電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)倪益民,丁 杰,趙金榮,王 陽,夏士兵,張小軍(國電自動(dòng)化研究院/南瑞集團(tuán)公司,江蘇省南京市210003摘要:介紹了電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)的總體框架、功能定位以及主站和子站的設(shè)計(jì)方案。著重討論了在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面各種裝置接入的復(fù)雜性、與監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)方式、系統(tǒng)的安全可靠性和數(shù)據(jù)流向的分析及控制,并提出了構(gòu)造系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注意的問題。關(guān)鍵詞:繼電保護(hù);故障錄波;管理信息系統(tǒng)中圖分類號(hào):TM774;TM73收稿日期:2003-05-30。0 引言為了提高電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行、管理以及故障分析水平,各電力調(diào)度部門積極采用現(xiàn)代通信技術(shù),將保護(hù)和故障錄波信息傳

2、送到調(diào)度中心14。在傳送方式上,有些是將保護(hù)信息接入以處理四遙信息為主體的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中,然后上傳5。但因故障錄波信息數(shù)據(jù)量較大,不宜與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享通信通道,一般不被接入。所以,調(diào)度中心得不到完整的故障信息;有些調(diào)度部門傾向于將繼電保護(hù)裝置和故障錄波器等信息匯集,組成單獨(dú)的繼電保護(hù)故障信息管理系統(tǒng)。本文介紹PFS 3000電網(wǎng)繼電保護(hù)和故障信息管理系統(tǒng)及其有關(guān)的信息接入方式。1 系統(tǒng)概述PFS 3000電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)是以電力公司管轄的電壓等級(jí)在220kV 及以上變電站中的繼電保護(hù)設(shè)備、安全自動(dòng)裝置和故障錄波器為管理對(duì)象,對(duì)這些對(duì)象送出的所有信息進(jìn)行采集和分析處理,并具有為用

3、戶提供告警、操作、分析、統(tǒng)計(jì)、查詢等功能的綜合性系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般分為主站、子站(廠站2層,也可分為主站、分站、子站3層。這兩者(或三者之間通過廣義的通信網(wǎng)絡(luò)(公共電話網(wǎng)、光纖網(wǎng)、電力載波網(wǎng)等連成一個(gè)有效的整體,并在主站端與EMS,MIS 相連。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。子站的信息對(duì)象是各種裝置,其主要任務(wù)是為整個(gè)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù),并進(jìn)行轉(zhuǎn)換、篩選和遠(yuǎn)傳。主站的任務(wù)是對(duì)各種信息進(jìn)行匯總和分析。主站可以從與事故有關(guān)聯(lián)的子站提取相關(guān)數(shù) 據(jù)進(jìn)行圖1 PFS 3000電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)框圖F ig.1 Schema of PFS 3000protective fault informationman

4、agement system for power system分析,提供更精確的報(bào)告(如雙端測(cè)距。主站一般管理500kV 的廠站和重要的220kV 廠站,屬于省(網(wǎng)調(diào)級(jí);分站一般管理220kV 廠站,屬于地調(diào)級(jí)。2 子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2,3根據(jù)各變電站已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控功能的具體情況,子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心是保護(hù)裝置、故障錄波器等設(shè)備的接入方式,以及與監(jiān)控系統(tǒng)的連接方式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2、圖3 所示。圖2 PFS 3000子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(一Fig.2 The first kind of architecture of PFS 3000substation system86第27卷 第17期2003

5、年9月10日電力系統(tǒng)自動(dòng)化Automati on of Electric Power SystemsVol.27 No.17Sep t.10,2003 圖3 PFS 3000子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(二Fig.3 The second kind o f architecture o f PFS 3000substation system2.1 保護(hù)裝置的接入a.從保護(hù)管理機(jī)接入(見圖2。所有保護(hù)裝置全部接入保護(hù)管理機(jī),由保護(hù)管理機(jī)提供兩個(gè)獨(dú)立的通信口,分別與監(jiān)控和保護(hù)通信。一般說來,保護(hù)管理機(jī)采用工業(yè)PC 機(jī),或是由廠家自行開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)。在此方式下,保護(hù)裝置由管理機(jī)單獨(dú)管理,與變電站監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立,

