数字化变电站继电保护系统的可靠性建模的思考

刘友元

【摘 要】近年来，人们对电能使用要求不断提高，电力系统只有满足用户的使用需求，才能充分发挥电力系统的应用价值。此时，数字化变电站应运而生，只有不断完善该变电站继电保护系统、提高系统运行可靠性，才能确保电能稳定供应。通过可靠性建模的方式分析这一系统的基本组成和特点，能为电力行业发展起到铺垫作用。

【关键词】数字化变电站；继电保护系统；可靠性；建模

0 前言

现如今，电力企业不断扩大发展规模，这类企业主要以维护电网稳定运行为基本目标，新型继电保护系统应用的过程中更应做好性能检测、可靠性分析等工作，因此，本文对数字化变电站继电保护系统通过可靠性建模来展开探究具有一定现实意义。希望能为相关电力企业提供有效性参考。

1 系统组成及特点

1.1 系统组成

数字化变电站主要依靠先进信息技术进行升级和发展，这类变电站的继电保护系统具有独特性，它与传统变电站存在差异，具体体现在内部结构组成、连接方式等各个方面。系统组成模块主要有同步时钟源（TS）、合并单元（MU）、断路器（BR）、传输介质（TM）、保护单元（PR）、互感器（MI）、智能终端（IT）、交换机（SW）。其中，合并单元（MU）主要负责数据采集，并将特殊格式的数据有效性传输，传输终端为交换机（SW）；交换机能够提供信息传输的重要平台，确保设备信息在这一平台中实现及时共享；智能终端（IT）主要用来控制断路器，并负责信息采集和传输。通信介质多为光纤、铜线电缆，通信介质的接口存在差异性，二者对保护系统运行稳定性有一定影响。因为系统严格要求事件的序列性以及时间准确性，因此不同设备传递信息的过程中应进行校时处理[1]。

1.2 系统特点

由于系统内部组成元件以及仪器的数量较多，只有做好组成元件、组成仪器的继电保护工作，才能从整体上提高系统稳定性，确保继电系统有序运行，这也是数字化变电站正常工作的基本要求。但上述元件实际运行的过程中极易出现故障，进而影响系统可靠性。例如，互感器结构不同于系统结构，进而其运行方式对系统有序运行会产生阻碍作用，因为系统运行方式主要为以太网式，它的工作内容主要以拓扑结构交换机网络为主，但保护系统运行方式主要以报文式为主，这种运行方式不仅会产生丢包现象，而且还会引发网络风暴问题，进而阻碍数字化变电站有序运行，由此可见，适当升级系统可靠性具有必要性。

2 通信模型及可靠性策略

2.1 通信模型

2.1.1 分析信息回路

实际分析的过程中，首先简要介绍同步对时信息，主要针对同步时钟源进行介绍，因为它在回路中的作用不容忽视，主要负责短时间内时钟信号的接受和传递，全面保护信号及信息的安全性。以目前变电站运行效果来看，对时法在信息回路设置中的应用率较高，主要包括脉冲对时、网络对时、编码对时。然后具体介绍报文信息（SV/GOOSE），其中，SV报文信息回路首先通过单元拆分、合并等方式完成单元保护，同时，这也是交换机网络构建的基本途径，这种类型的回路常以虛线的形式来显示，进而信息传输期间无需应用交换机网络。后者常借助人员发布式完成信息传输，GOOSE报文特点功能具体体现在多点接受单点的信息传输，通信建模期间，它具有可靠性，并且适用性较强。

2.1.2 计算系统可靠性

保护系统要想在信息传输的过程中彰显应用优势，充分发挥系统实施性，应首先掌握信息与信息回路二者间的连接方式，并分析继电系统受连接方式的影响，由于继电系统内部组成较复杂，如果某一系统出现运行障碍，那么整体系统将会受到影响。系统串联情况下：根据计算公式对系统进行可靠性计算，在此期间，需要统计元件数量以及子系统个数，如果某个元件或者子系统存在冗余配置现象，那么系统整体运行效果达不到预期；系统并联情况下：可靠性计算常用方法为最小路径法，即通过最短路径查询完成数量计算，以此得知这一路径的连通性概率，借此提升元件（节点/相应线路）可靠性[2]。

