CN113488957A - 基于d5000***的继电保护定值在线校核及预警子*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于D5000***基础平台的继电保护定值在线校核及预警子***，属于电力***继电保护领域。该子***包括按逻辑架构自上而下布设的应用层、计算服务层、数据缓冲层，数据缓冲层逻辑架构下层布设D5000***基础平台，应用层逻辑架构上层布设可视化人机界面，该子***部署于D5000***基础平台的安全Ⅱ区，通过D5000***基础平台获取和存储保护定值、遥信遥测、电网模型、电网图形、检修计划、检修票信息、线路互感、录波数据、实时状态的数据，通过可视化人机界面展示校核结果、辅助分析结果、告警信息。本发明的子***改变了继电保护现有整定计算工作模式，杜绝定值整定事故隐患；提高了继电保护装置实际运行定值的正确性和安全性。

Description

基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***

技术领域

本发明属于电力***继电保护领域，特别涉及一种基于D5000***基础平台的继电保护定值在线校核及预警子***。

背景技术

时代的发展，社会的进步，生态环境保护的硬约束，都要求电力在一次能源消费中的比重越来越大，经济社会发展对电力的依赖程度也会越来越强，对供电可靠性和电能质量的要求越来越高。及时发现电网运行异常并尽快处理、快速隔离故障恢复供电将是继电保护的重要职责，保护对各种运行方式的适应性需要通过在线实时运行来检验。

基于智能电网调度技术支持***(D5000***)基础平台已经建设了各类功能强大的高级应用，为电力调度提供了丰富的监控、预警等功能，但是针对实时电网信息对保护定值的在线校核和预警鲜有报道。利用潮流、灵敏度、静态安全分析等手段对电网相关指标进行调度预警与决策，已不能满足调度对全网运行状态的掌控需要，有必要对继电保护定值在线校核开展深化研究工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***，本发明在D5000***基础平台的基础上融合建设继电保护定值在线校核及预警子***，根据电网实时运行方式对保护定值的性能进行在线校核，给出分析结果，对存在隐患的保护定值给出报警信息，为保护人员获悉整个电网保护定值性能和调度、方式人员获取保护的实时状态，从而正确地制定电力调度和***运行方式提供技术支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***，包括按逻辑架构自上而下布设的应用层、计算服务层、数据缓冲层，数据缓冲层逻辑架构下层布设D5000***基础平台，应用层逻辑架构上层布设可视化人机界面，该子***部署于D5000***基础平台的安全Ⅱ区，通过D5000***基础平台获取和存储保护定值、遥信遥测、电网模型、电网图形、检修计划、检修票信息、线路互感、录波数据、实时状态的数据，通过可视化人机界面展示校核结果、辅助分析结果、告警信息。

进一步的，所述计算服务层分为Calculation、CalculationService、并行计算服务，Calculation是业务计算的核心，只负责计算，数据的组织由CalculationService负责，CalculationService负责业务的封装，组装Calculation计算为业务服务，为Calculation组织计算所需数据，以及Calculation计算输出数据的处理，并行计算服务负责将接受的任务消息分解细化为CalculationService业务服务，执行并管控并行计算，负责计算的效率提升。

进一步的，所述应用层包括故障电流计算、在线校核及预警、研究态分析、统计分析和维护管理的业务功能模块。

进一步的，所述故障电流计算包括考虑潮流影响的故障电流计算方法、不考虑潮流影响的故障电流计算方法。

进一步的，在线校核及预警包括实施方式分析、“N-K”预想方式预警、启动定值校核、主保护定值校核、后备保护定值校核，启动定值校核分为电压启动值、电流启动值、其他启动值，主保护定值校核分为变压器差动保护、母差保护与线路纵联保护，后备保护定值校核分为距离保护、距离Ⅲ段躲负荷、零序电流保护、变压器过流保护、失灵保护电流及负压定值闭锁校核、后备保护范围分析。