6、互相干擾少。該結(jié)構(gòu)適合于新建項(xiàng)目和使用RTU 方式的老站改造。b.從監(jiān)控系統(tǒng)接入(見圖3。所有保護(hù)裝置和測(cè)控裝置均掛在一個(gè)管理機(jī)上,再由管理機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)或者串口把信息送給保護(hù)系統(tǒng)。這種方式節(jié)省投資費(fèi)用,改動(dòng)小,適用于已經(jīng)運(yùn)行的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)再追加保護(hù)信息管理系統(tǒng)的改造。若采用南瑞集團(tuán)公司面向間隔的測(cè)控通信一體化裝置NSD 500來構(gòu)造系統(tǒng),只要把一個(gè)間隔中的所有保護(hù)設(shè)備就近接入NSD 500,由NSD 500直接與后臺(tái)機(jī)聯(lián)網(wǎng)。2.2 四合一裝置的接入考慮到監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求很高,應(yīng)該把四合一裝置優(yōu)先放在監(jiān)控系統(tǒng)之下,由監(jiān)控系統(tǒng)的通信管理機(jī)管理,再行轉(zhuǎn)發(fā)。總之,由于四合一裝置的一體化特性,從而

7、導(dǎo)致該裝置在與保護(hù)或者監(jiān)控系統(tǒng)連接的鏈路上總有一個(gè)系統(tǒng)需要多一個(gè)環(huán)節(jié)。2.3 早期微機(jī)保護(hù)設(shè)備的接入該設(shè)備在硬件上有并口,沒有串口。在這種情況下,可以通過一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置把并口信息轉(zhuǎn)為串口方式,從而將保護(hù)信息接入系統(tǒng)。2.4 非微機(jī)保護(hù)設(shè)備的接入考慮到有的廠站還有一些非微機(jī)保護(hù)的設(shè)備,這些設(shè)備只有接點(diǎn)信息,可以增加一個(gè)測(cè)控裝置來采集這些接點(diǎn)信息。如果沒有足夠的接點(diǎn)且又是老站改造,也可以考慮從監(jiān)控系統(tǒng)引入。2.5 保護(hù)系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的連接方式保護(hù)信息轉(zhuǎn)監(jiān)控系統(tǒng)有兩種方式:¹報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā),由監(jiān)控系統(tǒng)直接解析保護(hù)事件報(bào)文;º遙信轉(zhuǎn)發(fā),由 保護(hù)系統(tǒng)統(tǒng)一解釋各種保護(hù)事件報(bào)文。保護(hù)事件轉(zhuǎn)監(jiān)控系

8、統(tǒng)仍然要貫徹分散的思想,在每個(gè)小室中應(yīng)該把本小室中的保護(hù)信息向監(jiān)控轉(zhuǎn)發(fā),這一點(diǎn)對(duì)于小室模式的系統(tǒng)尤其適用。2.6 故障錄波器的接入故障錄波器的信息交互有串口和網(wǎng)絡(luò)兩種方式,且直接提交C OMTRADE 格式的波形文件。管理機(jī)既不能對(duì)波形報(bào)文做任何轉(zhuǎn)換,又要考慮轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先問題,所以,采用由保護(hù)工程師站直接管理故障錄波器的模式。如果裝置只提供自定義格式的波形數(shù)據(jù),則由系統(tǒng)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換成主流的C OMTRADE 格式。對(duì)于串口方式的錄波器,可增加一個(gè)串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口裝置來解決上網(wǎng)問題。3 主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于主站不需要面對(duì)不同的廠站布局和各種各樣的保護(hù)設(shè)備,其結(jié)構(gòu)共性較強(qiáng)。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮數(shù)據(jù)流的控制和

9、系統(tǒng)的安全問題。3.1 數(shù)據(jù)流的控制主站的數(shù)據(jù)流向是一對(duì)多方式。數(shù)據(jù)流控制是否得當(dāng)會(huì)影響主站系統(tǒng)整體性能。由于通道、協(xié)議等原因,子站送來的數(shù)據(jù)須經(jīng)前置機(jī)處理后才能為后臺(tái)機(jī)所使用。如果信息包直接送達(dá)后臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)段上,將增添無效的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。如果連接的子站數(shù)量較多,應(yīng)考慮數(shù)據(jù)流控制。解決辦法有多種,從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看,通過分網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分流是一種方案。3.2 系統(tǒng)安全4如果主站系統(tǒng)對(duì)外開放,必然會(huì)導(dǎo)致安全性問題(系統(tǒng)本身操作方面的安全問題不屬于本文討論范疇。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面考慮采用的措施有兩種:¹增加硬件防火墻,與其他系統(tǒng)進(jìn)行有效的隔離,屏蔽非法用戶和非法信息;º信息發(fā)布采用獨(dú)立的服務(wù)器

