàn)對不同子站的數(shù)據(jù)訪問，同時還需要實時掌握不同子站中相關(guān)參數(shù)的取值。結(jié)合相關(guān)用戶的設(shè)計需求，將數(shù)據(jù)填入到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中或者發(fā)送至主控站，方便后期用戶的使用。

主控站在得到不同子控站的重要信息后，實時檢測系統(tǒng)的運行方式，以達到變電站MIS系統(tǒng)存檔定值單的定值信息在線整定的目的。

(3)子站對主站發(fā)起的自動警告時間觸發(fā)信息交互：

在巡檢的過程中，實行子站內(nèi)部定值信息誤整定[7-8]，需要及時通知主站，同時將警告信息以及故障信息發(fā)送至主站。主站在接收到信息之后，對子站發(fā)出響應(yīng)信息，同時將定值信息整定結(jié)果發(fā)送至子站，且將其發(fā)送至系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，有效方便用戶進行信息查詢以及分析等操作。

(4)主站自檢的信息交互：

主站會在設(shè)定的時間段內(nèi)對系統(tǒng)進行巡檢，有效防止子站中的定值信息被誤整定。

(5)不同獨立系統(tǒng)的主站信息交互：

在某些情況下，需要不同的獨立系統(tǒng)之間進行實時信息交互。

電網(wǎng)信息管理以及交互的業(yè)務(wù)模型主要是以公共信息模型(CIM)為基礎(chǔ)，結(jié)合相關(guān)的保護措施進行拓展以及定義。設(shè)定CIM為一組包，每個包內(nèi)含有一個或者多個類，采用圖形代表包中不同類之間的關(guān)系，利用文字定義不同類，CIM包主框圖1所示。

圖1 CIM包主框圖

在進行CIM模型拓展的過程中，需要重點遵循以下原則：

(1)充分利用現(xiàn)階段已有的CIM模型，有效降低對模型進行修正的次數(shù)；

(2)對CIM模型中需要進行拓展的部分進行分析，同時在高層次模型中有效獲取模型的共性以及屬性，有效增強模型的適用性；

(3)在模型進行拓展設(shè)計的過程中，需要全面利用模型的相關(guān)特性，促使模型中的有效信息能夠最大程度被使用；

(4)確保模型中的原始結(jié)構(gòu)不會發(fā)生改變，采用繼承的方法在原始類中形成新的子類，同時原始類和新的子類之間存在關(guān)聯(lián)[9-10]；

(5)降低新類屬性的增加，有效避免對傳統(tǒng)模型進行改動；

(6)在CIM模型文件中需要創(chuàng)建全新的包，將拓展的數(shù)據(jù)模型都放置在包內(nèi)或者子包內(nèi)，有效避免模型中的類項發(fā)生混淆[11-12]。

2.2 存檔定值單的定值信息整定

2.2.1 無時限電流速斷保護的整定計算

當(dāng)變電站MIS系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，為了保護MIS系統(tǒng)信息整定發(fā)生故障[13]，避免外部短路電流的影響，需要采取無時限電流速斷保護措施。首先，110KV線路的線路末端短路時最大短路電流Ik．max測得為21．4A，110KV線路的線路末端短路時最小短路電流Ik．min測得為10．38A。此時外部短路時的最大短路電流Ib為：

式(1)中，Ik．max表示本線路末端短路時最大短路電流，此時，可靠系數(shù)Ko取1．3。那么，Ib=KoIk．max=1．3×21．4=27．82kA。

當(dāng)相鄰元件是變壓器時，通過無時限電流速斷保護與變壓器保護配合的方式整定擴大保護范圍[14]。當(dāng)變壓器采用縱差動保護時，此時最大短路電流

式(2)中，Ik．max表示變壓器低壓側(cè)母線短路的最大短路電流，此時，可靠系數(shù)Ko取1．4。

為保證靈敏度，整定動作電流為7．4KA。

那么，此時可靠性系數(shù)Ks：

式(3)中，Ik．min表示最小運行方式下的系統(tǒng)，短路發(fā)生在被保護線路末端兩相時，保護中流過的最小短路電流。此時，

滿足靈敏度要求。

2.2.2 定時限電流速斷保護的整定計算

定值區(qū)號中，正常定值在“00 區(qū)”，備用定值為“01 區(qū)”。本保護設(shè)備為110KV 分段開關(guān)。CT 一次額定值為600A。CT二次額定值為5A。PT—次額定值為110KV。“充電過流電流定值”應(yīng)按對110KV 母線故障有靈敏度計算。按照躲過線路可能流過的最大負荷電流整定計算：