进一步的，研究态分析包括CASE断面分析、预想方式分析、故障仿真、故障模拟、差动特性分析、距离Ⅲ段躲负荷能力分析。

进一步的，所述预想方式分析分为基于检修计划方式分析、基于人工预想方式分析。

进一步的，所述统计分析自动统计的内容包括启动定值合格率、主保护定值合格率、后备保护定值合格率。

进一步的，所述维护管理包括用户权限管理、Case管理、厂站对接、设备对接、参数比对、原则设置、定值展示、校核方式设置以及结果发布功能，所述结果发布功能是将计算结果发布到安全Ⅲ区，方便用户查看当前继电保护定值在线校核及预警的计算结果。

本发明还提供了一种基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警方法，包括：

(1)获取数据

通过D5000***基础平台获取电网模型数据、电网图形数据、电网运行数据、未来运行方式数据、设备检修计划数据、继电保护定值数据、故障录波文件数据；

(2)在线校核

用户通过D5000***基础平台手动触发校核计算或在线校核控制中心周期、定时、事件触发校核计算，在线校核控制中心通知并行计算服务执行在线校核计算任务，并行计算服务分解计算任务为多计算单元，各计算单元调用计算服务CalculationService，CalculationService从DataCache获取计算所需数据，并组织成Calculation所需格式，并交给Calculation，Calculation执行计算，并将计算结果传递给CalculationService，CalculationService将计算结果上传至DataCache，DataCache通过DataAccess将数据保存到实时数据库，在线校核控制中心接收并汇总各计算节点的计算结果，定时刷新计算结果，形成校核结果和告警信息；

(3)校核结果及告警信息展示

可视化人机界面以图形、列表、文本的形式对需要可视化的信息进行展示，展示界面能对保护性能的各种状态分别进行着色，其中，正常校核结果的展示包括启动值、保护灵敏性分析结果、后备保护配合关系分析结果、距离Ⅲ段保护定值躲负荷能力校核结果；告警信息包括主保护不满足灵敏性的告警、后备保护不满足灵敏性的告警、距离Ⅲ段躲负荷的告警、后备保护不满足选择性的告警、模拟故障保护动作情况告警。

进一步的，电网模型数据的数据格式为CIM-E/CIM XML，电网图形数据的数据格式为CIM-G/SVG、电网运行数据的数据格式为E语言、未来运行方式数据的数据格式为E语言、继电保护定值数据的数据格式为XML、故障录波文件数据的数据格式COMTRADE、校核结果信息的数据格式的为E语言、告警信息的数据格式为E语言。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***实现了继电保护定值在线校核、预想方式校核、故障计算模拟仿真、距离Ⅲ段躲负荷能力分析和差动特性分析等功能，并通过D5000***人机界面和独立设计界面实现各种校核和分析结果的可视化展示；改变了继电保护现有整定计算工作模式，杜绝定值整定事故隐患；提高了继电保护装置实际运行定值的正确性和安全性，防止因运行方式变化而导致的继电保护不正确动作；增强了继电保护人员、电力调度人员、运行方式人员对继电保护实时运行状态信息的掌控，为电网调度控制提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明一实施例的基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***的逻辑架构图；

图2为本发明一实施例的基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***的***功能框图；

图3为本发明一实施例的基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***的数据架构图；

图4为本发明一实施例的在线校核数据流图；

图5为本发明一实施例的在线校核并行计算过程图；

图6为本发明一实施例的基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***站内校核结果信息及告警信息展示界面图；

图7为本发明一实施例的基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***站内校核结果综合查询界面图；

图8为本发明一实施例的基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***的距离Ⅲ段躲负荷分析界面图；

图9为本发明一实施例的基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***的线路差动特性分析界面图；

