沈陽(yáng)工程學(xué)院 魏琳洹 尹常永

輸電線路距離保護(hù)對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行以及被保護(hù)的電氣設(shè)備都是重要的，同時(shí)選擇合適的整定計(jì)算系統(tǒng)，對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的可靠運(yùn)行具有十分重要的作用。本論文主要是針對(duì)輸電線路距離保護(hù)的形式、發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)其整定計(jì)算的系統(tǒng)和核心內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并提出了展望。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)越來(lái)越龐大，其復(fù)雜的架構(gòu)也是我們研究的難題。高壓的輸電線路可能出現(xiàn)的故障情況也就越來(lái)越多。在這種情況下，在線路距離保護(hù)技術(shù)方面，要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

第一，要準(zhǔn)確地辨別出問(wèn)題的線路，并且快速地將它們移除，最大化的縮小停電范圍；第二，要能非常好的調(diào)整線路狀態(tài)以應(yīng)對(duì)環(huán)境的改變，并且保持其穩(wěn)定的特性；第三，巡檢人員可以方便地檢查，維修。

輸電線路距離保護(hù)整定計(jì)算必須滿足“四性”的要求。即“可靠性”、“選擇性”、“快速性”和“靈敏性”。對(duì)高壓電網(wǎng)輸電線路進(jìn)行整定計(jì)算，為了滿足上述要求，裝設(shè)的距離保護(hù)裝置要合理選擇和配合，這些工作都是不容易的。

1 距離保護(hù)研究現(xiàn)狀

距離保護(hù)是利用短路時(shí)電壓、電流在同一時(shí)間發(fā)生變化的特征，測(cè)量計(jì)算出U與I的比值，反應(yīng)發(fā)生故障的位置到保護(hù)架設(shè)處的距離，并根據(jù)該數(shù)值的大小而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。

距離保護(hù)原理根據(jù)數(shù)據(jù)處理方式的不同可分為頻域距離保護(hù)和時(shí)域距離保護(hù)。

1.1 頻域距離保護(hù)

侯俊杰、樊艷芳、王一波等人介紹了頻域距離保護(hù)利用工頻量計(jì)算測(cè)量阻抗。但風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源接入系統(tǒng)時(shí)其不同于傳統(tǒng)電網(wǎng)輸電線路的故障特性，使得頻域距離保護(hù)可靠性受到影響，保護(hù)可能無(wú)法正確動(dòng)作。

雙饋型電源存在頻率偏移的故障特性，一般采用傅里葉算法提取電壓、電流相量，導(dǎo)致線路故障電壓、電流頻率不一致，使傅里葉算法無(wú)法準(zhǔn)確提取工頻量，繼而求得的測(cè)量阻抗存在較大誤差，頻域距離保護(hù)在雙饋型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后聯(lián)絡(luò)線上不能準(zhǔn)確動(dòng)作。而逆變型電源雖不存在頻率偏移的問(wèn)題，但其弱饋性的故障特性同樣使得頻域距離保護(hù)在直驅(qū)型風(fēng)電場(chǎng)及光伏電站并網(wǎng)后聯(lián)絡(luò)線上不能準(zhǔn)確動(dòng)作。

1.2 時(shí)域距離保護(hù)

裘愉濤、潘武略、倪傳坤等人介紹了時(shí)域距離保護(hù)，即基于R-L模型算法的距離保護(hù)，其基本思路是在輸電線路短路情況下，忽略線路分布電容產(chǎn)生的高頻分量影響，用一個(gè)電阻和電感的串聯(lián)電路等效故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的線路，根據(jù)該模型列寫(xiě)出KVL方程，求解得到與測(cè)量阻抗對(duì)應(yīng)的電阻和電感。

R-L模型算法不需要濾除非周期分量，并且不受電網(wǎng)頻率變化的影響，同時(shí)具有很好的頻帶適用范圍。但當(dāng)線路長(zhǎng)度增加時(shí)，頻帶適用范圍變窄，當(dāng)線路長(zhǎng)度達(dá)到500km時(shí)，其適用頻帶小于124Hz，因此需要根據(jù)線路長(zhǎng)度調(diào)整濾波器的性能。R-L模型算法只需在其適用頻帶內(nèi)，即可準(zhǔn)確的計(jì)算出測(cè)量阻抗，其受新能源發(fā)電故障特性的影響比頻域距離保護(hù)小。但是R-L模型算法由于忽略了輸電線路分布電容，應(yīng)用于長(zhǎng)輸電線路時(shí)可能存在較大誤差。

2 整定計(jì)算研究現(xiàn)狀

2.1 整定計(jì)算系統(tǒng)

繼電保護(hù)整定計(jì)算系統(tǒng)發(fā)展至今，按其發(fā)展歷程大致可分為全人工整定計(jì)算、半人工整定計(jì)算和計(jì)算機(jī)整定計(jì)算三個(gè)階段。

Elias先生指出：“工程木協(xié)會(huì)(APA)最初是代表制作汽車門板和踏腳板的標(biāo)準(zhǔn)花旗松膠合板行業(yè)，5家小公司認(rèn)識(shí)到他們可以作為一個(gè)整體推銷自己而不是單個(gè)公司產(chǎn)品。今天已經(jīng)增加到172個(gè)成員工廠?！?/p>