2.1.3 网络建模——OPNET

具体指的是应用OPNET仿真系统，使其开展于继电保护分析阶段。实际建模的过程中，能够适当借鉴面向对象系统建模法，同时还可以发挥图形编辑器的应用作用。OPNET网络建模主要分为三部分，第一部分即网络域，利用网络设备模型掌握设备属性，借此实现现实网络映射；第二部分即进程域，利用C语言程序完成核心函数计算，然后对其进行计算分析，根据计算结果分析系统稳定性；第三部分即节点域，主要通过功能整合完成层次结构描述，以便为设备整合、设备有序运行起到铺垫作用。

2.1.4 合并单元模型

主要以OPNET节点编辑域为基础进行合并单元模型构建，这一模型通过接口处理设置节点模块——MAC，接下来经过物理层完成数据传输。其中，合并单元节点模型主要进行数据包装，即在数据处理的基础上完成数据向IED传输。合并单元模型应用层主要用来形成数据包，并完成信息传输、数据编码填写、链路层处理等基本工作。

2.2 可靠性策略

2.2.1 应用软件积分

软件积分实际应用的过程中，它主要利用Rogowski这一原理，互感器传输信息之前应首先进行信息操作，通过信息操作获取所需要的电流信号，这一工作离不开采集器的辅助和支持，同时，硬件积分也会发挥应用作用，以此缩短不同单元整合时间，大大优化软件积分处理效果。软件积分处理功能适用于暂态误差处理工作，实际处理的过程中，代码也能通过分析元器件特点以及影响因素来削弱积分的不利影响，以此降低采集器的功率耗量，减少处理成本，全面提高系统安全性和稳定性，这对继电保护系统应用优势发挥具有促进作用，同时，电力行业也能持续发展。

2.2.2 应用插值算法

在掌握系统应用特点以及运行原理的基础上，应用插值算法来提高系统运行可靠性，这对电力企业有序发展具有基础性作用。应用插值算法不仅会降低故障隐患发生几率，而且还能妥善解决相应问题，插值算法应用期间应遵循相应规则，遵循间隔采样要求，必要时借助外部时钟的辅助作用，大大提高差值计算的准确性，与此同时，有序开展重采样活动，确保互感器在数值获取、整合的过程中被全面管控，这不仅会对相关装置进行安全性保护，而且还能提高保护系统的可靠性。

根据数字化变电站继电保护系统可靠性分析需要，选用适合的软件积分、插值算法等策略提高系统可靠性，这不仅能够具体掌握系统运行特点，而且还能全面了解系统运行方式，尽可能的降低系统运行故障，确保系统稳定性、可靠性运行，这对电力企业经济效益增加具有促进意义[3]。

3 结论

综上所述，电力企业在网络信息背景中，通过建立数字化变电站来完成电能资源的有序供应，通过可靠性建模的方式对这类变电站继电保护系统进行全面分析，并提出可靠性策略，这不仅能够优化电能质量，而且还能提高电力系统的安全性，大大降低电力系统运行风险。此外，人们生产生活中对电能的应用需要也能得到满足，这在一定程度上会提升人们的生活质量，电力企业也能有序运行。

【参考文献】

[1]黄光，陈焕荣.数字化变电站继电保护系统的可靠性建模研究[J].通讯世界，2017，（21）：117-118.

[2]郑海涯.数字化变电站继电保护系统的可靠性建模[J].电子技术与软件工程，2017，（05）：249.

[3]王超，王慧芳，张弛.数字化变电站继电保护系统的可靠性建模研究[J].电力系统保护与控制，2013，41（03）：8-13.endprint