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

请参阅附图1-2所示，本实施例提供的一种基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***，包括按逻辑架构自上而下布设的应用层、计算服务层、数据缓冲层，数据缓冲层逻辑架构下层布设D5000***基础平台，应用层逻辑架构上层布设可视化人机界面，该子***部署于D5000***基础平台的安全Ⅱ区，通过D5000***基础平台获取和存储保护定值、遥信遥测、电网模型、电网图形、检修计划、检修票信息、线路互感、录波数据、实时状态的数据，通过可视化人机界面展示校核结果、辅助分析结果、告警信息。

优选的，所述计算服务层分为Calculation、CalculationService、并行计算服务，Calculation是业务计算的核心，只负责计算，数据的组织由CalculationService负责，CalculationService负责业务的封装，组装Calculation计算为业务服务，为Calculation组织计算所需数据，以及Calculation计算输出数据的处理，并行计算服务负责将接受的任务消息分解细化为CalculationService业务服务，执行并管控并行计算，负责计算的效率提升。

优选的，所述应用层包括故障电流计算、在线校核及预警、研究态分析、统计分析和维护管理的业务功能模块。

优选的，所述故障电流计算包括考虑潮流影响的故障电流计算方法、不考虑潮流影响的故障电流计算方法。

常规的短路电流计算方法是不基于潮流结果的静态分析方法，该方法的计算结果与发电机和负荷的类型、出力无关。本发明的子***除了提供常规的静态分析方法外，还提供基于暂态的计算分析方法，该方法充分考虑了电网的实际接线、电网的潮流、发电和负荷的水平、发电机及负荷的模型对短路电流的影响，使计算结果更加准确接近实际短路情况；可以处理各种特殊的电网结构，如小阻抗支路、母联及分段开关、孤立区域等；可处理多重零序全线互感、部分互感支路；可处理任何元件的方式变更，如线路投运、停运、挂检；变压器中性点直接接地、不接地和经阻抗接地等。故障电流计算处理的计算规模不受电网限制，可以根据实际情况确定，并支持扩展。

优选的，在线校核及预警包括实施方式分析、“N-K”预想方式预警、启动定值校核、主保护定值校核、后备保护定值校核，启动定值校核分为电压启动值、电流启动值、其他启动值，主保护定值校核分为变压器差动保护、母差保护与线路纵联保护，后备保护定值校核分为距离保护、距离Ⅲ段躲负荷、零序电流保护、变压器过流保护、失灵保护电流及负压定值闭锁校核、后备保护范围分析。

该子***可利用电网运行数据自动对当前方式下主保护及后备保护的相关定值进行校核，同时可实现对同一变电站、同一送电断面内的元件进行轮断，自动生成“N-k”(k可以设置)故障集等比较严重的电网运行方式，其中，启动方式包括：人工启动，根据工作需要，选择校核范围及方式，通过在工作站交互界面来人工启动在线校核任务；周期启动，子***模块预先设定启动周期的时间，应用将在每个周期点自动启动在线校核任务；事件启动，通过定义事件来启动在线校核任务，当电网的变化触发定义的事件时自动启动在线校核任务。

距离保护范围分析：采用固定步长，设置故障，计算保护安装处的测量阻抗与保护定值比较，从而得出保护在当前故障类型下的保护范围。接地距离计算时考虑零序补偿系数。

距离保护配合关系分析：保护的配合关系分析建立在保护范围计算的基础上，基于测量阻抗法，通过接地补偿系数考虑实际互感的影响、考虑Y-D变压器测量阻抗与实际距离的差异，更真实模拟保护装置保护，在各自范围的基础上比较范围和时间是否配合，从而得出相应保护的真实配合关系。

距离III段定值躲负荷能力分析：根据装置特性(如考虑圆特性或四边形特性，接地距离计及零序补偿系数，考虑电阻分量、电抗分量)，全面反映保护各段正向阻抗、反向阻抗、躲负荷电阻定值躲故障、事故过负荷能力。

