一种继电保护定值在线校核的计算方法及系统与流程

本发明属于电力系统继电保护领域，更具体地，涉及一种继电保护定值在线校核的计算方法及系统。

背景技术：

基于智能电网调度技术支持系统基础平台已经建设了各类功能强大的高级应用，这些高级应用为电力调度提供了丰富的监控、预警等功能。为满足智能电网和智能调度的建设的需求，提高继电保护人员、电力调度人员、运行方式人员对继电保护动作行为的掌控能力，提出了基于智能电网调度技术支持系统建设继电保护定值在线校核及预警应用的要求。

继电保护定值的动态计算方法(毕兆东,王宁,夏彦辉,刘蔚,刘一民,徐彭亮.基于动态短路电流计算的继电保护定值在线校核系统[J].电力系统自动化,2012,07:81-85)能够参考计算过程中多方面的因素，计算结果较为准确，然而却计算速度偏低。而对于继电保护定值在线校核，其计算速度十分重要。若在线校核计算耗时过长甚至多于EMS的刷新周期15分钟，将会影响到电力系统故障发生后继电保护动作的速动性和可靠性，从而可能使得电网发生故障，所以实时性要求对在线校核至关重要，为满足这一要求，就必须采用有效措施来提高计算速度。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种继电保护定值在线校核的计算方法与系统，其目的在于通过并行计算提高继电保护定值实时计算的计算速度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种继电保护定值在线校核的计算方法，包括以下步骤：

(1)根据在线校核请求以及电网模型，获得电网运行参数的计算任务；

(2)根据电网运行参数以及电网设备的类型，将所述计算任务分配为并行任务；所述电网设备包括线路、变压器以及母线，所述电网运行参数包括最大短路电流I_d.max、最小短路电流I_d.min、最大母线残压U_cy.max、最小母线残压U_cy.min、最大分支系数K_fz.max、以及测量阻抗Z_φ；

(3)执行并行任务，获得电网运行参数；

(4)根据所述电网运行参数，获得在线校核结果。

优选地，所述最大短路电流为其中，I_j为电网设备的基准电流；Z_xt1.max为最大运行方式下，电网设备的本侧电源至继电保护装置的正序短路阻抗，Z_xl为电网设备的正序阻抗，可靠系数K_k为1.2～1.3的常数。

优选地，所述最小短路电流为其中，I_j为电网设备的基准电流；Z_xt1.min为最小运行方式下，电网设备的本侧电源至继电保护装置的正序短路阻抗，Z_i⁽²⁾为两相短路时电网设备的阻抗。

优选地，所述最大母线残压为其中，Z_xl为电网设备的正序阻抗，Z_xt1.max为最大运行方式下，电网设备的本侧电源至继电保护装置的正序短路阻抗。

优选地，所述最小母线残压为其中，Z_xl为电网设备的正序阻抗，Z_xt1.min为最小运行方式下，电网设备的本侧电源至继电保护装置的正序短路阻抗。

优选地，所述最大分支系数为其中，Z_xl为电网设备的正序阻抗，Z_xt1.min为系统最小运行方式下，电网设备的本侧电源至继电保护装置的正序短路阻抗，Z_xt2.min为系统最小运行方式下，电网设备的助增电源至继电保护装置的正序短路阻抗。

优选地，所述测量阻抗为其中，U_φ为电网设备的故障相电压，I_φ为从电网设备流过继电保护装置的故障相电流，I₀为从电网设备流过继电保护装置的故障零序电流，K₀为零序电流补偿系数，z₀为电网设备的单位长度的正序阻抗，z₁为电网设备的单位长度的零序阻抗。

按照本发明的另一方面，还提供了一种继电保护定值在线校核的计算系统，包括控制中心以及并行计算服务器；所述并行计算服务器包括调度中心以及多个计算中枢；

所述控制中心的第一端连接调度中心的第一端，第二端用于连接外部的能量管理系统；

所述调度中心分别连接多个计算中枢；

所述控制中心用于根据在线校核请求以及电网模型，获得电网运行参数的计算任务，并根据电网运行参数，获得在线校核结果；

所述调度中心用于将所述计算任务分配为并行任务，并在控制中心以及计算中枢之间，进行数据缓存；

所述并行计算服务器用于根据设备参数以及并行任务，获得电网运行参数。

优选地，所述计算系统还包括用于储存设备参数的设备参数数据库。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有下列有益效果：

1、本发明通过将计算任务分配为并行任务，使得在线校核请求相关的电网运行参数能迅速获得，在不扩大问题的求解规模的情况下，提高了继电保护定值在线校核速率，有效的解决了定值在线校核中大型而复杂的计算问题；

2、根据电网运行参数及其所属电网设备的类型，将属于不同电网设备的不同类型的电网运行参数分配至不同的计算中枢，提高了校核效率和计算速度，同时保证了继电保护的速动性和可靠性；

3、本发明能够同时使用多个计算中枢进行电网运行参数的计算，从而加快了后续在线校核的效率；经验证在线校核的计算反馈时间小于3秒，完全满足继电保护定值在线校核的实时要求。

附图说明

图1为本发明继电保护在线校核的计算系统的结构示意图；

图2为本发明调度中心分配在线校核任务原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种继电保护定值在线校核的计算系统，如图1所示，包括控制中心、设备参数数据库以及并行计算服务器；所述并行计算服务器包括调度中心以及多个计算中枢；控制中心连接外部的在线校核终端以及电网的能量管理系统(EMS)。