10、,盡量減小故障波及面。3.3 系統(tǒng)方案圖4是考慮以上因素而提出的結(jié)構(gòu)方案。圖4 PFS 3000主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.4 Architecture of PFS 3000master system如果是試點(diǎn),只要1臺(tái)服務(wù)器、1臺(tái)前置機(jī);如果接入的子站數(shù)量不多,也可以只用1層網(wǎng)絡(luò)。87#工程應(yīng)用# 倪益民等 電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4結(jié)語PFS3000電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著重考慮了裝置接入的復(fù)雜性、系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)流向的分析與控制,從而使該系統(tǒng)在整體性能上處于一個(gè)較高的層次。目前,該系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)際運(yùn)用,并取得良好的效果。參考文獻(xiàn)1汪源生(Wang Yuansh

11、eng.基于Web的繼電保護(hù)信息管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用(Web-based Management Information System of Protection Relay.電力系統(tǒng)自動(dòng)化(Automation of Electric Power Systems, 2001,25(5:64662袁宇波,丁俊健,陸于平,等(Yuan Yubo,Ding Junjian,Lu Yuping, et al.基于Interne t/Intranet的電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)(Application of Vol tage and Reac tive Power Autocontrol i n A

12、utomatic Sys te m.電力系統(tǒng)自動(dòng)化(Automation of Electric Power Systems, 2001,25(17:39423任建文,周明,李庚銀(Ren Jianwen,Zhou Ming,Li Gengyi n.電網(wǎng)故障信息綜合分析及管理系統(tǒng)的研究(Research on Comprehensive Anal ysi s and Manage ment Sys tem for Po w er System Fault Informati on.電網(wǎng)技術(shù)(Power System Technol ogy,2002,26(4:38 414聶志偉,陸于平(Nie

13、 Zhi wei,Lu Yuping.網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護(hù)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)(Design on Internet Bas ed Information Management.電力系統(tǒng)自動(dòng)化(Automati on of Electric Power Systems,2000,24(20:4548 5王蘇,林風(fēng),張長(zhǎng)銀(Wang Su,Li n Feng,Zhang Changyin.一種網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)故障信息管理子站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想(Desi gn Idea of Management Subsystem of Protective Relay Fault Information Based on Netwo

14、rk.電力系統(tǒng)自動(dòng)化(Automation of Electric Power Systems, 2002,26(22:5961倪益民(1967,男,工程師,主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化的研發(fā)工作。E-mail:nymnar-i 丁杰(1966,男,高級(jí)工程師,主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化的研發(fā)和管理工作。E-mail:djnar-i chi 趙金榮(1967,男,高級(jí)工程師,主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化的研發(fā)和管理工作。E-mail:zjrnar-i PFS3000PROTECTIVE AND F AULT INFORMATION MANAGEMENT SYSTEM OF POW ER SYSTEMSNi Y

15、imin,Din g Jie,Zhao Jin r ong,Wan g Yang,Xia Shibing,Zhang Xiaojun(Nanjing Automation Research Institute,Nanjing210003,ChinaAbstract:This paper introduces the overall framework,function subdivisions,master station and substation schemes of protective and fault management i nformation system(PFMISof

16、power systems.Emphasis is placed on such problems as the complexity of the device linkage,the mode of interconnecti on with the SC ADA system,the security and reliability,data flow analysis and control with respect to system archi tecture. Attention is called to several problems in the construction

17、of PFMIS of power systems.Key words:protective relaying;fault recorder;management information system(M IS(上接第7頁continued from page7TRA NSIENT STABILITY-CONSTRAINED POWER TRANSFER LIMIT OFA CRITIC AL C UTSET A ND GENERATION ECONOMIC DISPATC HINGFan Jichao,Yu Yixin(T ianjin University,T ianjin300072,C

18、hinaAbstract:The boundary of the practical dynamic security regions(PDSRin injection space is the union of hyper-planes vertical to coordi nates axes that represent upper and lower li mits of the nodal injections,and one or a few hyper-planes which descri be cri tical points of transient angle stabi

19、lity in injection space for a specific con tingency.Every hyper-plane boundary of dynamic security regions(DSRcorresponds to only one the critical cu test of network.In determining the critical points of transient stability,a si mulation method is used wi th detail generator and load models.An expre

20、ssion,based on PDSR,for the power transfer li mit of a critical cutset(PTLCCis deduced.Theoretical analyses and case studies indicate that the PTLCC is not unique and varies i n some range.Considering the generation dispatching,a mathematical model for determining the maximal PTLCC and a mathematics model of transient stability-constrained generation economic dispatch are recommended, which are linear programming problems such that they are very easy to solve.A simple a