优选的，研究态分析包括CASE断面分析、预想方式分析、故障仿真、故障模拟、差动特性分析、距离Ⅲ段躲负荷能力分析。

优选的，所述预想方式分析分为基于检修计划方式分析、基于人工预想方式分析。

基于检修计划的预想方式是基于检修票获取电网未来的可能的临时运行方式以及选取合适时刻特别是用电高峰时刻负荷方案。综合考虑在计算时刻有多个检修票处于运行状态，获得全部关联检修票，并通过特定的计算算法，完成计算时刻检修票组合的查找及负荷方案的选择。

本发明的子***除了在线校核实时方式定值性能，分析灵敏性、选择性是否满足要求；另一个重要的工作是事前对检修计划方式定值性能做一个全面预警，分析将要面临的检修方式定值性能情况，提前预警用电高峰定值性能。基于检修计划的预想方式校核通过消息邮件总线获取D5000***调度计划类子***的检修票信息，提取检修票中的设备投退状态以及检修时间信息。利用校核时刻获得检修票信息时，需要考虑有多张检修票处于运行状态，获得全部关联检修票。通常采用的获取方法是根据检修票的开始时间与结束时间，先按时间排序，然后依次归并，形成一个时间序列。该子***采用平衡二叉树法查找检修票时间段组合的优化算法快速查找时间段区间，最后结合负荷方案，形成基于检修计划的预想方式校核模型。

故障仿真分析是根据故障录波等信息，模拟故障发生的过程，计算故障点的位置以及过渡电阻的大小；该功能模块包含以下功能：计算故障点的位置；计算过渡电阻的大小；统计分析过渡电阻大小的分布规律。

故障模拟是模拟故障情况，分析快速保护、距离保护、零序保护、失灵保护的动作情况，能方便地建立继电保护装置或安全自动装置的逻辑模型，逻辑模型包含与原理相关的启动或闭锁元件、测量元件、时间元件及其相互间的逻辑关系。能模拟继电保护装置的典型动作逻辑，如距离保护的阻抗圆、阻抗四边形、母线保护的复压闭锁；考虑故障时某套保护拒动或误动复杂情况，能体现保护动作的时序性，以图形、动画方式直观展示保护动作情况。

差动动作特性分析是根据当前电网运行方式计算出差动电流、制动电流及当前负荷阻抗，模拟保护装置特性。差动特性分析主要包括母线差动特性和线路差动特性，根据差动动作特性可在展示界面上直观地展示差动电流定值和制动电流之间的关系。

距离III段躲负荷能力分析是当电流***发生意外故障时，潮流发生转移时会影响后备保护动作，甚至发生连锁反映，扩大电网事故。因此，校核距离Ⅲ段躲负荷能在一定程度上减少保护装置的误动作。根据装置特性，如考虑圆特性或四边形特性，接地距离计及零序补偿系数，考虑电阻分量、电抗分量，全面反映保护各段正向阻抗、反向阻抗、躲负荷电阻定值、躲故障、事故过负荷能力，在实时潮流下躲负荷电阻值与距离Ⅲ段保护动作特性分析，基于实时潮流N-k或人工预想方式或检修计划预想方式或基于事故方式躲负荷电阻值与距离Ⅲ段保护动作特性分析，根据动作特性在展示界面上直观画出躲负荷电阻值与距离Ⅲ段保护动作特性之间的关系。

优选的，所述统计分析自动统计的内容包括启动定值合格率、主保护定值合格率、后备保护定值合格率。

优选的，所述维护管理包括用户权限管理、Case管理、厂站对接、设备对接、参数比对、原则设置、定值展示、校核方式设置以及结果发布功能，所述结果发布功能是将计算结果发布到安全Ⅲ区，方便用户查看当前继电保护定值在线校核及预警的计算结果。

请参阅附图3所示，本实施例的基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***作为D5000***的一个子***，通过基础平台来获取数据和存储数据，通过基础平台与其他D5000***的子***交互。基础数据来自于不同安全区的应用，通过D5000***服务总线统一进行数据交互。D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***部署于基础平台的安全Ⅱ区，通过基础平台从安全I区获取电网的模型、图形，遥信、遥测量数据；从安全Ⅱ区获取故障录波文件，从安全Ⅲ区获取检修票信息、保护定值、线路互感等数据，继电保护定值从整定软件获取，支持人工录入。