2.1.1 全人工整定計(jì)算

70年代之前，設(shè)置數(shù)值的整定都是以手工計(jì)算的方式確定的，整定計(jì)算人員首先通過(guò)Y/△轉(zhuǎn)變對(duì)所研究的框架做一定的簡(jiǎn)化處理，然后通過(guò)不正常計(jì)算時(shí)所獲得的整定時(shí)短路電流，最后被保護(hù)計(jì)算的數(shù)值是由相應(yīng)整定方法并加以計(jì)算所得到的。

該方式計(jì)算內(nèi)容多、計(jì)算過(guò)程需要的時(shí)間較長(zhǎng)、整體計(jì)算效率低下并且給不出最終精確的結(jié)果，因此，該方法只能被單層架構(gòu)且小范圍的配電型網(wǎng)絡(luò)所采用。

2.1.2 半人工整定計(jì)算

70年代之后，計(jì)算機(jī)逐漸開(kāi)始被投入于整定計(jì)算的項(xiàng)目中。從那時(shí)起，工作者就可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)完成不正常工作情況下的計(jì)算，減少了工作人員的工作量，整定參數(shù)計(jì)算的速度和準(zhǔn)確程度得到了提升。雖然借助計(jì)算機(jī)軟件的幫助完成了大部分工作，但剩余部分仍需要人們手工來(lái)計(jì)算結(jié)果，并沒(méi)有根治問(wèn)題，效率依舊低下。

2.1.3 計(jì)算機(jī)整定計(jì)算

R.H.Cauthenge,W.P.Mccanne介紹了80年代初，Internet技術(shù)極大地發(fā)展，速度迅猛，各地的電氣行業(yè)人員與技術(shù)研究人員接連對(duì)計(jì)算機(jī)計(jì)算保護(hù)整定的數(shù)值工作開(kāi)創(chuàng)研究，各種整定數(shù)值計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這也說(shuō)明了自動(dòng)化大時(shí)代的到來(lái)，因此，大大提高了整定數(shù)值計(jì)算工作的速度以及準(zhǔn)確性。

R.Albre,M.J.Nisja,W.E.Feero,et al介紹了從90年代初到現(xiàn)如今，電氣行業(yè)的不斷進(jìn)步，對(duì)于應(yīng)用計(jì)算機(jī)所涉及的計(jì)算軟件需求更多，更加精細(xì)。為此工作人員通過(guò)不懈的努力與探索，想出了各類新的計(jì)算方式以及參數(shù)設(shè)定形式，并嘗試于在整定計(jì)算工作之中用到這些創(chuàng)新。在這一大環(huán)境下，也說(shuō)明了計(jì)算機(jī)參與整定數(shù)值設(shè)定的軟件迎來(lái)了新時(shí)代。

隨著電網(wǎng)發(fā)展，整定計(jì)算系統(tǒng)所要開(kāi)發(fā)的功能種類越來(lái)越多、定制開(kāi)發(fā)帶來(lái)的功能差異也愈加復(fù)雜。為了解決這個(gè)問(wèn)題，原有的方法是系統(tǒng)后端同前端一樣通過(guò)模塊化，使業(yè)務(wù)分離，代碼層次化，但是大量的層次會(huì)使得系統(tǒng)縱深過(guò)大，冗余且復(fù)雜，維護(hù)性降低，系統(tǒng)運(yùn)行效率受影響。

目前應(yīng)用較為廣泛的系統(tǒng)，采用私有云系統(tǒng)，即系統(tǒng)部署在安全可靠的Linux系統(tǒng)中，使用docker技術(shù)進(jìn)行模塊化管理，Docker技術(shù)是一種更加精細(xì)、可控、基于微服務(wù)的技術(shù)。基于Docker的容器可將部署時(shí)間縮短到幾秒，通過(guò)為每個(gè)進(jìn)程構(gòu)建容器，可以快速將這些類似進(jìn)程應(yīng)用到新的應(yīng)用程序中。而且，由于無(wú)需啟動(dòng)操作系統(tǒng)即可添加或移動(dòng)容器，因此大幅縮短了部署時(shí)間。

系統(tǒng)使用neo4j、mysql、mongodb數(shù)據(jù)庫(kù)作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)底層支撐。NoSQL的Neo4j圖數(shù)據(jù)庫(kù)是以圖的結(jié)構(gòu)形式來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，它所存儲(chǔ)的是聯(lián)系的數(shù)據(jù)，是關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)本身，對(duì)于構(gòu)建電網(wǎng)模型具有前所未有的優(yōu)勢(shì)。其主要的工作流程為：

（1）客戶端發(fā)送請(qǐng)求：用戶在客戶端瀏覽器頁(yè)面提交表單操作，向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，等待服務(wù)器響應(yīng)；（2）服務(wù)器端處理請(qǐng)求：服務(wù)器端接收并處理請(qǐng)求，應(yīng)用服務(wù)器端通常使用服務(wù)器端技術(shù)，對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并產(chǎn)生響應(yīng)；（3）服務(wù)器端發(fā)送響應(yīng)：服務(wù)器端把用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)（網(wǎng)頁(yè)文件、圖片、聲音等等）返回給瀏覽器；（4）瀏覽器解釋執(zhí)行HTML文件，呈現(xiàn)用戶界面。