该计算系统的工作过程包括以下步骤：

(1-1)外部的在线校核终端发出继电保护定值的在线校核请求；

(1-2)控制中心根据在线校核请求以及电网的能量管理系统中的电网模型，获得继电保护装置在电网模型中的位置及连接关系，进而获得与继电保护装置相关的电网设备的电网运行参数的计算任务；所述电网设备包括线路、变压器以及母线，所述电网运行参数包括最大短路电流I_d.max、最小短路电流I_d.min、最大母线残压U_cy.max、最小母线残压U_cy.min、最大分支系数K_fz.max、以及测量阻抗Z_φ；

(2)调度中心根据电网运行参数及其所属的电网设备的类型，将所述在线校核任务分配至优先选择低负载或轻负载的计算中枢；其具体分配方法如图2所示，第一次先将与继电保护装置相关的电网设备根据类型划分为线路、母线及电压，第二次再对同一类型电网设备中的不同设备进行区分，如图2中有l个线路，m个变压器以及n个母线，第三次再获得每个电网设备的电网运行参数的计算任务；

(3)并行计算服务器从设备参数数据库中获得设备参数，并根据设备参数执行并行任务，获得所需的电网运行参数；电网运行参数中，最大短路电流为最小短路电流(系统最小运行方式下，电网设备末端的两相短路电流)为最大母线残压(系统最大运行方式下，电网设备末端的三相短路时的母线残压)为最小母线残压(系统最小运行方式下，电网设备末端的三相短路时的母线残压)为最大分支系数为测量阻抗为零序电流补偿系数其中，可靠系数K_k为1.2～1.3的常数；所用到的设备参数有电网设备的基准电流I_j，最大运行方式下、电网设备的本侧电源至继电保护装置的正序短路阻抗Z_xt1.max，最小运行方式下、电网设备的本侧电源至继电保护装置的正序短路阻抗Z_xt1.min，电网设备的正序阻抗Z_xl，两相短路时电网设备的阻抗最小运行方式下、电网设备的助增电源至继电保护装置的正序短路阻抗Z_xt2.min，电网设备的故障相电压U_φ、从电网设备流过继电保护装置的故障相电流I_φ，从电网设备流过继电保护装置的故障零序电流I₀，电网设备的单位长度的正序阻抗z₀以及电网设备的单位长度的零序阻抗z₁；

(4)控制中心根据所述电网运行参数，对在线校核终端给出的继电保护定值进行在线校核，获得在线校核结果；

继电保护定值主要包括线路可靠性、线路灵敏性、线路选择性、线路启动值、线路距离三段多负荷能力、变压器灵敏性、变压器可靠性、变压器启动值以及母线灵敏性和母线启动值；在线校核的内容包括判断继电保护定值是否能满足继电保护的选择性(保护装置动作时，在尽可能小的区间内将故障从电力系统中断开，最大限度的保证系统的无故障部分任然安全运行)、快速性(尽可能快的切除故障，一般快速保护的动作时间为0.06s～0.12s)以及灵敏性(灵敏度系数(＝保护范围内发生金属性短路时故障参数的计算值与保护装置动作参数值的比值)在1.2～2之间)以及可靠性(可靠性：不误动不拒动，可靠系数在1.2～1.3之间)；

在线校核结果为配合、不完全配合以及不配合，控制中心对不完全配合以及不配合的继电保护定值进行罗列，并根据该继电保护定值的在线校核结果的相关信息形成告警信息，并输出至外部的在线校核终端。

实施例1

本实施例的并行计算服务器包括调度中心以及多个计算中枢；调度中心由hadoop并行计算Mater主节点以及redis缓存服务器组成，二者互为备用；多个计算中枢即为hadoop计算节点处理机。

针对国网宁夏电力公司电力调度控制中心提出的定值在线校核需求，采用了并行计算技术等先进技术。

(1)首先将所需的校核贺兰山变电站保护定值校核任务启动，当在线校核控制中心接收到在线校核终端即将进行在线校核的任务请求后，根据电力系统故障时保护设备启动的时间、全切断故障电流所需时长以及保护范围，归纳出并行计算的周期以及计算范围分层分区的重要参数。

(2)将这些重要参数的计算任务传递给并行计算服务器；该电力系统中含有RCS-931BM以及WXH-803AB1R1保护设备，对于不同设备的继电保护定值在线校核使用并行计算；其次对于每个继电保护装置而言，使用并行计算技术对其接地距离Ⅲ段与相间距离Ⅲ段的保护定值进行在线校核计算。依据重要参数对距离Ⅲ段保护定值和相间距离Ⅲ段的计算任务进行分配并进行初始化后，将各个独立的并行任务单元分配给各计算节点处理机。

(3)在各个计算节点处理机上调用已有的在线校核服务并执行继接地距离Ⅲ段保护定值和相间距离Ⅲ段在线校核计算使之分别与相邻支路接地距离Ⅰ/Ⅲ、相邻支路相间距离Ⅰ/Ⅲ配合。在线校核计算完毕后，各个计算节点处理机的重要参数的计算结果将会被在线校核控制中心接收。

(4)在线校核控制中心对校核后已不能匹配继电保护定值的重要参数进行整理，对其所处的线路位置(宁夏，大青线)、保护范围以及延时等汇总形成告警信息，同时更新在线校核结果，进而将其推送到智能告警终端和在线校核终端进行显示，最终得到6个保护装置的站内校验详细结果如表1所示；其中，保护支路均为宁夏，贺青甲线，供设位置均为宁夏，贺兰山变。

表1站内的校核结果信息及告警信息

根据表1可知，宁夏、大青丙线的相间距离Ⅱ段校核结果为12.79，而装置的原有定值为13.01，该校核与相邻支路相间距离Ⅰ/Ⅲ配合保护偏差度达2％，故需要对该处定值进行修改。由于本实施例在在线校核过程使用的并行计算，该实施例中的计算时间为各种保护校核时间的最大值，从而体现了本发明的高效性和实时性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。