请参阅附图4-5，本发明还提供了一种基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警方法，包括：

(1)获取数据

通过D5000***基础平台获取电网模型数据、电网图形数据、电网运行数据、未来运行方式数据、设备检修计划数据、继电保护定值数据、故障录波文件数据；

(2)在线校核

用户通过D5000***基础平台手动触发校核计算或在线校核控制中心周期、定时、事件触发校核计算，在线校核控制中心通知并行计算服务执行在线校核计算任务，并行计算服务分解计算任务为多计算单元，各计算单元调用计算服务CalculationService，CalculationService从DataCache获取计算所需数据，并组织成Calculation所需格式，并交给Calculation，Calculation执行计算，并将计算结果传递给CalculationService，CalculationService将计算结果上传至DataCache，DataCache通过DataAccess将数据保存到实时数据库，在线校核控制中心接收并汇总各计算节点的计算结果，定时刷新计算结果，形成校核结果和告警信息；

(3)校核结果及告警信息展示

可视化人机界面以图形、列表、文本的形式对需要可视化的信息进行展示，展示界面能对保护性能的各种状态分别进行着色，其中，正常校核结果的展示包括启动值、保护灵敏性分析结果、后备保护配合关系分析结果、距离Ⅲ段保护定值躲负荷能力校核结果；告警信息包括主保护不满足灵敏性的告警、后备保护不满足灵敏性的告警、距离Ⅲ段躲负荷的告警、后备保护不满足选择性的告警、模拟故障保护动作情况告警。

优选的，电网模型数据的数据格式为CIM-E/CIM XML，电网图形数据的数据格式为CIM-G/SVG、电网运行数据的数据格式为E语言、未来运行方式数据的数据格式为E语言、继电保护定值数据的数据格式为XML、故障录波文件数据的数据格式COMTRADE、校核结果信息的数据格式的为E语言、告警信息的数据格式为E语言。

请参阅附图6所示，对全网或局部在线校核评估与预警的结果，用图形、列表、文本的形式对需要可视化的信息进行站内详细展示。

请参阅附图7所示，针对检修方式的校核结果，对检修前后对比结果进行综合展示；用亮色提示前后结果差别；圆环中有告警比率组成，防止以偏概全。便于及时发现检修计划方式下保护定值的不足。

请参阅附图8所示，距离Ⅲ段躲负荷的能力通过四边形或圆加上一条曲线来表示，编写函数绘制出确定位置的四边形或圆形和一条轨迹曲线，并标注相应变量，四边形或圆由给定的坐标来确定位置，曲线表示的是负荷阻抗的变化轨迹，由一组数据来表示，如果曲线的轨迹不进入四边形或圆形内部则说明符合要求。

请参阅附图9所示，根据线路及母线保护装置的差动特性，编写函数根据装置的定值及分析结果描绘差动特性曲线，直观反映母线及线路差动保护在当前计算分析方式下的保护性能。

以上所述为本发明的较佳实施例，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。

Claims (10)

1.基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***，包括应用层、数据缓冲层，其特征在于：还包括计算服务层，应用层、计算服务层、数据缓冲层按逻辑架构自上而下布设，数据缓冲层逻辑架构下层布设D5000***基础平台，应用层逻辑架构上层布设可视化人机界面，该子***部署于D5000***基础平台的安全Ⅱ区，通过D5000***基础平台获取和存储保护定值、遥信遥测、电网模型、电网图形、检修计划、检修票信息、线路互感、录波数据、实时状态的数据，通过可视化人机界面展示校核结果、辅助分析结果、告警信息。