2.2 整定計(jì)算核心內(nèi)容

繼電保護(hù)整定計(jì)算以電網(wǎng)參數(shù)作為計(jì)算基礎(chǔ)，通過(guò)電網(wǎng)數(shù)據(jù)預(yù)處理將電網(wǎng)拓?fù)浼霸O(shè)備參數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算模型數(shù)據(jù)，并通過(guò)廣播機(jī)制將數(shù)據(jù)自動(dòng)云同步至所有云服務(wù)器中，為后續(xù)計(jì)算工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

當(dāng)用戶進(jìn)行一個(gè)電網(wǎng)工程整定時(shí)，需要先創(chuàng)建一個(gè)計(jì)算工程，將需要計(jì)算的廠站線路加入工程中，選擇要計(jì)算的保護(hù)類型開(kāi)始進(jìn)行整定計(jì)算，同時(shí)客戶端自動(dòng)向負(fù)載均衡器發(fā)送計(jì)算請(qǐng)求，負(fù)載均衡器的任務(wù)代理服務(wù)器自動(dòng)將整個(gè)計(jì)算工程作為一個(gè)主任務(wù)下發(fā)至后端框架中的主服務(wù)器進(jìn)行處理。

主服務(wù)器進(jìn)行任務(wù)分析，判斷主任務(wù)是否需要拆分，如果計(jì)算量較小，不需要考慮過(guò)多的方式及算法，則直接調(diào)用主服務(wù)器中的云組件進(jìn)行計(jì)算并返回結(jié)果；如果計(jì)算量較大，需要計(jì)算大規(guī)模電網(wǎng)或多種配合規(guī)則，主服務(wù)器則將主任務(wù)根據(jù)保護(hù)觀測(cè)點(diǎn)、配合規(guī)則、預(yù)算分析量、計(jì)算案例進(jìn)行逐層拆分。

方子領(lǐng)和楊洋、王慧芳、時(shí)洪禹介紹了對(duì)于任務(wù)拆分方面，首先主服務(wù)器根據(jù)主任務(wù)中的保護(hù)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行任務(wù)拆分，將一個(gè)工程中的所有觀測(cè)點(diǎn)拆分成多個(gè)子任務(wù)，并將子任務(wù)上交至任務(wù)代理服務(wù)器進(jìn)行單一隊(duì)列算法分發(fā)任務(wù)，后臺(tái)框架中所有上線的云服務(wù)器主動(dòng)向任務(wù)代理服務(wù)器索要子任務(wù)，然后根據(jù)配合規(guī)則進(jìn)行任務(wù)拆分并上交至任務(wù)代理服務(wù)器；后臺(tái)框架中所有上線的云服務(wù)器主動(dòng)向任務(wù)代理服務(wù)器索要子任務(wù)，然后根據(jù)預(yù)算分析量進(jìn)行任務(wù)拆分并上交至任務(wù)代理服務(wù)器；后臺(tái)框架中所有上線的云服務(wù)器主動(dòng)向任務(wù)代理服務(wù)器索要子任務(wù)，然后根據(jù)具體計(jì)算案例進(jìn)行任務(wù)拆分，當(dāng)子任務(wù)拆分成具體計(jì)算案例時(shí)，該子任務(wù)拆分已達(dá)到最小顆粒度，無(wú)法再進(jìn)一步拆分，每個(gè)云服務(wù)器則調(diào)用故障計(jì)算云組件進(jìn)行并行計(jì)算；當(dāng)最小顆粒度的子任務(wù)計(jì)算完成后，系統(tǒng)將計(jì)算結(jié)果按云服務(wù)器——任務(wù)代理服務(wù)器——主服務(wù)器的順序進(jìn)行回執(zhí)操作。主服務(wù)器匯總所有子任務(wù)的計(jì)算結(jié)果提交至任務(wù)代理服務(wù)器，最終匯總結(jié)果被轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)代理服務(wù)器，再由所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)代理服務(wù)器廣播至后臺(tái)框架中所有上線的云服務(wù)器進(jìn)行云存儲(chǔ)，同時(shí)任務(wù)代理服務(wù)器將匯總結(jié)果返回至原客戶端顯示，整定計(jì)算過(guò)程結(jié)束。

總結(jié)：本論文主要針對(duì)輸電線路距離保護(hù)配置和整定計(jì)算來(lái)討論，選擇合理的保護(hù)方式和整定計(jì)算系統(tǒng)，對(duì)電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行具有十分重要的作用。在做整定計(jì)算工作時(shí)，需要更深入地研究和探討各種裝置的各項(xiàng)定值如何整定才能使保護(hù)的動(dòng)作行為更符電網(wǎng)的安全運(yùn)行需要。相信在不久的將來(lái)，會(huì)有一套更為成熟高效的整定計(jì)算平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)一體化的快速整定計(jì)算。