数字化变电站继电保护系统的可靠性建模

郑海涯

摘 要 数字化变电站建设不断增加，不仅带动着变电站技术的变革，也给继电保护系统运行提出了较高的要求。继电保护系统运行的安全性与可靠性，直接影响着数字化变电站运行的效率，对此加强继电保护系统可靠性建模分析，有着现实的意义。

【关键词】数字化 变电站 继电保护 可靠性 建模

当下时期科学技术不断发展，使得继电保护系统运行水平得以极大的提升，新型保护装置与互感器等，被应用到继电保护系统，由于设备成熟度不高，在运行的过程中性能受到多种因素的影响，使其可靠性较差，因此继电保护系统可靠性问题，成为研究的重点内容。

1 数字化变电站继电保护系统特征

数字化变电站继电系统中，元件仪器众多，为继电保护系统运用，提供了基本支持，但是因为元件众多，使得继电保护系统的可靠性受到极大的影响。电子式互感器运行原理与结构等各不相同，极大程度上影响着系统可靠性。继电保护系统传输方式为以太网形式，拓扑结构以交换机网络为主，进而使得数字化变电站继电保护系统的复杂性较高。继电保护系统网络通信形式，主要以报文式为主，影响着系统可靠性较低，甚至引发丢包问题与网络风暴问题，而优先级队列技术等的应用，能够确保变电站系统运行的可靠性。

2 继电保护系统通信模型分析

2.1 信息回路分析

2.1.1 同步对时信息

在同步对时信息回路中，同步时钟源发挥着重要的作用，能够快速的接收时钟信号，比如GPS或者北斗系统等，间隔一段时间，将相关信息传输给智能终端以及保护单元等。我国变电站采取的对时方法，主要包括网络对时与编码对时，以及脉冲对时。网络对时是基于以太网与对时交换机开展的，网络结构的核心是树状路径。脉冲对时与编码对时具有特定的对时网络，通过相关传输介质，同步时钟源与相关对时设备能够直接连接，由星型结构与分级星型结构等构成。编码对时与脉冲对时的对时回路结构图，如图1所示。

2.1.2 SV报文信息与GOOSE报文信息

通常情况下SV报文信息回路，其主要源自互感器，若想保护单元，则需要合并单元，使用相应交换机网络。交换机网络的表示主要是以虚线形式，由于采样值传输规约之间存在不同，若能够符合点对点传输需求，则不需要使用交换机网络。目前我国数字化变电站继电保护系统主要使用的规约包括IEC60044-7/8，以及IEC61850-9-1等。

GOOSE报文指的是面向对象的数字化变电站实践，通过订阅人员或者发布人员的形式，能够实现单点向多点传输数据的功能。GOOSE报文的可靠性以及实时性较高，为通信模型的一种。

2.2 继电保护系统可靠性计算

基于信息流角度，具有通路则能够确保各类信息的有效传递，确保继电保护能够完成相关功能，信息回路的连通率直接影响着继电保护系统运行的可靠性。若继电保护系统由多个元件或者子系统构成，其中任意部分运行失效，造成系统失效，则系统为串联关系，利用

Rj来计算可靠性，其中Rsys指的是系统可靠性，而m指的是系统元件个数或者子系统个数，Rj指的是第j个元件或者子系统运行的可靠性。若某元件或者子系统为冗余配置时，各个部分故障时，则系统会失效，系统为并联关系，运用

（1-Rj）来计算。除此之外还可以运用最小路集算法，先找出首末节点之间的全部最小路径，Li（i=1、2、...n），n指的是最小路径数量，路径可靠性表达式为

R，P（Li）指的是最小路径的Li连通的概率，Rj指的是第j个元件运行的可靠性，元件可以为节点，也可以是线段。

2.3 OPNET网络建模

基于OPNET仿真系统，面向继电保护分析的过程层网络建模，其作为主流仿真工具与建模，运用面向对象的系统建模方法，使用图形化编辑器，能够支持通。此建模主要分为网络域、节点域、进程域。网络域利用网络设备模型与设置设备属性，实现现实网络映射。节点域则实现功能组合，进行层次结构描述，实现设备功能。进程域利用C语言与核心函数等，进行节点域功能模块定义。

2.4 MU模型

基于OPNET节点编辑域，构建MU节点模型。MU模型上层是应用层，通过接口达到MAC节点模块，最终通过物理层，实现数据发送。MU节点模型主要是进行数据SV包装，实现数据同步后，将数据发送给IED。MU模型的应用层主要是负责数据搜集。在OPNET进程域中，进行数据包创建，将获取的数据编写到数据包中，在将数据发送给链路层处理。

3 继电保护系统可靠性提升策略

3.1 插值算法

利用插值算法，能够有效的避免使用外部时钟完数据采样同步时，对时钟源的依赖性，所存在的故障隐患问题，避免继电保护设备发生不正确动作。此算法步需要依赖外部时钟，遵循等间隔采样，由继电保护装置，依据固定的传变延时，做补偿与插值计算，能够在同时刻开展重采样，各间隔的电子式互感器采样值能够同步，使得保护装置运行的可靠性得以极大的提高。

3.2 软件积分

基于Rogowski原理，电子式电流互感器所输出的信息，需要经过积分处理后，才能够获取被测电流信号。在采集器中，利用硬件积分以及合并单元处理软件积分的方式。软件积分处理在稳态精度以及暂态误差等方面，具有较强的应用优势，其能够利用代码实现，能够避免元器件特征给积分造成的影响，使得采集器功耗得以降低，提高了系统的可靠性以及经济性。

4 结束语

数字化变电站继电保护系统，采取通用建模方法，从信息流角度，构建可靠性模型，能够准确的评价继电保护系统方案的可靠性与安全性，但是人工计算方式较为繁琐，若能够合理运用软件，则能够提高可靠性评估效率。

参考文献

[1]王同文，谢民，孙月琴，沈鹏.智能变电站继电保护系统可靠性分析[J].电力系统保护与控制，2015（06）：58-66.

[2]张弛，曹建东，李一泉，王慧芳.数字化变电站繼电保护方案定量评估系统研究[J].广东电力，2012（05）：24-27.