2.根据权利要求1所述基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***，其特征在于：所述计算服务层分为Calculation、CalculationService、并行计算服务，Calculation是业务计算的核心，只负责计算，数据的组织由CalculationService负责，CalculationService负责业务的封装，组装Calculation计算为业务服务，为Calculation组织计算所需数据，以及Calculation计算输出数据的处理，并行计算服务负责将接受的任务消息分解细化为CalculationService业务服务，执行并管控并行计算，负责计算的效率提升。

3.根据权利要求1所述基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***，其特征在于：所述应用层包括故障电流计算、在线校核及预警、研究态分析、统计分析和维护管理的业务功能模块；所述故障电流计算包括考虑潮流影响的故障电流计算方法、不考虑潮流影响的故障电流计算方法。

4.根据权利要求3所述基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***，其特征在于：所述在线校核及预警包括实施方式分析、“N-K”预想方式预警、启动定值校核、主保护定值校核、后备保护定值校核，启动定值校核分为电压启动值、电流启动值、其他启动值，主保护定值校核分为变压器差动保护、母差保护与线路纵联保护，后备保护定值校核分为距离保护、距离Ⅲ段躲负荷、零序电流保护、变压器过流保护、失灵保护电流及负压定值闭锁校核、后备保护范围分析。

5.根据权利要求3所述基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***，其特征在于：研究态分析包括CASE断面分析、预想方式分析、故障仿真、故障模拟、差动特性分析、距离Ⅲ段躲负荷能力分析。

6.根据权利要求5所述基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***，其特征在于：所述预想方式分析分为基于检修计划方式分析、基于人工预想方式分析。

7.根据权利要求3所述基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***，其特征在于：所述统计分析自动统计的内容包括启动定值合格率、主保护定值合格率、后备保护定值合格率。

8.根据权利要求3所述基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警子***，其特征在于：所述维护管理包括用户权限管理、Case管理、厂站对接、设备对接、参数比对、原则设置、定值展示、校核方式设置以及结果发布功能，所述结果发布功能是将计算结果发布到安全Ⅲ区，方便用户查看当前继电保护定值在线校核及预警的计算结果。

9.基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警方法，其特征在于，包括：

(1)获取数据

通过D5000***基础平台获取电网模型数据、电网图形数据、电网运行数据、未来运行方式数据、设备检修计划数据、继电保护定值数据、故障录波文件数据；

(2)在线校核

用户通过D5000***基础平台手动触发校核计算或在线校核控制中心周期、定时、事件触发校核计算，在线校核控制中心通知并行计算服务执行在线校核计算任务，并行计算服务分解计算任务为多计算单元，各计算单元调用计算服务CalculationService，CalculationService从DataCache获取计算所需数据，并组织成Calculation所需格式，并交给Calculation，Calculation执行计算，并将计算结果传递给CalculationService，CalculationService将计算结果上传至DataCache，DataCache通过DataAccess将数据保存到实时数据库，在线校核控制中心接收并汇总各计算节点的计算结果，定时刷新计算结果，形成校核结果和告警信息；

(3)校核结果及告警信息展示

可视化人机界面以图形、列表、文本的形式对需要可视化的信息进行展示，展示界面能对保护性能的各种状态分别进行着色，其中，正常校核结果的展示包括启动值、保护灵敏性分析结果、后备保护配合关系分析结果、距离Ⅲ段保护定值躲负荷能力校核结果；告警信息包括主保护不满足灵敏性的告警、后备保护不满足灵敏性的告警、距离Ⅲ段躲负荷的告警、后备保护不满足选择性的告警、模拟故障保护动作情况告警。

10.根据权利要求9所述基于D5000***的继电保护定值在线校核及预警方法，其特征在于：电网模型数据的数据格式为CIM-E/CIM XML，电网图形数据的数据格式为CIM-G/SVG、电网运行数据的数据格式为E语言、未来运行方式数据的数据格式为E语言、继电保护定值数据的数据格式为XML、故障录波文件数据的数据格式COMTRADE、校核结果信息的数据格式的为E语言、告警信息的数据格式为E语言。

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