式(5)中，Il表示通過保護的最大負荷電流，Kres表示返回系數(shù)，Kss表示負荷自起動系數(shù)。

式(6)中，tmax相鄰元件過電流保護的最大延時。=1s。

此時，靈敏度校驗公式為：

滿足靈敏度要求。

在上述的基礎(chǔ)上，進行定值信息整定數(shù)值計算。

2.2.3 定值信息整定數(shù)值計算

電網(wǎng)一次設(shè)備模型主要是由以下三個因素決定，分別為：設(shè)備參數(shù)、拓撲關(guān)系以及運行方式[15-16]。

根據(jù)以上三個因素獲得整定計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用網(wǎng)格計算方法進行短路計算以及定值信息整定計算。設(shè)定V 代表變電站MIS系統(tǒng)中的有限非空集合，Vi，j代表節(jié)點i指向節(jié)點j的邊的集合，則有：

所以，集合V的鄰接矩陣A(V)能夠表示為以下的形式：

式(10)中，aij表示整定靈敏度系數(shù)。計算公式為：

式(11)中，Z表示變電站的電流定值，I表示充電電流，根據(jù)以上結(jié)果，計算出適合定值信息整定數(shù)值。

2.3 存檔定值單的定值信息誤整定警告

在實際的電力系統(tǒng)中，雖然系統(tǒng)的保護裝置是多種多樣的，但是原理基本一致。通常情況下系統(tǒng)的保護原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)保護原理

針對任意一個保護裝置而言，無法采用傳統(tǒng)的模型進行表示，但是能夠?qū)⑾到y(tǒng)保護裝置劃分成多個子裝置，這些子裝置之間互相關(guān)聯(lián)[17-19]。

在上述基礎(chǔ)上，將復(fù)雜的整定規(guī)程通過計算機進行簡化，有效實現(xiàn)定值校核，也是整定技術(shù)的核心所在[20-22]。

變電站MIS 系統(tǒng)存檔定值單的定值信息誤整定流程為圖3所示。根據(jù)指定的啟動模式，得到遙信量和遙測量文件解析文件，校核計算整體設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，以達到變電站MIS系統(tǒng)存檔定值單的定值信息誤整定警告的目的。

圖3 存檔定值單的定值信息誤整定警告流程圖

變電站MIS 系統(tǒng)存檔定值單的定值信息誤整定警告包含兩個十分關(guān)鍵的技術(shù)，以下詳細給出：

(1)一次設(shè)備模型以及二次設(shè)備模型的通用性[23]；

除了需要進行快速整定參數(shù)計算之外，還需要對定值信息誤整定警告范圍進行優(yōu)化處理；

(2)警告結(jié)果的嚴重性分級。

當(dāng)變電站MIS系統(tǒng)的運行方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)保護的定值信息將不再適用，同時系統(tǒng)的安全性也將受到威脅[24-25]。所以，需要通過定量評估方法確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時確定系統(tǒng)運行過程中的薄弱環(huán)節(jié)，有效采取對應(yīng)的防護措施。

在上述分析的基礎(chǔ)上，分析不同電網(wǎng)的運行方式，對定值信息的靈敏度以及選擇性進行在線校驗，以達到變電站MIS系統(tǒng)存檔定值單的定值信息誤整定警告的目的，此時計算出整定值DZ為：

式(4)中，Uk表示變電站的配變阻抗值，Is表示出現(xiàn)故障時的三相短路電流。當(dāng)整定值時發(fā)送警告信號。

綜上所述，實現(xiàn)了變電站MIS系統(tǒng)存檔定值單的定值信息誤整定警告。

3 仿真實驗

為了驗證所提變電站MIS 系統(tǒng)存檔定值單的定值信息誤整定警告方法的綜合有效性，需要進行仿真實驗測試。

3.1 變電站相關(guān)參數(shù)設(shè)定

實驗相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 變電站相關(guān)參數(shù)

在上述參數(shù)基礎(chǔ)上完成實驗。

3.2 誤整定警告靈敏度系數(shù)

選取仿真時間為80s，獲得不同條件下誤整定警告信號情況，結(jié)果如圖4所示。

圖4 誤整定警告信號仿真

如圖4所示，靈敏度系數(shù)與誤整定警告準(zhǔn)確性成正比關(guān)系，靈敏度系數(shù)越接大說明誤整定警告準(zhǔn)確性越高。圖4(a)表示無干擾條件下誤整定警告靈敏度系數(shù)，在無外界干擾情況，除第30s 左右，靈敏度系數(shù)在仿真時間內(nèi)都為1，誤整定警告的靈敏度系數(shù)較大，準(zhǔn)確率也較高。圖4(b)表示干擾條件下傳統(tǒng)方法誤整定警告的靈敏度系數(shù)，當(dāng)存在外界干擾情況下，誤整定警告的靈敏度系數(shù)降低，說明此時準(zhǔn)確率下降。圖4(c)表示干擾條件下所提方法誤整定警告的靈敏度系數(shù)，當(dāng)存在外界干擾情況下，所提方法的誤整定警告靈敏度系數(shù)幾乎不受影響，說明所提方法的準(zhǔn)確率較為理想。

為了進一步驗證所提方法的有效性，改變變電站MIS系統(tǒng)的時間參數(shù)，得到誤整定警告靈敏度系數(shù)，如圖5所示。分析圖5可知，本文方法在改變時間參數(shù)后，靈敏度系數(shù)受到時間影響，從第10s 開始，靈敏度系數(shù)開始增加，到第40s后基本恢復(fù)到正常水平，說明本文方法具有較強的適應(yīng)性。

圖5 改變時間參數(shù)后誤整定警告靈敏度系數(shù)

3.3 定值信息誤整定警告準(zhǔn)確率(%)

為了驗證多元狀態(tài)估計方法，DOST能量相似度警告方法以及所提方法的有效性，以下對所提方法定值信息誤整定警告準(zhǔn)確率變化情況，具體的仿真實驗測試結(jié)果如圖6所示。

圖6 定值信息誤整定警告準(zhǔn)確率

如圖6所示，不同方法下定值信息誤整定警告準(zhǔn)確率不同。在運行時間持續(xù)增加的情況下，誤整定警告準(zhǔn)確率存在一定下降趨勢。在前5分鐘內(nèi)，三種方法的定值信息誤整定警告準(zhǔn)確率都較高。時間為5min 時，多元狀態(tài)估計方法的誤整定警告準(zhǔn)確率為82%，DOST能量相似度警告方法誤整定警告準(zhǔn)確率為75%，所提方法誤整定警告準(zhǔn)確率為95%。隨著時間的增加，誤整定警告準(zhǔn)確率有下降趨勢。當(dāng)時間為30min 時，多元狀態(tài)估計方法的誤整定警告準(zhǔn)確率為39%，DOST能量相似度警告方法誤整定警告準(zhǔn)確率為37%，所提方法誤整定警告準(zhǔn)確率為94%。所提方法具有較高的誤整定警告準(zhǔn)確率。

實驗在第7min 與第38min 增加了干擾信號，三種方法都受到干擾影響，準(zhǔn)確率有所下降。以第38min 狀態(tài)為例，多元狀態(tài)估計方法的誤整定警告準(zhǔn)確率由45%降到28%，DOST 能量相似度警告方法誤整定警告準(zhǔn)確率由43%降到21%，所提方法誤整定警告準(zhǔn)確率由94%降到82%。所提方法降幅最小，且準(zhǔn)確率最大，說明所提方法具有較強的抗干擾能力，定值信息誤整定警告準(zhǔn)確率的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確率也較高。以上實驗數(shù)據(jù)有效驗證了所提方法的優(yōu)越性。

3.4 警告整定值(r/min)

為了更加全面驗證所提方法的有效性，實驗選取多元狀態(tài)估計方法，DOST能量相似度警告方法作為對比方法進行仿真實驗測試，具體的實驗對比結(jié)果如表1所示。

由表1可知，隨著電流的持續(xù)增加轉(zhuǎn)速的警告整定值也在不斷發(fā)生變化。當(dāng)電流為24A時，多元狀態(tài)估計方法的轉(zhuǎn)速警告整定值為400r/min，DOST 能量相似度警告方法的轉(zhuǎn)速警告整定值為389r/min，而本文方法的轉(zhuǎn)速警告整定值為890r/min。當(dāng)電流為48A 時，多元狀態(tài)估計方法的轉(zhuǎn)速警告整定值為405r/min，DOST 能量相似度警告方法的轉(zhuǎn)速警告整定值為356r/min，而本文方法的轉(zhuǎn)速警告整定值為970r/min。本文方法的轉(zhuǎn)速警告整定值明顯高于其他兩種傳統(tǒng)方法，本文方法能夠適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速警告整定值，減少誤整定現(xiàn)象的發(fā)生。

表1 不同方法的警告整定值

4 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)方法存在定值信息靈敏度不佳等問題，本文設(shè)計并提出變電站MIS 系統(tǒng)存檔定值單的定值信息誤整定警告方法。通過具體的仿真實驗數(shù)據(jù)，有效驗證了所提方法的有效性以及實用性。

本文方法的整定所需時間還需要進一步縮短，后續(xù)將針對這一問題進行完善。